從理論到商業價值，如何增強抗體藥激活補體的能力？

前言：雖然補體系統被認為是抗體藥物發揮功能的機制之一，但早期抗體藥物設計很少有專門的思路用于增強補體激活。

隨著研究和認識的不斷深入，在抗體藥物中增加對補體激活增的強策略，已經逐漸成為抗體藥物設計的重要組成部分。

基于補體激活的理論，增強抗體激活補體能力的策略包括增加抗體寡聚化、增強C1q募集、抗體結構雜交、設計抗體和旁位組合，或通過克服補體調節蛋白的抑制作用等方面實現。

01

增強抗體間Fc結構的交聯反應

抗體交聯在激活補體中至關重要，IgG 或 IgM 抗體通過其 Fc 區結合C1q 來激活補體的經典途徑。

C1q由六個膠原蛋白樣臂組成，每個臂包含一個N端三螺旋和一個C端免疫球蛋白結合球狀頭結構。

單個C1q球狀頭對免疫球蛋白Fc的親和力很低，因此生理結合和激活需要多價、高親和力的相互作用。

Fc中的某些突變，如E345R或三突變體RGY（E345R、E430G和S440Y）會促進IgG1的寡聚化，顯著增強補體募集和CDC。

E345和E430是控制IgG六聚化的熱點，選擇突變E430G和E345K后，抗體能僅在細胞表面抗原結合上誘導IgG1聚集，同時保留常規抗體的藥代動力學和可開發性特性，這就是HexaBody?技術的基礎。

除了E430和E345最為突變熱點外，也有研究報道，H429F突變后可促進靶向CDC，與鄰近的E430G取代相當，這催生了另一個抗體開發的技術平臺：Stellabody?。

02

IgG1-FcRn 突變的好處

上文提及的Fc+Fc交聯作用的界面的位點，其實是位于FcRn和抗體結合的位點內的，因此，當為了調節抗體半衰期而實施的突變，可能會無意中影響IgG1的寡聚化和補體結合。

在兩個經過驗證的半衰期延長突變——YTE（M252Y/S254T/T256E）和LS（M428L/N434S）中，YTE導致C1q結合和CDC活性降低，而LS保持野生型樣行為。

因此，利用Fc-FcRn和Fc-Fc界面間的結構重疊，可以專門的將半衰期延長與補體增強特性結合起來。比如報道的Fc結構的REW（Q311R/M428E/N434W）突變。

03

基于IgM的天然特性

IgM本身具有多聚體的特性，因此也可以成為增強補體激活的工程抗體的另一靈感來源。

如果說單純用IgM作為抗體藥物，由于面臨半衰期相對較短和可開發性差的困難，因此成藥性很成問題。

但作為替代方案，在IgG1結構中引入類似IgM多聚特性的結構（IgM尾片的C端融合），就可以繞過天然IgM成藥的限制。

不過雖然IgM尾片的C端融合導致IgG1的自發共價多聚化（由尾片倒數第二個半胱氨酸殘基驅動）但這也會引起非靶向的補體激活和體內活性的降低。

為了解決這個問題，可以突變尾片的第二半胱氨酸（C575S）代替，這樣的結構與傳統IgG1相比，明顯增加了C1q募集和CDC。

04

增強 C1q的結合力

改善補體激活的一種方法是將突變引入到Fc-C1q的結合位點。這些位點在CH2結構的FG、BC和DE環內或附近，這些環參與Fc-C1q相互作用。

但是有一點很有意思，IgG1上C1q和FcγR結合位點間存在重疊，這可能會損害FcγR介導的ADCC。

比如K326W突變雖然能增強 C1q的結合但極大地損害了ADCC，因此這個路子還需要繼續摸索，比如同時引入FcγR親和力增強突變，恢復甚至改善ADCC。

05

雙特異C1q接合器

這玩意兒用像TCE的結構，用一個雙抗鏈接 C1q和細胞表面抗原，從而激活補體，有效裂解靶細胞，非常有意思的藥物設計概念！

胖貓覺得這個東東，在未來很有可能出來跟 現在的TCE技術剛一下子。

這種雙特異性抗體提供了一種替代的補體募集方法，無需抗體聚類和Fc-C1q相互作用。

06

基于IgG亞型的“騷操作”

IgG有四個亞型，這其中IgG1和IgG3被認為是經典途徑中最有效的招募者。

雖然IgG3對C1q的親和力更強，并且招募C1q效率更高，但關于IgG1和IgG3在誘導CDC方面更有效的報道相互矛盾。

一般說，差異可能取決于抗原密度，IgG3和IgG1分別在低密度和高密度抗原下表現出優異的補體激活。

IgG3在低抗原水平下較高的活性歸因于IgG3的長而柔性鉸鏈，使其能以較少的空間限制觸達稀疏分布的抗原。

不管怎么說，在抗體設計的時候，引入IgG3和IgG1的嵌合結構對激活 CDC還是很有用的。

但實際操作中，盡管IgG3及其嵌合形式具有潛力，但該亞類在臨床開發中基本上不存在。這可能歸因于幾個因素，包括缺乏Protein A結合、個體間同種異型變異導致的免疫原性風險，及同種異型對半衰期和體內穩定性的特異性擔憂。

07

其它技術和花活

單克隆抗體誘導CDC的能力有限，因為單克隆IgG抗體只結合一種抗原的單一表位。

研究發現，幾對單獨不誘導CDC的單克隆抗體在一起使用時獲得了這種能力，因為它們靶向同一抗原上的不同表位。這表明克隆混合物可能是增強治療效果和恢復補體依賴性效應子功能的有吸引力的策略。

另外，鑒于補體系統受膜結合因子和可溶性因子的嚴格調節，因此克服補體抑制的設計也是增強補體募集的一條路線。

證據表明，使用阻斷抗體抑制mCRP（CD46、CD55和CD59）可改善利妥昔單抗誘導的CDC。

在mCRP中，CD55是一個特別有吸引力的治療作靶點，因為它在C3和C5轉化酶水平上抑制補體激活。相比之下，與CD55和CD59相比，去除CD46的CDC增強作用較差。

除mCRP阻斷外，還可以針對因子H介導的調節，H因子是一種可溶性抑制劑，可以結合細胞表面的陰離子結構并使裂解的C3失活。

因子 H 的結構由 20 個同源短共有重復序列（SCR）組成，以“串珠”方式排列。

其中，SCRs19-20在與細胞表面結合和滅活C3b方面具有雙重作用。重組SRC19-20結構域已被證明可以減少因子H與細胞的結合，從而消除其抑制功能并使細胞對利妥昔單抗和奧法木單抗敏感。

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