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單抗/雙抗/ADC：IgG亞型如何選擇？

分類：行業(yè)資訊    發(fā)布時(shí)間：2023-04-07     訪問(wèn)量：457

抗體是一類能與抗原特異性結(jié)合的免疫球蛋白, 人血清中總共存在5種抗體，其中免疫球蛋白G（IgG）類含量最多，約占總抗體的70-85%。自1997年第一個(gè)抗腫瘤藥物利妥昔單抗首次獲批以來(lái)，抗體領(lǐng)域得到快速發(fā)展，基于抗體開發(fā)了各種藥物如抗體藥物偶聯(lián)物（ADC）以及雙特異性抗體（bsAb）等。

 

本文主要介紹IgG在抗體藥物，如單抗，bsAb和ADC設(shè)計(jì)中亞型改如何選擇。

 

IgG的四種亞型有什么區(qū)別？

 

人的IgG包括：IgG1、IgG2、IgG3、IgG4四個(gè)亞型，雖然所有的亞型在氨基酸水平上超過(guò)90%的同一性，但每個(gè)亞型在鉸鏈區(qū)長(zhǎng)度、鏈間二硫鍵數(shù)量和Fc效應(yīng)功能方面都有獨(dú)特的特性（表1）。

表1. 人IgG亞類和與主要FcγR的結(jié)合親和力（x105 M_1)

 

IgG1與FcγR 親和力最高，具有最強(qiáng)的ADCC效應(yīng)，其次分別是IgG3、IgG2和IgG4。FcγR包括6種亞型（FcγRI、FcγRIIA、FcγRIIB、FcγRIIC、FcγRIIIA、FcγRIIIB)，它們?cè)诩?xì)胞分布與Fc的親和力以及由此產(chǎn)生的生物活性方面存在差異（表2）。

除FcγRI是一種對(duì)IgG具有高親和力的活化受體，可以被單體IgG激活外，其他所有FcγRs只有與特異性抗原復(fù)合物接觸時(shí)才能被IgG的Fc區(qū)功能性激活。FcγRIIB是唯一的抑制性FcγR。

在所有FcγR亞類中，F(xiàn)cγRIIIA主要在NK細(xì)胞表達(dá)，所以主要介導(dǎo)ADCC，F(xiàn)cγRIIA主要在巨噬細(xì)胞表達(dá)，所以主要介導(dǎo)ADCP。

 

表2. 主要人類FcγR的細(xì)胞分布

 

IgG亞型的選擇——單靶點(diǎn)抗體

單靶點(diǎn)抗腫瘤抗體一直較為熱門，雖然單靶點(diǎn)抗體的IgG亞型選擇沒(méi)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但應(yīng)考慮靶點(diǎn)的細(xì)胞分布和生物學(xué)功能。

3.1 靶點(diǎn)位于腫瘤細(xì)胞上的IgG選擇

靶點(diǎn)位于腫瘤細(xì)胞時(shí)抗體應(yīng)首選IgG1，因?yàn)镮gG1對(duì)激活FcγRs具有較高的親和力，可以對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生較強(qiáng)的ADCC和/或ADCP活性。當(dāng)ADCP功能激活時(shí)，效應(yīng)細(xì)胞（巨噬細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞）能將加工過(guò)的腫瘤抗原呈遞給T細(xì)胞，從而進(jìn)一步引發(fā)腫瘤特異性免疫。

 

FDA批準(zhǔn)的抗腫瘤抗體藥物中絕大多數(shù)都選擇了IgG1類型，如西妥昔單抗，曲妥珠單抗，Atezolizumab、Durvalumab和Avelumab等，這類藥物可以在行使阻斷腫瘤生長(zhǎng)信號(hào)（EGFR），抑制血管的生成（VEGFR）和激活免疫細(xì)胞（PD-L1）等功能的同時(shí)，通過(guò)ADCC/CDC作用殺傷消除腫瘤細(xì)胞，從而進(jìn)一步增強(qiáng)抗腫瘤效應(yīng)。

3.2 靶點(diǎn)位于免疫細(xì)胞上的IgG選擇

對(duì)于靶點(diǎn)在免疫細(xì)胞上的抗腫瘤IgG亞型選擇較復(fù)雜，一些靶點(diǎn)向免疫細(xì)胞傳導(dǎo)抑制/促進(jìn)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)免疫功能。這些抑制信號(hào)統(tǒng)稱為抑制性受體（如CTLA-4、PD-1、TIM-3和LAG-3)，促進(jìn)信號(hào)（4-1BB、CD40、OX40、CD27和GITR等）稱為免疫刺激受體。

 
3.2.1 當(dāng)這些抑制性受體靶點(diǎn)主要表達(dá)于免疫效應(yīng)細(xì)胞時(shí)，應(yīng)盡量選擇FcγRs親和力最弱的IgG4，這是因?yàn)镮gG4不具有ADCC/CDC作用，不能對(duì)靶細(xì)胞（CTL）產(chǎn)生殺傷和吞噬作用，從而保留下了免疫效應(yīng)細(xì)胞（CTL）行使抗腫瘤作用。
這也說(shuō)明了為什么大多數(shù)靶點(diǎn)為PD-1類型的抗體藥物（如K藥、O藥和特瑞普利單抗等）都選擇了IgG4亞類。
 

3.2.2 當(dāng)這些抑制性受體靶點(diǎn)主要表達(dá)于促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)或是免疫抑制性的細(xì)胞上時(shí)，應(yīng)首選IgG1類型。因?yàn)镮gG1可通過(guò)ADCC/ADCP機(jī)制將腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制型細(xì)胞清除，從而更好的殺傷腫瘤。如依匹單抗（Ipilimumab）選擇了IgG1類型來(lái)清除CTLA-4表達(dá)的Treg細(xì)胞。

 

3.2.3 免疫刺激受體類抗體IgG在選擇上更為復(fù)雜，需要考慮的因素更多。大多數(shù)免疫刺激型受體屬于腫瘤壞死因子超家族（如4-1BB，CD40，OX40，CD27，GITR），抗腫瘤活性依賴于Fc與FcγR的交聯(lián)。特別是FcγRIIB，作為支架促進(jìn)抗體多聚化，多聚化會(huì)促進(jìn)受體聚集，這是激活下游細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的先決條件。進(jìn)一步優(yōu)化抗TNFR超家族成員抗體的抗腫瘤活性的方法是工程化抗體的Fc區(qū)以改善其FcγRIIB接合。

 

IgG亞型的選擇——雙特異性抗體

 

雙特異性抗體（bsAb）在單個(gè)抗體中含有兩個(gè)靶標(biāo)結(jié)合單元，表現(xiàn)出兩種不同的Fab（抗原結(jié)合片段）狀態(tài)。它充當(dāng)具有不同作用模式的兩種抗原之間的橋梁。bsAb 分為兩種類型，含有片段可結(jié)晶（Fc）狀態(tài)（包括兩種形式Triomab和Duobody）和無(wú)Fc狀態(tài)的基于單鏈可變片段（scFv）的雙特異性 T 細(xì)胞接合器BiTE（圖3）。

圖3. bsAb的類型

 

雙特異性抗體與單抗相比增加了一個(gè)特異性抗原結(jié)合位點(diǎn)，特異性更強(qiáng)、更能準(zhǔn)確靶向腫瘤細(xì)胞以及降低脫靶毒性。

因此對(duì)于BsAb開發(fā)的靶點(diǎn)藥物以及IgG類型的選擇就變得更為復(fù)雜，需考慮以下幾點(diǎn)：

a. 靶點(diǎn)的生物協(xié)同作用；b. 靶點(diǎn)的細(xì)胞分布；c. Fc段介導(dǎo)的生物學(xué)功能（ADCC/CDC）。

4.1 當(dāng)雙靶點(diǎn)靶向腫瘤細(xì)胞的兩個(gè)不同受體時(shí)與單靶點(diǎn)要考慮的因素基本相同，應(yīng)首選IgG1，IgG1的Fc段介導(dǎo)的ADCC/CDC對(duì)腫瘤的作用；

4.2 對(duì)于靶點(diǎn)位于免疫細(xì)胞時(shí)考慮的因素首先應(yīng)確定靶向的免疫細(xì)胞的種類（效應(yīng)或抑制），當(dāng)靶點(diǎn)均位于效應(yīng)性免疫細(xì)胞時(shí)，則應(yīng)選用IgG2或IgG4量減少或避免Fc端介導(dǎo)的ADCC/ADCP效應(yīng)；反之，當(dāng)靶點(diǎn)均位于抑制免疫細(xì)胞時(shí)則首先應(yīng)考慮IgG1以清除免疫抑制細(xì)胞。如果抗體的靶點(diǎn)分別位于抑制和效應(yīng)細(xì)胞的雙特異性抗體時(shí)，則具有一定的難度，因?yàn)檫@兩個(gè)靶點(diǎn)抗體的作用相悖，無(wú)論選擇哪種類型的IgG 都難平衡兩端的關(guān)系。

4.3 對(duì)于靶點(diǎn)分別位于免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的雙抗，對(duì)于該類型的藥物，CD3作為免疫細(xì)胞上的靶點(diǎn)是最為常見的（如CD3xCD19, CD3xCD20, CD3xBCMA和CD3-HAC）。CD3主要表達(dá)在T細(xì)胞上，因此 IgG1亞類不會(huì)被考慮的，否則T細(xì)胞將會(huì)被清除掉。所以，對(duì)于該類型藥物IgG選擇通常為IgG2或是IgG4類型。
 

圖4列出了對(duì)于雙特異性抗體擬選IgG亞型種類。

圖4. 雙特異性抗體的擬議IgG亞類

 

IgG亞型的選擇——ADC

在理想ADC中，抗體是與靶抗原特異性結(jié)合的關(guān)鍵載體?？贵w必須對(duì)靶抗原具有高結(jié)合親和力和低免疫原性。此外，抗體應(yīng)具有維持較長(zhǎng)血漿半衰期和快速內(nèi)化的能力。

 

由于抗體種類最豐富，并且有啟動(dòng)免疫效應(yīng)的效力，IgG被用于ADC開發(fā)，逐步從早期lgG4轉(zhuǎn)向lgG1。

ADC的半衰期取決于對(duì)Fc受體的結(jié)合親和力，因?yàn)镮gG1的Fc段與FcγR的結(jié)合能力最強(qiáng)，與其他亞類相比，IgG1 半衰期更長(zhǎng)和誘導(dǎo) ADCC 和 CDC 更有效。IgG2通過(guò)非共價(jià)關(guān)聯(lián)和高溫在體內(nèi)形成二聚體。此外，由于空間位阻而顯示出較低的效力，因此降低ADC血漿濃度。IgG3的半衰期非常短，約為7天，因此降低了ADC的治療效果，并且不能改善Fc介導(dǎo)的效應(yīng)器功能來(lái)增強(qiáng)半衰期，很少被考慮用作抗腫瘤抗體的藥物。盡管IgG4具有誘導(dǎo)ADCC的能力，但它含有Fab-arm交換，導(dǎo)致有效性降低。

 

所以目前用于ADC開發(fā)最常見的抗體類型是IgG1，被FDA批準(zhǔn)上市的14個(gè)ADC中只有兩款A(yù)DC藥物選擇IgG4，其余都選擇IgG1抗體。

圖5. FDA批準(zhǔn)的用于治療不同類型癌癥的ADC

 

內(nèi)化是另一個(gè)有助于提高ADC的功效主要因素。

特別是在實(shí)體瘤的情況下，抗體在體循環(huán)中應(yīng)具有較長(zhǎng)的半衰期和高穩(wěn)定性，以通過(guò)保留和通透性有效地到達(dá)腫瘤部位。

解離常數(shù)（Kd）是影響ADC內(nèi)化入癌細(xì)胞的主要因素。

為了獲得令人滿意的功效，ADC應(yīng)均勻分布在整個(gè)腫瘤中，ADC分布不均可能導(dǎo)致療效不理想。Kd越低，腫瘤細(xì)胞表面存在的抗體與新生兒Fc受體（FcRn）之間的結(jié)合親和力就越高，導(dǎo)致療效低下。所以理想情況下，Kd應(yīng)較高，才能有效滲透并均勻分布在整個(gè)腫瘤細(xì)胞中。

此外，抗體的分子量是影響ADC進(jìn)入腫瘤細(xì)胞的另一個(gè)關(guān)鍵因素。

IgG抗體的分子量約為150千道爾頓（KDa）。由于高分子量，ADC穿透血管并到達(dá)腫瘤部位成為具有挑戰(zhàn)性的部分。因此，應(yīng)考慮較小的抗體尺寸實(shí)現(xiàn)理想的ADC開發(fā)（圖6）。

小結(jié)

抗腫瘤抗體不僅可以通過(guò)多種方式發(fā)揮它們的功能，包括靶標(biāo)調(diào)控、中和可溶性靶標(biāo)、破壞配體－受體互作以影響細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、與免疫效應(yīng)功能銜接等，還可以用來(lái)設(shè)計(jì)藥物偶聯(lián)物，包括抗體藥物偶聯(lián)物（ADC），肽-藥物偶聯(lián)物（PDC），多肽-藥物偶聯(lián)物（polyDC），小分子藥物偶聯(lián)物（SMDC）、免疫刺激抗體偶聯(lián)物（ISAC）、抗體片段藥物偶聯(lián)物（FDC）和適體藥物偶聯(lián)物（ApDC）等。

 

抗體的作用機(jī)制影響著它的臨床應(yīng)用及開發(fā)潛能，為達(dá)到期望的治療效果并且避免不良反應(yīng)，在開發(fā)前首先考慮抗體亞型的選擇顯得越來(lái)越重要，在抗體的設(shè)計(jì)和開發(fā)過(guò)程中，必要考慮的因素包括：抗體的理化性質(zhì)（溶解度、均一性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性）、生物活性（中和活性）、抗體亞型、效應(yīng)功能、獨(dú)特的生物學(xué)特性、對(duì)應(yīng)的表達(dá)細(xì)胞以及抗體藥物最終的藥效機(jī)制等。

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