Fc改造，让抗体更“彪悍”！

老罗说,彪悍的人生不需要解释！

但是彪悍起来的抗体药，是个什么情况，不能得过且过！

一定要搞搞明白！

抗体可通过Fc诱导各种效应机制，包括抗体依赖性细胞毒（ADCC）、抗体依赖性吞噬作用（ADCP）和补体依赖性细胞毒性 （CDC）。

另外，抗体药物的半衰期的长短也是由Fc结构控制的。

鉴于Fc的功能如此之多，在药物设计的时候没有理由不对它“动手”！

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Fc的结构和功能

抗体的Fc结构域位于抗体重链恒定区，通过柔性铰链和Fab片段的CH1区连接。

根据抗体的不同类型，Fc结构域可以包括CH2+CH3区域（IgG、IgA、IgD）或CH2+CH3+CH4（IgE、IgM）。

它可以与细胞表面受体和补体蛋白特异性相互作用。

Fc与免疫细胞上的 FcγRs结合可诱导ADCC或ADCP。

ADCC主要由表达FcγRIIIa（CD16a）的NK细胞介导，ADCP可由巨噬细胞、单核细胞、中性粒细胞和树突状细胞介导。

Fc与补体蛋白C1q 结合可通过一连串的蛋白水解切割步骤触发CDC，最终在靶细胞表面形成膜攻击复合物（MAC），导致靶细胞裂解。

Fc还以pH依赖的方式和新生儿受体FcRn结合。FcRn在肠上皮、胎盘和血管内皮上表达，参与抗体的跨上皮屏障转运。FcRn通过内体的酸性pH值下结合IgG 保护其免受降解，延长IgG血清的半衰期。

02

Fc的点突变

在Fc和FcR、c1q、FcRn的结合区引入关键氨基酸的点突变，是调节Fc介导功能的最广泛使用的技术。

目前，估计有100多个可以使用的Fc点突变组合策略。

增强ADCC功能的突变逻辑，是通过增加抗体Fc和FcγRIIIa的结合。比如双氨基酸（S239D/I332E、P247I/A339Q）和三氨基酸取代（S298A/E333A/K334A）的设计。

在增强ADCP的作用方面，旨在选择性抗体能增强和FcγRIIa结合，同时尽量减少与抑制性受体FcγRIIb的相互作用。

在通过点突变来提高抗体和C1q结合时，应注意的是，单个IgG的Fc结构与C1q的结合力非常低，通常需要形成六聚体才能和C1q高效结合，启动补体级联反应。

因此，一方面可以通过氨基酸突变提高抗体与C1q的结合，如双突变体 K326W/E333S和三突变体S267E/H268E/S324T增强。另一方面，可以通过添加额外结构域，增加六聚化能力，如引入IgM的尾部结构。

当然，IgG抗体也可以通过点突变，以增加其血清半衰期。一些突变可以实现药物的半衰期从21天增加到3个月，提高了功效并降低了给药频率。

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Fc的糖工程改造

除了突变抗体Fc氨基酸序列外，另一个Fc功能的改造办法是糖工程改造。

抗体是糖蛋白，可以被糖基化。岩藻糖糖基化的抗体，由于空间位阻的影响，和受体的亲和力受到影响。因此与岩藻糖基化的IgG相比，岩藻去掉糖可增加Fc对FcγRIIIA的亲和力，触发更有效的ADCC。

IgG1抗体的Fc尾部在CH2处的N297被糖基化，因此可以通过突变这个氨基酸来去糖基化。

另外，可以通过敲除抗体生产细胞系（如CHO）中的岩藻糖基转移酶，减少抗体的岩藻糖化。

糖工程已被证明可以改善Fc的ADCC和ADCP功能。也有研究表明，糖基化（主要是半乳糖）也会影响CDC。高度半乳糖基化的Fc可以显著增强和C1q的结合并改善CDC效果。

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Fc的不同亚型替代

IgG的抗体有许多亚型，与IgG2和IgG4比，IgG1和IgG3激活补体和FcγR的能力更强。

当抗体设计需要增强效应功能（如ADCC，ADCP和CDC）时，IgG1是首选的亚型。

IgG3有较高的和C1q结合的能力，因此使用其Fc可以显著增强CDC的效果。需要注意的是，IgG3抗体的半衰期较短（约7天，其他IgG亚类约21天）。

相比下，IgG2和IgG4具有较低或没有激活补体和FcγR的能力。因此，这两个亚类通常用于设计不需要此类功能的抗体。

这样，在设计药物的时候，可以根据药物的机制，改变其Fc亚型。

05

Fc功能的失活

Fc结构域还参与了几种潜在的抗体副作用。根据治疗目的（比如不需要靶细胞死亡，或者不需要细胞因子），某些抗体不需要Fc介导的效应功能，相反的Fc和FcR的结合可能会带来安全风险。

例如，ADC起作用不一定需要Fc介导。相反，FcR的参与可以导致免疫细胞对ADC内化，从而产生脱靶效应。

在这种情况下，就要采取跟前面相反的改造措施，甚至是直接删除Fc结构。使得Fc介导的功能失活。

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其它Fc改造

由于Fc的重要作用，简单暴力的增加抗体的Fc结构的数量，这样就会成倍的放大其作用。

Fab和Fc共同连接形成抗体的结构。Fab负责和抗原结合，Fc负责上述功能。因此，调节Fab的表位和亲和力也会对Fc的功能造成影响。

比如，通过Fc工程生成双特异性抗体，这些双特异性构建体可以同时结合多个靶标或表位，从而增加 Fc 密度并增强 Fc 相互作用的亲和力。常用的技术包括knob-into-holes技术以及“DuoBody”技术等。

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