德国默克：什么是变构抗体？

蛋白质变构是指蛋白质分子在远离其活性中心的位点（变构位点）结合某些小分子（变构效应剂）后，引起蛋白质构象发生改变，进而影响其活性中心的活性或功能的现象。虽然传统作为变构调节剂的是小分子，多肽药物最近也开始崭露头角，但抗体可能会具备独特的优势。

抗体在结构和作用机制上与小分子药物存在显著差异。因此，需要创造一套新的词汇来描述通过结合变构位点/表位发挥作用的抗体及其引发的效应。来自德国默克的Léxane Fournier团队对变构抗体给出了新的定义。根据定义，变构位点/表位是与配体结合位点在空间结构上不同的蛋白质区域。值得注意的是，由于抗体是大分子，如果抗体结合在距离配体结合残基非常近的位置，并且由于其体积较大而阻碍了配体结合，这种情况不应被视为变构。此外，即使抗体结合的残基处于非活性构象，只要这些残基属于配体结合位点，也不应被视为变构。此外，变构是所有蛋白质的固有属性，不仅包括受体或酶，也包括可被抗体靶向的蛋白质配体。

Léxane Fournier团队提出以下定义：变构抗体是指结合在靶点上不与配体结合位点重叠或因空间位阻而重叠的位点/表位上的抗体（binds to the target on a site/epitope that does not overlap or sterically overlap with the ligand binding site），这种结合随后会影响靶点的结构动态，最终调节其结合和/或活性。负变构抗体调节剂（NAAM）是指稳定并促进不利于配体、受体或共受体结合和/或活性（信号传导）的构象的抗体。正变构抗体调节剂（PAAM）是指稳定并促进有利于配体、受体或共受体结合和/或活性（信号传导）的构象的抗体。抗体介导的变构效应是指抗体结合到变构位点/表位后对靶蛋白产生的影响，这些影响包括：调节靶蛋白处于活性/非活性构象、激活/抑制靶蛋白的活性、增强/抑制靶蛋白与配体、受体或共受体（包括二聚化）的结合、靶蛋白的内化，甚至靶蛋白的解离。

变构抗体的探索为药物发现开辟了新的前沿。通过靶向变构位点，这些抗体为调节蛋白质功能提供了一种创新机制，推动了多种疾病治疗手段的进步。

目前已上市的治疗性抗体很多，正是基于这些抗体的开发经验，改变了我们对免疫学和肿瘤学领域变构机制的理解，如下图所示。

第一个获批的抗体是1986年推出的muromonab-CD3（OKT3），靶向TCR上的CD3的ε亚单位。TCR是一个蛋白复合体，能够识别抗原，在T细胞激活过程中发挥核心作用。CD3并不参与TCR介导的抗原识别，而是参与信号转导。muromonab-CD3并不与新发现的CD3的抑制性配体竞争。相反，晶体学研究揭示了muromonab-CD3与CD3的构象表位结合，通过交联和随后的抗体-受体复合物内化，以变构方式阻止抗原识别（上图A）。通过内化选择性地移除TCR，抑制T细胞的活性，从而减少机体对移植器官的排斥反应，用于预防和治疗肾移植、心移植和肝移植后的急性排斥反应。

在muromonab-CD3获批用于预防器官排斥反应十年后，抗体开始被批准用于肿瘤学应用。HER2是一种跨膜受体酪氨酸激酶，在肿瘤细胞常见过度表达，促进生长和增殖。尽管尚未发现HER2的配体，但基于其与其他同家族受体的相似性，通常推断其细胞外结合位点位于I和III结构域之间的区域。已经开发出针对HER2的抗体，包括曲妥珠单抗和帕妥珠单抗。结构数据揭示了曲妥珠单抗与IV结构域结合，而帕妥珠单抗则靶向二聚化界面（II结构域）。细胞学实验可以观察到，针对HER2的抗体对HER2的二聚化和随后的信号传导产生抑制作用，并促进抗体-受体复合物的内化（上图B）。这些抑制性抗体可以被认定为变构抗体，因为它们对HER2作用属于非配体竞争性抑制。

变构抗体不仅涉及单抗，双抗也有变构调节作用。比如常见的T细胞连接器（TCE），同时结合T细胞上TCR的CD3部分和肿瘤细胞上的肿瘤相关抗原（TAA）。TCE将T细胞重定向到肿瘤细胞。临床前模型显示，这些双抗作为条件性激动剂发挥作用，T细胞的激活依赖于同时结合CD3和TAA。T细胞通过一种独立于TCR抗原结合域的机制被激活，依赖于与CD3的结合，CD3是TCR的一个变构位点（上图C）。这种双抗形式不会导致受体的内化，但可以介导激活信号。比如epcoritamab（Epkinly），靶向T细胞上的CD3和B细胞上的CD20，已获批用于治疗B细胞恶性肿瘤。

十年一轮回，又过了一个十年后，属于抗体药物偶联物（ADC）的时代到来了。ADC是一类新型的抗体治疗药物，携带细胞毒性有效载荷，靶向快速内化的膜结合蛋白，使得细胞毒性药物能够在细胞内释放，最终导致表达目标靶点的细胞被清除。基于曲妥珠单抗的HER2靶向ADC通过变构机制发挥作用。如前文所述，曲妥珠单抗结合HER2的变构位点，促进抗体-受体复合物的内化。众所周知，基于曲妥珠单抗的ADC（如Enhertu）已经获批上市，用于治疗某些表达HER2的肿瘤。

除了全长抗体，纳米抗体的开发也已经有所突破。一种基于骆驼抗体的小型可变域（VHH，即重链抗体的可变重域）的也获得了批准。首个基于VHH的治疗药物卡普拉珠单抗（Cablivi）靶向血管性血友病因子（vWF），一种促进血小板黏附的血液糖蛋白。获得性血栓性血小板减少性紫癜与vWF相关，会导致血栓形成。结构研究表明，卡普拉珠单抗通过结合与血小板受体糖蛋白Ib不同的位点，稳定了vWF的非活性构象，从而阻止危及生命的血栓形成（上图E）。

最后看一款抗病毒领域的抗体。由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的2019冠状病毒病（COVID-19）大流行至今印象深刻，也促使人们开发针对病毒衣壳刺突蛋白（S蛋白）的多种抗体。以索托维单抗（Xevudy）为例，该抗体靶向受体结合域，但不与受体（ACE2）结合位点重叠（上图F），但这种结合破坏了附着后S蛋白的构象变化，从而影响病毒的侵入，中和感染。大量的计算工作，特别是分子动力学研究，揭示了索托维单抗通过结合已知的变构位点，在S蛋白内诱导变构。此外，索托维单抗结合的表位对突变不敏感，有助于中和其他SARS-CoV-2刺突蛋白突变体。

这么一回顾其实很容易发现，抗体治疗药物的主要里程碑与靶向变构位点有关。抗体的变构调节剂作用其实已经存在了很多年，只不过近期才被单独拎出来，明确归类和定义。