从理论到商业价值，如何增强抗体药激活补体的能力？

前言：虽然补体系统被认为是抗体药物发挥功能的机制之一，但早期抗体药物设计很少有专门的思路用于增强补体激活。

随着研究和认识的不断深入，在抗体药物中增加对补体激活增的强策略，已经逐渐成为抗体药物设计的重要组成部分。

基于补体激活的理论，增强抗体激活补体能力的策略包括增加抗体寡聚化、增强C1q募集、抗体结构杂交、设计抗体和旁位组合，或通过克服补体调节蛋白的抑制作用等方面实现。

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增强抗体间Fc结构的交联反应

抗体交联在激活补体中至关重要，IgG 或 IgM 抗体通过其 Fc 区结合C1q 来激活补体的经典途径。

C1q由六个胶原蛋白样臂组成，每个臂包含一个N端三螺旋和一个C端免疫球蛋白结合球状头结构。

单个C1q球状头对免疫球蛋白Fc的亲和力很低，因此生理结合和激活需要多价、高亲和力的相互作用。

Fc中的某些突变，如E345R或三突变体RGY（E345R、E430G和S440Y）会促进IgG1的寡聚化，显著增强补体募集和CDC。

E345和E430是控制IgG六聚化的热点，选择突变E430G和E345K后，抗体能仅在细胞表面抗原结合上诱导IgG1聚集，同时保留常规抗体的药代动力学和可开发性特性，这就是HexaBody®技术的基础。

除了E430和E345最为突变热点外，也有研究报道，H429F突变后可促进靶向CDC，与邻近的E430G取代相当，这催生了另一个抗体开发的技术平台：Stellabody®。

02

IgG1-FcRn 突变的好处

上文提及的Fc+Fc交联作用的界面的位点，其实是位于FcRn和抗体结合的位点内的，因此，当为了调节抗体半衰期而实施的突变，可能会无意中影响IgG1的寡聚化和补体结合。

在两个经过验证的半衰期延长突变——YTE（M252Y/S254T/T256E）和LS（M428L/N434S）中，YTE导致C1q结合和CDC活性降低，而LS保持野生型样行为。

因此，利用Fc-FcRn和Fc-Fc界面间的结构重叠，可以专门的将半衰期延长与补体增强特性结合起来。比如报道的Fc结构的REW（Q311R/M428E/N434W）突变。

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基于IgM的天然特性

IgM本身具有多聚体的特性，因此也可以成为增强补体激活的工程抗体的另一灵感来源。

如果说单纯用IgM作为抗体药物，由于面临半衰期相对较短和可开发性差的困难，因此成药性很成问题。

但作为替代方案，在IgG1结构中引入类似IgM多聚特性的结构（IgM尾片的C端融合），就可以绕过天然IgM成药的限制。

不过虽然IgM尾片的C端融合导致IgG1的自发共价多聚化（由尾片倒数第二个半胱氨酸残基驱动）但这也会引起非靶向的补体激活和体内活性的降低。

为了解决这个问题，可以突变尾片的第二半胱氨酸（C575S）代替，这样的结构与传统IgG1相比，明显增加了C1q募集和CDC。

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增强 C1q的结合力

改善补体激活的一种方法是将突变引入到Fc-C1q的结合位点。这些位点在CH2结构的FG、BC和DE环内或附近，这些环参与Fc-C1q相互作用。

但是有一点很有意思，IgG1上C1q和FcγR结合位点间存在重叠，这可能会损害FcγR介导的ADCC。

比如K326W突变虽然能增强 C1q的结合但极大地损害了ADCC，因此这个路子还需要继续摸索，比如同时引入FcγR亲和力增强突变，恢复甚至改善ADCC。

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双特异C1q接合器

这玩意儿用像TCE的结构，用一个双抗链接 C1q和细胞表面抗原，从而激活补体，有效裂解靶细胞，非常有意思的药物设计概念！

胖猫觉得这个东东，在未来很有可能出来跟 现在的TCE技术刚一下子。

这种双特异性抗体提供了一种替代的补体募集方法，无需抗体聚类和Fc-C1q相互作用。

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基于IgG亚型的“骚操作”

IgG有四个亚型，这其中IgG1和IgG3被认为是经典途径中最有效的招募者。

虽然IgG3对C1q的亲和力更强，并且招募C1q效率更高，但关于IgG1和IgG3在诱导CDC方面更有效的报道相互矛盾。

一般说，差异可能取决于抗原密度，IgG3和IgG1分别在低密度和高密度抗原下表现出优异的补体激活。

IgG3在低抗原水平下较高的活性归因于IgG3的长而柔性铰链，使其能以较少的空间限制触达稀疏分布的抗原。

不管怎么说，在抗体设计的时候，引入IgG3和IgG1的嵌合结构对激活 CDC还是很有用的。

但实际操作中，尽管IgG3及其嵌合形式具有潜力，但该亚类在临床开发中基本上不存在。这可能归因于几个因素，包括缺乏Protein A结合、个体间同种异型变异导致的免疫原性风险，及同种异型对半衰期和体内稳定性的特异性担忧。

07

其它技术和花活

单克隆抗体诱导CDC的能力有限，因为单克隆IgG抗体只结合一种抗原的单一表位。

研究发现，几对单独不诱导CDC的单克隆抗体在一起使用时获得了这种能力，因为它们靶向同一抗原上的不同表位。这表明克隆混合物可能是增强治疗效果和恢复补体依赖性效应子功能的有吸引力的策略。

另外，鉴于补体系统受膜结合因子和可溶性因子的严格调节，因此克服补体抑制的设计也是增强补体募集的一条路线。

证据表明，使用阻断抗体抑制mCRP（CD46、CD55和CD59）可改善利妥昔单抗诱导的CDC。

在mCRP中，CD55是一个特别有吸引力的治疗作靶点，因为它在C3和C5转化酶水平上抑制补体激活。相比之下，与CD55和CD59相比，去除CD46的CDC增强作用较差。

除mCRP阻断外，还可以针对因子H介导的调节，H因子是一种可溶性抑制剂，可以结合细胞表面的阴离子结构并使裂解的C3失活。

因子 H 的结构由 20 个同源短共有重复序列（SCR）组成，以“串珠”方式排列。

其中，SCRs19-20在与细胞表面结合和灭活C3b方面具有双重作用。重组SRC19-20结构域已被证明可以减少因子H与细胞的结合，从而消除其抑制功能并使细胞对利妥昔单抗和奥法木单抗敏感。

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