抗体Fc工程化改造策略概览

引言

治疗性单克隆抗体（mAb）不仅仅通过其抗原结合结构域（Fabs）结合靶标，而且要通过其Fc区与细胞表面受体FcγRs和FcRn结合，从而产生各种功能结果，包括抗体依赖性细胞毒性（ADCC）、抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）、补体依赖性细胞毒作用（CDC）和循环半衰期的改变。对Fc区进行工程化改造以实现理想的药理学和药代动力学是药物开发中广泛采用的策略。

一、增强FcγR结合的FC工程化改造

人类含有6种不同的FcγR: hFcγRI，hFcγRIIA，hFcγRIIB， hFcγRIIC，hFcγRIIIA 和 hFcγRIIIB，这些受体与Fc有不同的亲和力。其中hFcγRI细胞外结构域含有三个免疫球蛋白结构域并且其与Fc的结合力最强，而其它受体细胞外区域仅含有两个免疫球蛋白结构域，它们与Fc的亲和力从较低到中等。

从功能上讲，人FcγRs可分为激活受体和抑制受体，它们分别通过细胞内免疫受体酪氨酸基激活基序（ITAM）或免疫受体酪氨酸基础抑制基序（ITIM）传递信号，以影响与靶结合IgG抗体交叉结合后的细胞功能。

FcγRs可以影响抗肿瘤抗体的有效性，特别是通过激活Fc效应功能（如ADCC和ADCP）的抗体。ADCC被认为主要是由NK细胞发挥的效应功能。IgG与FcγRIIIA可以激活NK细胞并刺激释放含有穿孔蛋白和颗粒酶等分子的裂解颗粒，最终导致目标靶标细胞的裂解。许多临床上相关的抗癌抗体，如利妥昔单抗、赫赛汀和西妥昔单抗已被证明可以在体外激起NK细胞介导的ADCC。ADCP是由吞噬细胞，如巨噬细胞、单核细胞和中性粒细胞介导的，该效应是由抗体与相应的激活性FcγRs相互作用诱发的。

由Fc介导的另一个重要的相互作用是它与补体的第一个成分C1q的结合。一旦有足够的Fc分子与C1q的6个球状头结合，它就会启动血清中补体蛋白的蛋白分解级联，导致过敏毒素的释放，如C3a和C5a，并在目标细胞表面形成膜攻击复合物，产生补体依赖性细胞毒性。

下表总结了与FcγR和补体结合并激活相关的一些Fc突变。

此外，还有增强FcγRIIB结合的策略来抑制自身反应性B细胞。下表总结了与FcγRI1B结合激活相关的一些Fc突变，最常用的突变是“SELF”和“V12”。多种携带Fc变体且FcγRIIB结合增强的单克隆抗体正在临床试验中。

二、降低FcγR结合的FC工程化改造

上面主要介绍的是通过工程化方法增强抗体Fc的相关效应，如ADCC和CDC等。但是，当治疗目标是阻断免疫细胞的功能而不产生与效应细胞或补体激活相关的促炎作用时，需要通过各种方法减弱甚至消除Fc的相关效应。目前主要有三种方式减弱或者消除Fc的效应：1）氨基酸工程化改造Fc（与增强型改造相反，其主要减弱对相关受体的结合）；2）糖基化改造；3）IgG4型抗体改造。

氨基酸突变降低效应功能，目前主要的一些氨基酸突变包括L234A/L235A（IgG1）, L234F/L235E/P331S(IgG1), G236R/L328R(IgG1), E233P/L234V/L235A/ G236del（IgG1/ IgG2）, L234A/L235A/P329G(IgG1)等。

糖工程的氨基酸置换如N297A、N297Q和N297G是实现高水平沉默的一种非常简单的方法，因为它消除了聚糖的附着。这大大降低了与所有低亲和力FcγRs和C1q的结合，导致ADCC和CDC活性大大降低。

在人类IgG的4个亚型中，IgG4是一个特殊的存在，其在血液中可以以半抗的形势存在，并且可以与其它IgG4抗体交换从而形成双抗。另外，其与FcRs 和C1q结合很弱，因此Fc相关效应功能很弱。在IgG4型抗体开发中，S228P突变可以有效的防止抗体以半抗形式存在，而且目前已经获批上市的抗体基本上都经过该位点的突变。

下表总结了与FcγR结合减弱或沉默相关的一些Fc突变。

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三、延长半衰期的Fc工程化改造

在肿瘤治疗中，抗体半衰期的延长可以降低病人给药的频率，而且较长的半衰期可以使得抗体持续的在体内发挥抗肿瘤作用。但是另外一方面，抗体持续的暴露可能会导致相关副作用的产生，而且对于部分免疫调节型抗体，长的半衰期可能导致一些副作用无法控制，如细胞因子风暴等。因此，在药物开发中要充分考虑半衰期延长的危险与收益的平衡。

延长半衰期的改造主要改变 Fc 与 FcRn 的相互作用。 FcRn 能够使被内化的 IgG 返回循环细胞表面并重新进入血液循环。这个过程中， FcRn 以一种依赖于 pH 值的方式结合 Fc 的 CH2-CH3 界面。一旦 FcRn ： IgG 复合物循环到细胞外环境，中性 pH 值允许 IgG 重新释放到血液中，从而使得抗体得到保护不被清除。

M252Y/S254T/T256E 的突变在细胞内酸性环境中使 Fc 与 FcRn 的结合能力提高了 11 倍，但几乎没有影响两者在细胞外中性环境中的结合。在猴子体内实验中 M252Y/S254T/T256E 突变抗体的半衰期延长了 4 倍。但是，其在延长半衰期的同时也降低了 ADCC 效应。一些其它的氨基酸突变，如 M428L/N434S ， T250Q/M428L ， H433K/N434F 等都是通过增强 Fc 与 FcRn 在细胞内酸性环境中的结合，而几乎不改变两者在细胞外的结合，从而达到增加半衰期的目的。

下表总结了与 FcRn 增强结合延长半衰期相关的一些 Fc 突变。

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结语

目前，基于 Fc 与相应 FC 受体的结构，已经有多种技术如氨基酸突变和糖基化工程等可以用于改变抗体的效应功能。 Fc 工程化改造可以并且已经为患者提供了临床益处和价值，一些关键 Fc 修饰（如“ LALA ”，“ LS ”，“ YTE ”及其衍生物）得到广泛使用。但同时，这些突变也带来了一系列复杂的潜在安全风险的考量因素。我们需要深入了解这些 FC 改造背后的功能和生物学，在它们提供的优势和带来的风险之间保持平衡。毫无疑问，新的突变将继续推动进入临床，从而不断改进药物发现。

参考资料：

1.Impact of antibody Fc engineering on translational pharmacology, and safety: insights from industry case studies. MAbs.2025 Dec;17(1):2505092

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