抗体人源化技术进阶之路

1、抗体人源化技术进阶之路在过去的十几年中，FDA已经批准了近100种抗体用于人类的疾 病治疗。抗体药物经历了最初的多克隆抗体到单抗， 并最终到基因工 程的三个阶段。 20世纪 80年代初，随着鼠单抗在临床的大量应用， 人们发现异源的鼠单抗所具有的免疫原性会引起强烈的抗抗体反应（HAM）从而使患者发生严重的过敏反应和毒副作用，使其药物失 去其应有的疗效。 这使得之后的研究者致力于进行人源化改造， 从而 避免其在人体中免疫反应。 经过多年的努力， 目前人们已经可以使用 嵌合抗体技术、 人源化抗体技术、 全人抗体技术来大大降低抗体药物 的HAM反应，以满足临床的要求（图1）。虽然嵌合抗体成功地保留了亲

2、本小鼠抗体的特异性， 降低了其免 疫原性，但是V区的FR区和CDF区仍有可能诱导强烈的HAM反应。 因此V区的人源化甚至全人源势在必行。 在过去的几十年中，人源化 方法已经多样化，目前人们已经创建了以重构抗体、表面重塑抗体、 链替换抗体为代表的多种人源化抗体技术。图 1. 抗体人源化重构抗体技术是英国剑桥大学 Winter 研究小组在 1986年首先发 明的，经过进一步完善， 目前成熟的重构抗体技术路线是分析亲本鼠 单抗的V区，确定CDR区和FR区，进而通过数据库检索比对和计算 机同源建模，寻找出具有最大同源性的人的 FR区模板，综合考虑确 定FR区需要进行回复突变的关键残基，最终获得高亲和的

3、人源化抗体（图2）。目前在GeneBank和IMGT等公用数据库中收录了大量的 抗体的可变区基因共寻找最佳匹配的亲本鼠单抗的人FR序列。确定需要保留和改变的关键残基目前仍然是重构抗体人源化抗体最关键 也是最困难的一步， 它要求我们对于抗体抗原复合物的空间结构要具 有足够的知识积累。 当然目前人们已经总结出了一些需要保留的重要 残基的规律，包括CDF两侧保守序列，有可能直接参与抗原结合位点 以及对空间结构有重要影响的残基。 目前已被批准的上市的人源抗体 中，基本全采用的重构抗体技术。图 2. 重构抗体技术CDF移植产生的人源化抗体对人类的免疫原性通常比小鼠或嵌合 抗体低；但是，由于CDF不是人类

4、的，它们仍然具有免疫原性。为了 克服这一问题，一些研究人员提出用特异性决定残基（SDR移植代替CDF移植来人源化抗体。人们发现在绝大多数抗体中通常只有约30%的CDF残基直接构成抗原抗体的结合位点。 与CD惑植相比，仅移植 数量更少且更关键的SDF将可能取得更佳的效果，比CDF移植相比具 有更低的免疫原性。CD惑植和SDR植均是寻找最大同源性人抗体的 V区序列作为 改造的模板。与此不同，Hwa ng和他的同事设计了一种基于 CDR区域 同源性的抗体人源化的新方法。与通常的CD惑植方法不同，该方法 不是寻找最大同源的人抗体作为模板，而是寻找与被改造的抗体的 CDR吉构同源的人胚系V区基因作为模板

5、，然后简单、快速的将鼠单 抗CDR直接移植到选定模板中。运用该方法研究者成功的将抗溶菌酶 单抗D1.3和抗CD28抗体人源化，对它们的靶标的亲和力显示出很小 的下降，分别只有 6 倍和 30 倍，而且在两种已上市的人源化抗体药 物Campath和Herceptin上也验证了该方法的适用性。重构抗体存在着与抗原亲和力下降的诟病， 这使得研究者在重构 抗体的基础上发展了表面重塑抗体。 重构抗体的的构建策略是尽可能 替换V区不属于人抗体的成分，替换范围大，极有可能触及对抗体结 合也起主要作用的FR残基。表面重塑出现于20世纪90年代初，与 CDF移植不同的是，表面重塑抗体技术提出鼠单抗的人源化改造并

6、不 需要把绝大多数的 FR 残基全部替换为人的序列，而仅需要将位于分 子表面的残基替换为人的序列。由于表面处理不会改变V结构域核心 的残基，因此期望消除潜在的 T、B 细胞表位，同时最小化对决定抗 体特异性的残基的扰动。 然而表面重塑抗体减少亲本抗体的免疫原性 还仅限于假说阶段，尚未有临床实验的数据支持。同样在20世纪90年代，噬菌体展示和高通量筛选(HTS)技术成 为探索数百万抗体库和数十亿抗体变体以及选择感兴趣的抗体变体 的有效工具。 这些技术随后被应用于抗体人源化方案。 其中一种方法 为是链替换抗体技术， 是在定向选择技术的指引下， 逐步将异源抗体 的重轻链完全替换为人抗体序列， 最终获

7、得与亲本鼠单抗识别结合同 一抗原的全人抗体。2005年，Osbourn等人将抗人肿瘤坏死因子a (TNF- a )的啮齿动物抗体 Mab32的重链(VH)中的V结构域与人 VL结 构域的文库相结合，然后将嵌合库展示在噬菌体上，并对其进行抗TNF-a的筛选。这样选择的人VL再被克隆到人VH结构域的文库中， 然后再次针对肿瘤坏死因子-a进行重链替换，通过这种方法产生了 FDA批准的第一个名为 Humira (Adalimumab)的全人抗体，目前用于 治疗类风湿性关节炎等免疫疾病。 与重构抗体技术相比， 链替换抗体 技术采用了抗体库技术， 保证了被替换链的多样性， 并在筛选过程中 力图筛选高亲和力

8、抗体， 因此链替换技术往往能获得亲和力高于原亲 本鼠单抗的新的全人抗体。 然而实际过程中会有链替换后存在结合抗 原表位发生漂移的现象。进入 21 世纪，随着计算机技术与生物制药的更多结合，伴随着 人们对T细胞免疫的认识加深。2002年，Chamberlain等提出了去免 疫化抗体概念。 该理论认为人源化改造最终目的是希望抗体在人体内 不产生HAMA反应，那不如直接将抗体中的人 T细胞识别表位去除， 阻断 HLAII 类分子介导的抗原呈递过程， 从而使得抗体不在人体内不 产生HAMA反应。目前去免疫化抗体的实际应用情况鲜有报道，但是 作为人源化抗体技术的补充， 相信将来会随着人们对人类免疫系统的 不断深入而有所发展。总之，目前已开发出多种抗体人源化方法， 每