前言

單克隆抗體(mab)已成為一類越來越重要的藥物,它的臨床應(yīng)用徹底改變了癌癥治療的領(lǐng)域。不同單抗的抗腫瘤作用機制不同,包括阻斷腫瘤特異性生長因子受體或免疫調(diào)節(jié)分子,以及補體和細胞介導(dǎo)的腫瘤細胞溶解。因此,對于許多單抗來說,Fc介導(dǎo)的效應(yīng)器功能對治療的療效至關(guān)重要。由于免疫球蛋白亞型在與免疫細胞上的FCR結(jié)合的能力以及激活補體的能力上不同,它們激活的免疫反應(yīng)也不同。因此,治療性單克隆抗體的抗體亞型的選擇取決于其預(yù)期的作用機制�？紤]到目前許多單克隆抗體的臨床療效僅在患者亞群中實現(xiàn),抗體開發(fā)過程中的最佳亞型選擇和Fc優(yōu)化可能是朝著改善患者預(yù)后邁出的重要一步。下面我們就分別從腫瘤抗原靶向抗體、免疫檢查點抑制劑抗體和TNFR家族激動抗體三個方面來探討抗體亞型的選擇。

腫瘤抗原靶向抗體的作用機制

第一代被批準(zhǔn)用于臨床的治療性抗體,仍然是癌癥治療中最常見的一類單克隆抗體,由直接針對腫瘤抗原的抗體組成。這些腫瘤抗原或多或少對腫瘤的生長、存活和侵襲具有重要作用(如抗HER2、抗EGFR)。然而,在人類和小鼠中的一些觀察表明,Fc介導(dǎo)的免疫細胞激活是其中許多單抗的一個重要的額外作用機制。

抗體的Fc部分可以激活效應(yīng)細胞,如NK細胞、巨噬細胞或中性粒細胞上的FCR,然后介導(dǎo)腫瘤細胞溶解。這通過細胞毒性作用(抗體依賴性細胞介導(dǎo)的細胞毒性-ADCC)或?qū)δ[瘤細胞的吞噬作用(抗體依賴性細胞介導(dǎo)的吞噬作用-ADCP)介導(dǎo)。此外,抗體通過其Fc尾部,可通過結(jié)合C1q激活補體級聯(lián)反應(yīng),從而通過幾種不同的機制導(dǎo)致腫瘤細胞溶解。這包括膜攻擊復(fù)合物(MAC)的形成,直接誘導(dǎo)靶細胞的溶解(CDC)或通過補體成分C3a和C5a的化學(xué)趨向性吸引免疫細胞。

此外,C3b和C4b介導(dǎo)NK細胞、巨噬細胞/單核細胞和粒細胞的補體依賴性細胞介導(dǎo)的細胞毒性(CDCC),或髓系細胞的補體依賴性細胞介導(dǎo)的吞噬作用(CDCP)�？贵w介導(dǎo)的細胞死亡也會導(dǎo)致腫瘤抗原的釋放和免疫復(fù)合物(IC)的形成,從而促進抗腫瘤T細胞反應(yīng)的啟動,維持對腫瘤的控制和排斥反應(yīng)。在這個過程中,與FcγRs的結(jié)合和補體的激活在樹突狀細胞(DC)攝取IC及對腫瘤抗原的呈遞中起著關(guān)鍵作用。

優(yōu)化IgG效應(yīng)器功能

IgG-Fc效應(yīng)器功能通過補體和FcγRs介導(dǎo),它們分為激活受體(FcγRI,FcγRIIa/IIc,FcγRIIIa,FcγRIIIb)或抑制受體(FcγRIIb)。由于大多數(shù)效應(yīng)細胞同時表達激活和抑制FcγRs,IgG結(jié)合的結(jié)果是相對綜合親和力、受體可用性和信號能力的結(jié)果�？贵w對其受體的相對親和力定義為激活抑制比(A/I)。

A/I比率的概念是基于對小鼠的觀察,結(jié)果表明mIgG2a的A/I較高,mIgG1的A/I較低,mIgG2b的A/I介于中間。因此,在許多體內(nèi)模型中,mIgG2a亞類的治療性抗體被證明能更有效地清除腫瘤。雖然人IgG亞型間A/I比值的差異不太明顯,但由于它們的FcR結(jié)合譜不同,它們誘導(dǎo)免疫應(yīng)答的能力也不同。IgG1和IgG3與所有FCR結(jié)合,但對激活的FCR表現(xiàn)出更高的親和力。因此,它們被定義為具有強烈Fc效應(yīng)器功能的Ig亞型。另一方面,IgG4與大多數(shù)激活的FcRs和抑制FcγRIIb結(jié)合的親和力相似,被認為是低活性的。最后,除了高親和力的H131 FcγRIIa等位基因,IgG2與大多數(shù)FCR的結(jié)合較差,Fc效應(yīng)器功能有限。因此,IgG1和IgG3能夠發(fā)揮有效的效應(yīng)器功能來消耗抗體,而IgG2和IgG4在避免Fc介導(dǎo)的細胞耗竭時是首選的。

1．    優(yōu)化激活抑制比

提高IgG-Fc效應(yīng)器功能的一種常用方法是通過增加激活FcγRs的親和力和降低與抑制性FcγRIIb的結(jié)合來優(yōu)化A/I比值。一種提高A/I比值的方法是通過糖工程化成功實現(xiàn)的,最相關(guān)的修飾是N297多糖的去巖藻糖基化,它顯著增加了對FcγRIIIa的親和力,改善了ADCC效應(yīng)。兩種去巖藻糖基化的單抗已獲得上市批準(zhǔn)(抗CCR4的mogamulizumab和抗CD20的obinutuzumab),其他一些目前正在進行臨床試驗。

另一種提高A/I比率的常用策略是在Fc尾部中引入點突變。這一類中最有前景的單抗是margetuximab,一種抗HER2抗體,其Fc尾部具有5點突變,從而改善了與FcγRIIIa和FcγRIIa的結(jié)合,并且降低了與FcγRIIb的結(jié)合。

2．    優(yōu)化補體依賴性細胞毒性

CDC被認為是一些治療性單抗(如抗CD20)的重要作用機制。優(yōu)化Fc介導(dǎo)的補體激活是一種有效策略。

由于其自然存在的五聚體和六聚體形式,IgM表現(xiàn)出最大的補體激活能力。然而,IgM在治療性單克隆抗體的開發(fā)中并沒有受到太多的關(guān)注,只有少數(shù)腫瘤靶向的IgM單克隆抗體在臨床試驗中得到了評估。其中PAT-SM6獲得了EMA和FDA針對多發(fā)性骨髓瘤的孤兒藥資質(zhì)。

在IgG亞類中,IgG1和IgG3是很好的補體激活劑,IgG3似乎是更有效的亞型。然而,盡管IgG3的內(nèi)在問題,如體內(nèi)半衰期短,已經(jīng)成功地得到了解決,但其具體的制造問題仍使其在藥物開發(fā)方面的吸引力降低。

另外,通過構(gòu)建IgG1/IgG3嵌合抗體,可以實現(xiàn)IgG1(有利制造特性)和IgG3(增強型CDC)兩者優(yōu)點的結(jié)合。最佳結(jié)構(gòu)稱為113F,它將IgG1的CH1和鉸鏈區(qū)與IgG3的CH2以及部分來自IgG3、部分來自IgG1的CH3結(jié)合在一起。這種嵌合抗體的去糖基化版本顯示,除了保留與蛋白A結(jié)合外,CDC和ADCC的增強程度與去巖藻糖基化IgG1相當(dāng)。在體內(nèi),抗CD20 113F抗體與IgG1相比表現(xiàn)出更大的B細胞耗竭(這兩種抗體都是去巖藻糖基化的,以改善ADCC)。這項研究表明,優(yōu)化的補體激活和A/I比率的結(jié)合是一種很有前途的改進腫瘤清除抗體的策略。

增強補體激活的其他策略包括引入點突變來改善IgG1與C1q的結(jié)合。重要的是,增強CDC的突變可以與單個IgG1中的ADCP和ADCC增強突變結(jié)合起來,從而擴大這些抗體的效應(yīng)器功能。最后,有利于IgG六聚體形成的突變也顯著增強了C1q的結(jié)合,從而增強了CDC作用。然而,這些Fc突變是否能轉(zhuǎn)化為提高臨床療效仍有待觀察。

3．    應(yīng)用Ig的其它亞型

IgE:IgE可通過兩種激活受體(高親和力FcεRI和低親和力FcεRII)介導(dǎo)其Fc效應(yīng)器功能。雖然FcεRI主要由肥大細胞(MC)和嗜堿性粒細胞表達,但FcεRI在嗜酸性粒細胞、樹突狀細胞和髓系細胞上也有表達。與IgG類相比,IgE具有許多優(yōu)點,例如,它對其受體FcεRI的親和力比IgG的高親和力受體FcγRI高兩個數(shù)量級。由于具有如此高的Fc?RI親和力,IgE被局部保留在表達Fc?RI的細胞上,并且在組織中具有良好的生物利用度,這對實體瘤的治療具有重要意義。此外,IgE缺乏能引起免疫抑制的抑制性Fc受體,如IgG47中的FcγRIIb。

關(guān)于IgE治療的一個潛在的擔(dān)憂是,MC或嗜堿性粒細胞的脫顆粒導(dǎo)致潛在的危及生命的過敏反應(yīng)的風(fēng)險。然而幸運的是,在臨床前模型中沒有發(fā)現(xiàn)過敏反應(yīng)的跡象,嚙齒動物和猴子的安全性數(shù)據(jù)令人滿意,支持首次使用腫瘤靶向抗葉酸受體α-IgE單克隆抗體MOv18(NCT02546921)進行臨床試驗。來自24名患者的1期數(shù)據(jù)支持了MOv18-IgE的安全性和潛在療效。容易控制的蕁麻疹是最常見的副作用,只有1例患者出現(xiàn)過敏反應(yīng)。此外,在一名患者中觀察到抗腫瘤效果。

IgA:另一種相當(dāng)有前途的腫瘤清除單抗Ig亞型是IgA,它通過FcαRI介導(dǎo)其效應(yīng)器功能。FcαRI在多形核細胞(PMNs)上高表達,使得中性粒細胞成為IgA單抗治療最相關(guān)的細胞類型。中性粒細胞是人類最豐富的細胞毒性細胞類型。它們具有多種強大的細胞破壞機制,包括釋放細胞毒性分子、誘導(dǎo)細胞凋亡和壞死。此外,與IgG1/IgG3嵌合體相似,人們試圖構(gòu)建IgG1/IgA嵌合體,目的是結(jié)合這兩種不同亞型的優(yōu)點。這些方面得研究仍處于早期階段。

針對免疫檢查點的抗體

理論上,檢查點阻斷抗體不需要Fc介導(dǎo)的效應(yīng),因為它們的主要效應(yīng)器功能來自阻斷受體-配體相互作用。然而,在小鼠模型中,發(fā)現(xiàn)功能性Fc有助于抗CTLA4檢查點抑制劑的治療效果。這些研究表明,雖然治療后淋巴結(jié)中的效應(yīng)T細胞(Teff)和調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)的數(shù)量都增加了,但在腫瘤中,尤其是Treg,而不是Teff的數(shù)量減少了。這種下降僅在IgG2a亞型(小鼠A/I比率最高的亞型)的抗CTLA4中觀察到,并且表現(xiàn)出mFcγRIV依賴性。潛在機制可能是由腫瘤中表達高水平FcγRIV的選擇性高豐度巨噬細胞引起的。此外,Tregs表達的CTLA4水平遠高于Teff細胞,因此優(yōu)先被耗盡。這些發(fā)現(xiàn)表明了TME對治療性單克隆抗體療效的重要性。

有跡象表明人類抗CTLA4單克隆抗體也顯示出同樣的效果。在具有高NEO表位負荷的晚期黑色素瘤患者中,研究發(fā)現(xiàn)高親和力V158 FcγRIIIa等位基因的存在與CTLA-4靶向抗體ipilimumab的反應(yīng)增強之間存在正相關(guān),為Fc介導(dǎo)功能的重要性提供了進一步的臨床證據(jù)。

同樣地,在小鼠模型中,由于Fc介導(dǎo)的TME中免疫抑制髓系細胞亞群的耗竭,抗PD-L1單抗與激活FcγRs的結(jié)合增強了其治療效果。目前,有三種臨床認可的抗PD-L1單克隆抗體,其中兩種具有突變的Fc尾部,消除了與FcγR的結(jié)合(atezolizumab, durvalumab),一種是野生型IgG1(avelumab)。目前正在進行數(shù)百項針對這些抗體的臨床試驗,未來的結(jié)果可能有助于了解功能性Fc是否能提高PD-L1靶向抗體在人體內(nèi)的臨床療效。如果是這樣,進一步的Fc效應(yīng)器功能優(yōu)化可能是一個有吸引力的方向。

與抗CTLA4和抗PD-L1相比,功能性Fc在體內(nèi)損害了抗PD-1單抗的活性。這種有害影響的潛在機制是腫瘤細胞浸潤的CD8+T細胞,其特點是高PD-1表達。毫不奇怪,兩個臨床的抗PD-1單抗屬于IgG4亞類,Fc效應(yīng)器功能較差。然而,由于IgG4在一定程度上仍可與激活性的FcγRs結(jié)合,因此比較與完全取消FcγR結(jié)合的突變單抗的療效是很有意義的。同樣,靶向CD47的抗體,也不需要Fc效應(yīng)器功能。

綜上所述,這些發(fā)現(xiàn)有力地表明,TME的細胞組成以及靶分子在不同免疫細胞群上的相對表達可以極大地影響檢查點阻斷單抗治療的結(jié)果。這些因素決定了FC介導(dǎo)機制對最佳治療效果的需求,從而決定了檢查點抑制劑的亞型選擇。

靶向TNFR的激動劑抗體

靶向腫瘤壞死因子受體(TNFR)家族特異性成員的激動性單抗Fc部分已被證明在其治療效果中起著關(guān)鍵作用。這類單抗的目的是激活腫瘤細胞上的死亡受體,如DR4、DR5和FAS,以誘導(dǎo)細胞死亡,或激活免疫細胞上的共刺激受體,如CD40、4-1BB、OX40、GITR和CD27,以提高抗腫瘤免疫反應(yīng)。

TNFR需要三聚化以啟動其相關(guān)的信號級聯(lián)。因此,這些受體與Fab臂的二價結(jié)合通常不足以激活它們,需要額外的交聯(lián)。對于這些抗體來說,與FcγRs的相互作用是聚集的有效支架。具體地說,FcγRIIb是抗體介導(dǎo)的TNFR交聯(lián)和下游信號激活的主要支架,因為其相對較高的表達。因此,體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)激動劑抗體的活性高度依賴于小鼠中FcγRIIb的成功參與,并且改進FcγRIIb結(jié)合的Fc工程抗體顯示出更強的抗腫瘤活性。然而,FcγRIIb的表達是動態(tài)的,并且可以被特定的細胞因子下調(diào),使得FcγRIIb介導(dǎo)的受體聚集交聯(lián)的無法預(yù)測。

此外,通過激動性抗體有效的FcR參與被發(fā)現(xiàn)與嚴重的肝毒性有關(guān),這可能是由于FcγRIIb在某些肝細胞亞群上的高表達。因此,需要探索新的策略來提高這些單抗的激動活性,而不依賴FcγR的參與。其中一個策略就是使用hIgG2(B)。hIgG2的這種緊湊且高度激動的構(gòu)象是鉸鏈區(qū)中獨特的二硫鍵重排的結(jié)果。與hIgG2(A)相比,hIgG2(A)的Fab臂沒有通過二硫鍵連接到鉸鏈上,hIgG2(B)在每個Fab臂和鉸鏈之間存在兩個二硫鍵,使它們更加堅硬,并有可能使TNFR分子更緊密地聚集在一起。因此,使用hIgG2(B)是提高針對TNFR家族成員的單抗FcγR非依賴性激動劑活性的可行策略。此外,從hIgG1到hIgG2的亞型轉(zhuǎn)換足以將免疫抑制性抗CD40拮抗抗體轉(zhuǎn)化為具有抗腫瘤活性的強效激動劑。這些發(fā)現(xiàn)是選擇亞型能完全改變單抗活性的最顯著的例子之一。

另一種提高TNFR家族靶向單抗激動活性的方法是最近開發(fā)的HERA平臺。HERA是一種人工嵌合分子,它具有兩個三聚體TNFR結(jié)合域,融合到不與FcγR結(jié)合IgG1-Fc主鏈上。所得到的六價分子能夠在沒有FcγR介導(dǎo)的交聯(lián)的情況下發(fā)揮其激動活性。到目前為止,兩個靶向CD27和CD40的HERA分子已經(jīng)顯示出很有前景的抗腫瘤活性,在臨床前的小鼠模型中沒有明顯的毒性。

所述的以FcγR非依賴性方式提高激動劑活性的策略還有一個額外的優(yōu)勢,因為它們可以防止表達靶分子的免疫細胞的不必要消耗。然而,在小鼠身上的實驗表明,某些TNFR家族靶向激動劑抗體(如抗GITR、抗OX40或抗4-1BB)的治療作用也涉及Treg的耗竭,這表明,與抗CTLA4類似,功能性Fc也可能是有利的。

小結(jié)

單克隆抗體的臨床應(yīng)用從根本上改變了腫瘤的治療方法。然而,越來越明顯的是,單克隆抗體通過多種不同的作用機制來調(diào)節(jié)它們的作用。選擇正確的Ig亞型是至關(guān)重要的,因此人們投入了大量的精力來理解不同抗體亞型的Fc介導(dǎo)作用以及Fc修飾,以進一步提高抗體的療效。為了優(yōu)化Fc介導(dǎo)的效應(yīng)器功能,人們開發(fā)了多種策略,為改進基于抗體的癌癥治療提供了全新的機會。此外,通過考慮患者相關(guān)因素,例如他們的免疫狀態(tài)、TME或FcγR多態(tài)性的特征,Ig亞型選擇可以允許開發(fā)在更廣泛的患者中活躍的抗體,或者允許選擇性地使用針對個人需求的抗體。這些考量可能會使我們在未來朝著為患者量身定制的藥物和更有效的單抗治療邁進一步。

參考文獻:

1． Isotype selection for antibody-based cancer therapy． Clin ExpImmunol． 2020 Nov 5．

2． clinicaltrials．gov