雙特異性抗體

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雙特異性抗體(bispecific monoclonal antibody,?BsAb)是一種人工制作出來的可以同時結合兩種不同抗原的特殊抗體。雙特異性抗體在自然狀態下不存在,只能通過人工制備。研究雙特異性抗體,對于癌癥的免疫治療有著重大的意義。本文主要對雙特異性抗體的結構、作用原理及制備方式做一綜述。

作用原理

雙特異性抗體的的作用機制主要有三種:

  • 介導免疫細胞殺傷
  • 雙靶點信號阻斷
  • 促進蛋白形成功能性復合體

介導免疫細胞殺傷

雙特異性抗體作用原理:介導免疫細胞殺傷

圖1:介導免疫細胞殺傷

雙特異性抗體的一個重要作用機制是介導免疫細胞殺傷,雙特異性抗體有兩條抗原結合臂,其中一條與靶抗原結合,另一條與效應細胞上的標志抗原結合,后者可以激活效應細胞,使其靶向殺滅腫瘤細胞。以Catumaxomab(卡妥索單抗,2009年批準上市的雙特異性抗體藥物)為例,兩個抗原結合臂分別結合細胞毒性T細胞的CD3位點和腫瘤細胞的?EpCAM?位點,從而引導T細胞殺傷靶細胞。

雙靶點信號阻斷

雙特異性抗體作用原理:雙靶點信號阻斷

圖2:雙靶點信號阻斷作用原理

同時結合雙靶點,阻斷雙信號通路是雙特異性抗體的另一個重要作用機制。受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTKs) 是最大的一類酶聯受體,在細胞增殖過程中發揮重要調節作用,如 Her 家族等。RTKs 在腫瘤細胞表面異常高表達,導致腫瘤細胞惡性增生,因此也是腫瘤治療的重要靶點。針對RTKs 的單靶點單克隆抗體已在腫瘤治療中得到廣泛應用。但是,腫瘤細胞可以通過轉換信號通路或通過HER家族成員自身或不同成員之間的同源或異源二聚體激活細胞內信號進行免疫逃逸。因此采用雙特異性抗體藥物同時滅活兩個或多個RTKs或其配體,可以減少腫瘤細胞逃逸,提高治療效果。

促進蛋白形成功能性復合體

利用雙特異性抗體兩個抗原結合臂可以結合不同抗原的特點,兩個抗原結合臂分別結合兩種特定蛋白分子,形成功能性復合體。利用該種復合體給藥,可以減少機體內排斥反應,提高臨床治療效果。

雙特異性抗體作用原理:促進形成蛋白復合體

圖3:促進蛋白形成功能性復合體作用原理

雙特異性抗體種類

雙特異性抗體按結構區分主要有兩大類:含FC區的雙特異性抗體(IgG-like雙特異性抗體)與不含Fc區的雙特異性抗體(non-IgG-like雙特異性抗體)。含Fc區雙特異性抗體保持了傳統的單克隆抗體的結構,具有兩個Fab區和一個FC區。但與傳統單克隆抗體不同,這兩個Fab是可以結合不同抗原。此類抗體主要有Triomabs、DVD-Ig、2 in 1-IgG、kih IgG、CrossMAb等;不含Fc區雙特異性抗體缺失了Fc區,由兩個抗體的VH區及VL區組成或者由Fab片段組成。此類雙特異性抗體主要有 BiTE,DART,TandAbs,bi-Nanobody 等。
含Fc區雙特異性抗體 不含Fc區雙特異性抗體
含Fc區的雙特異性抗體 不含Fc區的雙特異性抗體

制備方法

雙特異性抗體的制備主要有雙雜交瘤細胞法,化學偶聯,重組基因制備等方法,每一種制備方法都會產生其獨特的結構。

① 化學偶聯法

該法最早出現于上世紀80年代,其原理是通過化學偶聯劑(如鄰苯二馬來酰亞胺、N-琥珀酰-3-(2-吡啶二巰基)丙酸鹽、二硫代酰基苯甲酸等)將兩個完整IgG或兩個F(ab’)2抗體片段偶聯成一種BsAb。

② 雙雜交瘤融合法

利用雙雜交瘤技術制備雙特異性抗體可能產生的輕重鏈配對情況

圖4:抗體輕重鏈隨機組合配對

通過細胞融合的方法將兩株不同的雜交瘤細胞融合成雙雜交瘤細胞株,然后通過常規的雜交瘤篩選法克隆靶細胞。由于雙雜交瘤的遺傳背景來源于親代的兩種雜交瘤細胞,它必然要產生兩種重鏈和兩種輕鏈分子,而這些輕重鏈的隨機組合的方式至少有10種,理論上只有輕重鏈同源配對、重鏈與重鏈異源配對這一種組合配對方式才能產生所需要的BsAb。利用雜交-雜交瘤方法制備雙特異性抗體隨機性較大,效率低,但是BsAb生物活性較好,抗體結構比較穩定。

利用化學偶聯法與雙雜交瘤融合法生產出的雙特異性抗體為鼠源性,具有較強的免疫源性,且產量低純度較差,在臨床的應用上有很大的制約。
Konb-in-hole技術
利用konb-in-hole技術可以有效解決異源抗體重鏈正確配對的難題。
制備方法是將一個抗體的重鏈 CH3區366 位體積較小的蘇氨酸突變為體積較大的酪氨酸,形成突出的“杵”型結構; 將另一個抗體重鏈 CH3 區 407 位較大的酪氨酸 殘基突變成較小的蘇氨酸,形成凹陷的“臼”型結構 ; 利用“杵臼”結構的空間位阻效應實現兩種不同抗體重鏈間的正確裝配。
Knob-in-hole技術制備雙特異性抗體原理

圖5:konb-in-hole技術

突變后,產品正確裝配率由野生型的 57% 提高至 92% ,能夠滿足規模化生產的要求 。但重鏈 CH3 的這一改構方式降低了抗體結構的穩定性,為了克服這一缺點,可以通過噬菌體展示技術進行隨機突變篩選。

③ 基因工程BsAb

利用基因工程技術制備雙特異性抗體是目前最常用的制備方法,其制備原理為利用基因工程技術對傳統抗體進行基因工程方面的改造,從而形成多種形式的雙特異抗體。

雙特異性抗體的應用

  • 免疫診斷
    臨床檢測甲胎蛋白、檢測癌胚抗原
  • 腫瘤放射顯影
    一端針對腫瘤細胞表面抗原,一端針對半抗原螯合劑。后者可以與帶放射性核素的半抗原結合。
  • 腫瘤藥物殺傷
    將單克隆抗體與化療藥物、毒素或放射性核素偶聯。
  • 腫瘤的免疫殺傷
    乳腺癌、淋巴細胞白血病、神經膠質瘤

雙特異性抗體的發展現狀

目前仍有大量雙特異性抗體藥物處于研究階段,許多臨床試驗正在進行。
處于臨床研究階段的雙特異性抗體

表1:部分處于臨床研究中的雙特異性抗體

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