引言
抗体工程是涵盖了多种开发、生产策略以及修饰技术的抗体改造技术，旨在改善单克隆抗体（mAbs）的生物学特性。在抗体药物的开发领域，通常在抗体发现、筛选和选定之后进行抗体工程改造，以满足治疗性抗体药物的关键特性，如低免疫原性、高亲和力和抗原结合能力以及高稳定性（图 1）。
因此，抗体工程改造的主要手段和目标如下：
1. 对单抗进行嵌合改造、人源化改造或骨架区转换，以降低免疫原性
2. 体外亲和力成熟或生成二价抗体来优化性能
3. 通过Fc工程改造或Fc沉默来延长半衰期、减少或优化效应功能
4. 改造成双特异性或多特异性抗体，实现靶向多个受体
5. 生成抗体片段，如单链可变片段（scFvs）或抗原结合片段（Fab）片段，来简化生产或提高生物活性
6. 偶联化学有效载荷，生成抗体-药物偶联物（ADCs）
7. 用生物素、辣根过氧化物酶（HRP）或荧光团标记抗体，用于开发检测方法
图 1. 抗体治疗药物开发的阶段
抗体治疗药物的工程改造方法
抗体工程技术的发展，使得研究人员可以对基本抗体分子进行改造，衍生出包括scFv、Fab、人源化、嵌合化抗体，或双特异性抗体等抗体结构形式。以下将讨论一些常见的抗体工程改造方法。
嵌合化与人源化
源自小鼠的抗体在患者体内会诱发免疫反应，产生人抗鼠抗体（HAMA）。HAMA会快速识别和清除注射的治疗性单抗，极大限制其治疗潜力。因此，抗体工程改造的一个重点方向便是开发嵌合抗体和人源化抗体，以降低其免疫原性。嵌合抗体的工程改造，是把小鼠的恒定区替换为人的恒定区，同时保留鼠源可变区，保证其与抗原相互作用并结合（图 2）。人源化抗体的工程改造则是通过互补决定区（CDR）替换，即将鼠源抗体的CDR植入人源抗体的框架区和恒定区。全人源抗体则是从分离的人外周血单个核细胞（PBMC）或转基因小鼠模型中筛选出来的完全采用人源的抗体序列。这些经过工程改造的抗体引发免疫原性反应的风险较低，从而提高了它们的治疗潜力。
抗体片段与双特异性抗体
在某些应用场景中，将抗体转化为其最小结合片段相较于全长抗体具有更多优势。片段抗体较小的尺寸使其能够穿透组织，触及抗原被深埋的表位，且通常更易于大规模生产。基于这种技术，可将任何抗体改造成各种片段形式（图 2）。目前研究人员已经构建了多种治疗用途的片段化抗体，例如：
1. Fv片段—仅由重链或轻链的可变区组成
2. VHH或纳米抗体—仅由重链的抗原结合片段组成
3. Fab片段—由重链的可变区、第一个恒定区以及轻链组成
4. ScFv—由重链和轻链的可变区通过连接子而非Fc区连接而成
5. 双抗或双特异性片段—由两个不同的抗原结合结构域组成，具有双重特异性
图 2. 工程改造的抗体及抗体片段的类型
体外亲和力成熟
体外亲和力成熟是一种在体外提升抗体与抗原结合亲合力的技术，与体内体细胞超突变类似，它也会引入序列多样性，从而产生一个突变体文库。诸如噬菌体、酵母或核糖体的展示技术，已被广泛用于高亲和力抗体的筛选。由于CDR替换可能会导致亲和力下降，所以亲和力成熟有时可能会与抗体人源化相结合。通过表面等离子体共振（SPR）进行的热力学分析可以进一步对候选抗体进行分析，以筛选出高亲和力抗体。
Fc段工程改造
抗体的Fc区具有介导激活免疫系统效应功能的作用。补体依赖的细胞毒性（CDC）、抗体依赖的细胞毒性（ADCC）、以及抗体依赖的细胞吞噬作用（ADCP）均是通过受体与 Fc 片段结合而被激活，并诱导肿瘤细胞毒性和细胞死亡。
对Fc区进行工程改造可以增强治疗性抗体的效应功能。例如，提高Fc区与其同源 Fc 受体的结合能力，可以增强抗体的治疗效果。相反，Fc区工程改造也可以抑制该效应功能，适合某些希望阻断Fc受体活性的应用场景。
偶联与标记
可以对抗体序列进行工程化改造，使其更易于偶联。药物/抗体比率（DAR）是ADCs的一个重要属性，它会影响药物疗效以及药代动力学特性。通过对抗体序列的改造可以引导位点特异性二硫键偶联，从而实现ADCs的同质性和药物化学计量的均一性。例如，可以在特定位点引入半胱氨酸、将半胱氨酸替换为丝氨酸、以及将新型氨基酸引入抗体分子中。
标记抗体是将诸如生物素、辣根过氧化物酶（HRP）或者荧光基团之类的标记物通过带电氨基酸、酪氨酸残基、糖类或者巯基与抗体相连接的技术。作为一种重要的研究工具，它被广泛用于各种免疫测定方法，如WB、流式细胞术和ELISA中抗原的检测。
蛋白从头测序技术推动抗体工程发展
抗体工程的出现，极大拓展了基于抗体的治疗方法的应用范围。改造后的抗体形式多变，往往更加复杂。蛋白从头测序技术，可以不依赖细胞或DNA，直接测得抗体蛋白的全长100%精准氨基酸序列，从而实现对抗体更加深入的分析，以确保工程改造抗体的可重复性、特异性和亲和力。
Rapid Novor（快序生物）是蛋白从头测序技术的全球领跑者。公司领先的单克隆抗体测序技术REmAb和全球唯一基于血清多抗的抗体发现技术REpAb可以高效获得优质抗体序列，助力抗体工程改造和生物医药产业的蓬勃发展。如需了解更多信息，请关注快序生物公众号与我们联系。
参考资料
[1]https://www.rapidnovor.com/novel-therapeutics-antibody-engineering/
