Fc融合蛋白

Fc融合蛋白是指利用基因工程技术将免疫球蛋白（IgG、IgA等）的Fc段与某种具有生物学活性的功能蛋白分子融合而产生的新型蛋白。具有生物学活性的功能蛋白可以是细胞因子、毒素、受体、酶、抗原肽等。Fc融合蛋白不仅可发挥所融合蛋白的生物学活性，还具有一些抗体的性质，如可引起抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC）、补体依赖的细胞毒作用（ CDC）与抗体依赖细胞介导的吞噬作用（ADCP）等。
蛋白类药物在血浆内半衰期较短，为了达到治疗效果需要大剂量给药，这样会造成严重的副作用，给患者造成巨大的负担。将功能蛋白与免疫球蛋白的Fc段融合，可以延长药物在血浆内的半衰期，降低药物的免疫原性，在疾病的诊断与治疗方面有重要的意义。

Fc融合蛋白结构与功能

Fc融合蛋白由免疫球蛋白的Fc段与具有生物学活性的蛋白分子组成。Fc段与功能蛋白具有相对独立的结构域与功能，能够从不同角度影响融合蛋白的理化性质与生物学活性。

Fc融合蛋白结构

图1：Fc融合蛋白结构

Fc结构域

Fc融合蛋白最主要的特点是包含Fc段，与单克隆抗体中Fc段功能类似，融合蛋白的Fc段可以起到延长功能蛋白在血浆内的半衰期、提高分子的稳定性、特异性结合体内的Fc受体,并发挥相应的生物学功能等作用。除此之外，Fc段可以特异性结合protein A，简化了Fc融合蛋白的纯化步骤，在相关生物制品的研发制备具有重要意义。

延长半衰期

人体内的免疫球蛋白依赖于Fc段与新生Fc受体（FcRn）的结合，在FcRn的保护下，半衰期可以长达19~21d。与此类似，Fc融合蛋白也能依赖此原理延长在体内的半衰期：Fc段与FcRn的结合呈pH依赖性，在pH7.4的生理条件下，FcRn与Fc不结合；在细胞内涵体pH 6.0~6.5的酸性条件下，两者结合，从而避免了融合蛋白在细胞内被溶酶体等快速降解。除此之外，Fc段能够增大分子体积，降低肾清除率，也从一定程度上延长了半衰期。

提高分子稳定性

Fc融合蛋白可以通过Fc铰链区的二硫键链接形成稳定的二聚体。通过对二硫键进行进一步的基因工程改造，还可以使Fc融合蛋白形成更加稳定的六聚体复合物。另外，Fc区域可以独立折叠，保证了分子的稳定性。

有利于融合蛋白的表达与检测

将Fc段与功能蛋白融合，可提高蛋白在哺乳动物中的表达分泌，同时Fc段可以与protein A发生特异性结合，有利于融合蛋白的纯化。

与Fc受体结合，发挥生物学效应

Fc融合蛋白的FC结构域可与免疫细胞表面的Fc受体结合，发挥多种生物学功能（见表1），如介导穿过胎盘和粘膜屏障、炎症反应、抗体依赖细胞介导的吞噬作用（ADCP）、抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC）、补体依赖的细胞毒作用（CDC），促进树突状细胞（DC）成熟，调节细胞因子分泌，调节B细胞增殖分化等。

表1:主要的Fc受体及相应的生物学功能

受体	抗体配基	细胞分布	配基亲和力（L/mol）	效应
FcγRⅠ（CD64）	IgG	单核细胞、巨噬细胞等	10⁷~10⁵	噬菌作用，细胞激活，介导ADCC效应
FcγRⅡa（CD32）	IgG	巨噬细胞、中性粒细胞等	<10⁷	噬菌作用，脱颗粒作用，介导ADCC效应
FcγRⅡb（CD32）	IgG	B细胞、单核细胞等	<10⁷	抑制细胞激活作用
FcγRⅢa（CD16a）	IgG	巨噬细胞、单核细胞等	2×10⁷	介导ADCC效应，促巨噬细胞分泌细胞因子
FcγRⅢb（CD16b）	IgG	中性粒细胞、嗜酸细胞等	<10⁷	诱导杀菌作用
FcεRⅠ	IgE	肥大细胞、嗜碱细胞等	>10¹⁰	脱颗粒作用，促炎症介质或细胞因子释放
FcεRⅡ（CD23）	IgE	B细胞、T细胞等	10⁶	调节作用
FcαRⅠ（CD89）	IgA	中性粒细胞、单核细胞等	2*10⁷	噬菌作用，介导ADCC效应
FcRn	IgG	上皮细胞、内皮细胞	2*10⁸	将母体IgG转运到胎儿体内；保护IgG免受降解

功能蛋白

Fc融合蛋白的Fc结构域影响了融合蛋白分子的理化性质与生物学活性，而功能蛋白部分则决定了Fc融合蛋白的药理活性。功能蛋白的种类很多，可以是细胞因子、毒素、受体、酶等，其作用也各不相同。功能蛋白的作用主要有：抗炎性感染、抗病毒感染、抗瘤免疫、防止溶骨、抗移植排斥、治疗痛觉过敏、自身免疫性疾病的治疗等。

Fc蛋白的临床应用

大部分Fc融合蛋白药物的作用机制为受体与配体之间的相互作用，同时辅以Fc片段的多种生物学功能。截止2014年9月，已有9种人IgG-Fc融合蛋白药物经美国食品及药品监督管理局（FDA）批准临床使用，包括治疗甲型血友病药物抗血友病因子Fc融合蛋白（Eloctate，2014）、移植排斥药物Belatacept（Nulojix，2011）、乙型血友病的药物凝血因子IXFc融合蛋白（Alprolix，2014）、年龄相关性黄斑变性药物Aflibercept（Eylea，2011）、CAPS药物Rilonacept（Arcalyst，2008）、慢性免疫性血小板减少性紫癜药物Romiplostim（Nplate，2008）、风湿性关节炎药物Abatacept（Orencia，2005）和Etanercept（Enbrel，1998）以及银屑病和移植排斥药物Alefacept（Amevive，2003）。除了上述已成功转化的临床应用的Fc融合蛋白外，有更多的Fc融合蛋白药物处于临床研究中。

另外，Fc融合蛋白也可以作为一种新型疫苗形式，将病原体的部分抗原肽与IgG-Fc片段进行融合，诱导机体产生抗原特异性免疫应答。研究表明，HIV-1 Gag p24、gp120 V3以及流感病毒HA胞外域与小鼠IgG2a-Fc的融合疫苗，可提高小鼠抗原特异性体液免疫反应。

Fc融合蛋白较传统蛋白类药物具有多种新特性，在全世界范围内受到广泛关注，但Fc融合蛋白本身也存在许多局限，如价格昂贵、不可口服给药等。随着相关技术与理念的不断进步，Fc融合蛋白在临床治疗、医学生物研究等领域必将发挥更大的作用。