治疗性单克隆抗体人源化技术进展

单克隆抗体已成为治疗和诊断人类疾病的有效工具。非人源抗体会诱导人类免疫反应，使用非人源抗体产生的中和反应会限制抗体药物在治疗人类疾病中的应用。为了克服这个问题，抗体人源化技术应运而生。到目前为止，研究人员已经开发了各种方法用于非人源抗体的人源化，并提高其亲和力、特异性等其他特性。本文回顾了各类抗体人源化技术的相应进展，并针对这些方法列举了一些重要研究。

基于抗体框架区（FWR）同源性CDR移植与回复突变

非人源抗体人源化的常用方法是互补决定区（CDR）移植，即将非人源抗体的CDR区移植到人源抗体框架区上。通常，会选择与非人源抗体框架区同源性最高的人源抗体框架区作为CDR移植的受体。这种方法最主要问题是，改造后的抗体与特定靶标结合的亲和力会降低乃至丧失。将鼠源抗体的CDR环直接移植到人源抗体框架上仅在少数情况下不会影响抗体亲和力，而大多情况下抗体亲和力会显著降低。鼠源抗体框架区的一些残基已被证明会影响CDR环的构象以及抗体的亲和力，我们称其为游标区残基。这些残基位于靠近CDR区的β折叠。因此，在选择所需的人源抗体框架区后，需要对这些残基进行回复突变，使其保留在人源化抗体中。例如，赫赛汀（曲妥珠单抗）是FDA批准的抗HER2抗体，是通过将鼠源抗体4-5D的CDR环移植到人IgG框架上并保留游标区氨基酸而产生。Makab及其同事为了了解游标区残基对CDR构象的影响进行了一项实验，他们通过直接移植CDR改造了识别表皮生长因子受体（EGFR）鼠源抗体的人源化版本，发现其亲和力损失为1/40。亲和力的降低是由于与结合相关的负焓变化显著减少。人源化后，无配体抗体片段的晶体结构没有明显的构象变化，人源化抗体的CDR环结构与鼠源抗体的环结构相同。为了确定哪类游标区残基是影响抗体亲和力的主要因素，他们表达了几种人源化抗体的回复突变版本，其中一些游标区残基被反向突变为亲本鼠抗中的残基。几个单突变和一个双突变增加了负焓变化。然而，回复突变的个数的增加会导致负焓变化减少。这些结果表明，游标区残基对抗原结合有焓变贡献，但同时必须仔细考虑和优化鼠源抗体人源化时构象熵变化的调节。
除可变区氨基酸残基的回复突变外，可变区外氨基酸残基的突变也已被用于赋予人源化抗体新的特性。

基于胚系基因的CDR移植

人类胚系基因可作为鼠源抗体人源化框架区的替代来源。与来源于IgG的框架区相比，胚系基因具有较少的克隆内体细胞超突变。因此，人们认为利用胚系框架的人源化抗体比IgG框架的人源化抗体表现出更低的免疫原性。有研究使用该方法对鼠抗WO-2进行人源化。WO-2是一种针对与阿尔茨海默病相关的Aβ肽产生的单克隆抗体。通过保留鼠抗游标区残基以保持亲和力，研究人源构建了该抗体的三种人源化形式，包括单链抗体、Fab片段和含有人类恒定区域的嵌合Fab片段。他们发现，这种抗体的单链和Fab片段形式与Aβ肽结合，其亲和力比重组嵌合Fab片段低约两倍，比木瓜蛋白酶裂解的亲本Fab片段低五到六倍。尽管鼠WO-2的人源化导致亲和力降低，但问题不大，人源化后抗体对Aβ仍具有高亲和力（在纳摩尔范围内）。
尽管胚系基因的免疫原性可能较低，但事实上IgG的衍生框架有时更有利。复数研究反应，人源化抗体Fc区的变化会影响抗体活性与亲和力。如有研究证实，将鼠抗可变区融合到IgG恒定区构建的嵌合抗体对黄热病感染的预防和治疗有效，而具有IgM恒定区的嵌合抗体则不然。

抗体表面重塑

抗体表面重塑是非人源抗体人源化的另一种策略。表面重塑是指对非人源抗体的表面氨基酸残基进行抗体人源化改造。该策略的原则是确定鼠源抗体表面残基的位置，在维持抗体活性兼顾减少抗体免疫原性的原则下，选用与人源抗体表面残基相似的氨基酸进行替换。通过这种方法人源化的抗体通常表现出稳定性和亲和力的变化很小。
如人源化抗体h82D6A3，其可变区含有用于CDR环构象的必要鼠源抗体框架残基，框架区的10个表面残基中与亲本鼠抗体的可变区不同。与亲本鼠抗体82D6A3相比，它的亲和力略有下降。小鼠抗肿瘤坏死因子-α（TNF-α）抗体m357也通过该方法人源化。该抗体在其框架区中含有17个非保守表面残基，其中6个被突变为PPS4中的残基（PPS4是一种具有与m357可变区同源的人源抗体）。其他表面残基已在人源化抗体中保留，因为研究者认为它们是支持CDR环构象所必需的。

基于CDR同源性的CDR移植

上述的CDR移植通常会选择与非人源抗体框架区同源性最高的人源抗体框架区作为CDR移植的受体。Hwang及其同事首次设计了一种基于CDR区域同源性的抗体人源化新方法。该方法不使用框架区的同源性来选择人源化抗体框架，关键的鼠源残基也不进行回复突变。使用这种方法可以减少被识别为外源物质的可能性。比起基于框架区同源性的CDR移植，通过该方法改造的抗体亲和力维持更好。

SDR移植

通过CDR移植获得的人源化抗体仍可能在患者中引发免疫性抗独特型（anti-Id）反应。为了最大限度地减少抗V区免疫反应，可以通过仅将CDR序列中抗原结合活性所必需的特异性决定残基（SDR）移植到人源抗体框架区上来实现抗体人源化。SDR移植的方法更进一步地提升了抗体人源化程度，并尽可能地减少了鼠源CDR中效应T细胞表位的数量，从而将抗体可变区潜在的免疫原性风险做到最小化。

其他抗体人源化方法

链替换抗体库技术

链替换抗体库技术（或定向筛选）是利用噬菌体展示的方法，将鼠源抗体重轻链V区结构域分别顺序或平行地替换为人源化的。该方法为人源化提供了一个强大的工具，可以最大限度地减少人体的免疫原性。值得注意的是，即使是通过噬菌体展示技术产生人源化抗体，哪怕是全人源抗体，也可能显示出一定程度的免疫原性。

基于human string content优化

该策略基于一种与免疫学相关的抗体人源化指标，称为human string content（HSC）。HSC的得分在具有不同人类胚系序列框架和CDR区的小鼠氨基酸域中显著不同。目标序列的人源化是通过最大化该参数，而不是使用广泛的一致性度量生成多种多样的人源化改造抗体。所得可变区的免疫原性较低，并显示出与通过标准CDR移植方法人源化的结合亲和力相当的增强。Hammond及其同事使用HSC方法将嵌合抗CD30抗体cAC10人源化。新型Xmab2513抗体对FcgRIIIA受体和CD30抗原的结合亲和力显著提高（比亲代抗体高4倍），并保留了cAC10和5F11抗体所表现出的强大抗增殖作用。

到目前为止，已经开发了多种抗体人源化方法，每种方法各有优劣，可以根据具体情况，选择其一。抗体的所有特性，包括免疫原性、亲和力和特异性，都可以通过改变CDR或框架区中的一些氨基酸残基来实现。考虑到人源化抗体在人类疾病治疗中的应用范围广泛，应用日益增多，未来该领域必将取得更多发展。

参考文献
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