【原创】抗体工程系列一：pH-sensitvie结合型抗体在抗体药物优化设计中的应用
抗体工程学的快速发展在改善抗体药物活性、特异性、药代动力学性质等方面发挥了巨大作用，同时拓展了抗体药物的应用领域。近十几年来，围绕抗体与FcRn的pH-sensitve binding的特点，多家药企发展了明显延长半衰期的工程抗体技术平台。本文对此进行简单梳理介绍。
由于抗体与FcRn的结合是pH敏感型的形式，抗体通过胞饮作用进入细胞，在酸性pH的内涵体中，抗体与FcRn结合，FcRn介导抗体回到细胞外，在胞外中性pH条件下，与FcRn解离。这样FcRn避免了其他血液中蛋白通过胞饮作用进入细胞内被溶酶体降解的命运，从而达到长效目的，半衰期长达几周（IgG1、IgG2、IgG4半衰期三周，IgG3为9天）。多家药企尝试改造抗体以特异性提高低pH条件下与FcRn的亲和力，达到进一步长效化的目的。
本文统计了该领域的主流技术平台，介绍其技术特点及相应在研药物的进展情况：
一、MedImmune的YTE
MedImmune是最早开发pH高敏感型抗体的药企之一，其技术同样是通过Fc几个氨基酸的突变（M252Y/S254T/T256E，因而该技术命名为“YTE”），达到特异性提高低pH条件下抗体与FcRn的结合力，从而可以延长半衰期。如处于二期研究阶段MEDI8897，给药频率可以达到3个月一次。
二、Xencor的Xtend技术平台
Xencor的Xtend技术平台，通过个别氨基酸突变（如M428L/N434S），进一步提高低pH条件下抗体与FcRn的结合力。
Xencor将该技术平台与双特异性抗体技术平台结合，开发长效肿瘤免疫抗体PD1/CTLA4双特异性抗体XmAb20717，目前处于临床前研究阶段，预计2017年底完成IND申请。
三、Genetech的技术
Genetech的技术集中在434位氨基酸上，发现N434W可以同时提高pH=6.0和pH=7.4的抗体与FcRn的亲和力，从而对半衰期无作用。N434A则特异性的提高了pH 6.0条件下抗体与FcRn的亲和力，从而延长了2.3倍半衰期（恒河猴）。
四、中外制药SMART-Ig技术平台
中外制药采取了一种独特的技术途径，改造抗体与抗原的结合为pH敏感型，而非FcRn的结合。SMART-Ig的限制是需要对不同抗原进行特定的设计，普适性不如基于FcRn的技术，但由于其独特的设计原理可达到不同的目的：再循环抗体和Sweeping antibody（有效降低血液中抗原的浓度）。
4.1 再循环抗体
传统抗体与膜固定抗原结合后，复合物会在溶酶体中降解，抗体药物半衰期因而缩短。再循环抗体与膜固定抗原的结合为pH敏感型，细胞外环境中性条件下，抗体与膜固定抗原紧密结合，复合物进入酸性pH的内涵体后，抗体药物与抗原解离，在FcRn介导下，抗体重新回到细胞外。如此，再循环抗体可以多次完成该循环，介导降解抗原而自身不被降解，从而可以延长半衰期。
该技术原本是在试图延长现有药物Actemra (Tocilizumab，托利珠单抗)的半衰期时发明的，优化路径为把CDR的一个酪氨酸突变为碱性的组氨酸（酸性条件下，组氨酸带正电，与IL-6结合位点的正电荷互相排斥，从而解离），形成的抗体药物即为SA237。
Actemra是一种IL-6R抗体，用于治疗RA，2005年获得FDA批准，2015年销售额14亿美元。Il-6R是一种合成速度很快的膜固定抗原，这就导致托利珠单抗会消耗很快，半衰期相应缩短。优化后的SA237通过再循环，大幅度延长了Actemra的半衰期，目前处于三期临床研究阶段。
4.2 清除抗体（Sweeping Antibody）
传统抗体与游离抗原结合后，通过胞饮作用进入细胞，复合物在FcRn介导下会再回到保外。Sweeping antibody与游离抗原结合后，通过胞饮作用进入细胞，复合物在酸性环境的内涵体内会解离，抗体在FcRn介导下回到保外，抗原则被降解。Sweeping antibody不仅可以阻断抗原与其效应因子的作用，还可以直接清除抗原本身，这样可以降低抗体药物剂量，并能有效降低抗原浓度，从而提高药效。
五、亚力兄的ALXN1210
Soliris（Eculizumab，依库组单抗）是亚力兄开发的C5抗体，用于治疗PNH、aHUS，是最成功的罕见病药物之一，2015年销售额25亿美元。亚力兄目前正积极开发新一代C5抗体ALXN1210。更多信息可参见前文：补体抑制剂药物研发格局研究报告。
C5是血浆中含量很高的一种补体蛋白，根据文献知道其血浆浓度为70-140ug/ml，因而依库组单抗给药需要大剂量给药，只能采取静脉滴注（皮下注射剂量不足以中和血浆中大量的C5）。
ALXN1210技术同样提高低pH条件下抗体与FcRn的亲和力，通过多次循环，在内涵体内降解C5，而ALXN1210本身不被消耗。使得ALXN1210的给药频率可以达到至少每月一次，同时因为剂量低可以实现皮下注射，这样患者可以在家中自己给药，避免的医院护理的麻烦，节省了医疗成本。
围绕活性、特异性、药代动力学等性质，抗体工程改造在新型抗体药物的开发中取得了许多进展。糖基化改造、structure-based改造等是最为常用的技术手段，产生了一系列前景看好的技术平台和候选药物。
pH-sensitve binding性质改造是抗体工程中一个分支，主要围绕改善药代动力学特征。当然也出现了中外制药和亚力兄这样，以清除某些血浆含量高的靶标如IgE、C5等为目的的抗体药物。期待相应技术平台的长效化抗体药物能早日上市，造福患者。
感谢Jone提供的支持。
Armstrong
小编公众号：Biopharm2016
小编团队：Armstrong、医药局外人、Fairy、Jone