在單克隆抗體發現過程中，通過抗體庫的篩選，得到能夠與靶點特異性結合的優秀候選分子后，就需要通過一定的工程化技術來增強其藥理學和其他方面的功能。多種策略可以改善抗體藥物的動力學功能，包括親和力成熟、嵌合或人性化和Fc修飾。為了提高抗體的成藥性和穩定性，需要提高抗體的穩定性和聚集性，以及降低免疫原性，其中一些策略也可以通過計算機工具來實現。

嵌合或人源化降低免疫原性

早期，鼠抗體進入人體后，會使人體免疫系統產生應答，及產生人抗鼠抗體(HAMA)反應，誘導超敏反應或鼠抗體的作用被抗鼠抗體中和。解決這個問題的方法是通過嵌合或人性化，使抗體更接近人類抗體。人-鼠嵌合抗體是將鼠抗體可變區基因片段連接到人抗體恒定區基因上。人源化抗體是將鼠抗體的DCR區移植到人抗體的相應部位，這樣人源化程度可達90%以上。

隨著計算機輔助模擬技術的發展，人源化抗體技術進入了第二代，其策略包括：①部分CDR移植，即將抗體結合抗原所必須的部分CDR移植到人抗體法人框架上，獲得免疫原性更小的人源化抗體；②表面重塑，即對鼠源CDR與FR表面殘基進行鑲嵌/重塑，使之類似于人抗體CDR的輪廓、人FR的形式；③特定決定區移植，即將抗體中與抗原密切作用的關鍵氨基酸形成的SDR移植到人抗體相應的位置。此外，為了保證抗體的親和力，研究者還提出了CDR補償、定位保留和模板替換的策略。

盡管非人類抗體的人源化在今天仍然很普遍，但是轉基因老鼠的出現，更重要的是，全人(合成)抗體庫已經減少了對這些策略的需求。然而，任何治療性的單抗都有免疫原性，無論其來源是什么，因此，在評估患者的風險-收益率時，應始終考慮這一問題。

體外親和力成熟

對于治療性抗體來說，抗體親和力的提高有助于降低用量和毒副作用。抗體體外親和力成熟策略來源于體內抗體成熟過程(見圖1)。構建集中突變或特點突變的小容量抗體庫，或將突變引入到原始抗體的可變區域，通常是CDRs區，通過表面展示技術篩選出高親和力抗體。特別強調的是CDR H3在抗原識別和潛在構象變化方面的獨特作用。同時，周圍的FR區域也應該考慮在內。一般情況下，均可以得到10倍的親和性改善。

為了模擬獲得性免疫系統，形成了一種具有人可變序列重排、細胞表面展示、弱結合分離以及重組AID介導的SHM體外哺乳動物系統。初步鑒定，低親和力的單克隆抗體在體外SHM中產生了一種低pM親和力。在SHM中，Ig基因插入和刪除增強了體內和體外的親和力成熟。

圖1 工程化技術增強抗體藥理學和穩定性

計算機工具也應用于親和性的成熟。早期的計算機模擬集中于離子作用和單一突變體，以提高mAbs(如西妥昔單抗和貝伐單抗)的親和力10-100倍。另一種基于CDR3的隨機化和合理性設計的組合方法，將低μM scFv親和力提高了450倍。

并非所有的治療應用都渴望獲得最佳療效的高親和力。在癌癥的背景下，高親和力binder受“結合位點屏障”作用，只能在腫瘤的邊緣部位進行定位。在另一個例子中，抗轉鐵蛋白受體mAbs只能在其親和力適中的情況下，在血液中傳遞有效載荷通過血腦屏障(BBB)。在這兩種情況下，具有較低的親和力的mAb仍然能夠與目標結合，但隨后被釋放，增強了對腫瘤和BBB的穿透能力。

Fc修飾增強效應功能和半衰期

對Fc區域的修飾可以對特定抗體的藥理作用產生深遠的影響。重要的是，針對腫瘤的治療性mAbs的活動主要由激活和抑制Fcγ受體(FcγR)、FcγRIII或FcγRIIB參與主導。研究表明，細胞毒性的mAbs將會優先與FcγRIII結合，同時減少FcγRIIB的參與，有更大的臨床療效。在利妥西單抗中，只對少量的氨基酸進行替換，在體外和體內就顯示出了增強的ADCC作用。另外，糖基化修飾的改變也可以增強FcR的相互作用。利用GlycoMAb技術，使mAbs Fc區域表達平分的非核心巖藻糖，抗CD20抗體GA101比利妥西單抗具有更強的ADCC作用、抗腫瘤功效和B細胞耗竭。該技術與POTELLIGENT技術相結合，用于治療復發性或難治性成人T細胞白血病/淋巴瘤抗體藥Mogamulizumab已經獲批。

圖2 血液及核內體中IgG的Fc片段與新生兒受體FcRn的相互作用受pH影響

Fc的存在還會導致血液循環時間增加。許多研究已經對Fc的修飾進行了研究，以延長抗體的半衰期。由于pH依賴FcRn的相互作用，誘變研究的重點是取代直接與FcRn結合的Fc氨基酸，以增加pH=6時親和力，而不是pH=7.4。雖然對增強的循環時間的Fc修飾可能會影響Fc的效應功能，但研究表明，貝伐單抗和西妥昔單抗的不同AAs的突變導致了小鼠癌癥模型中更有效的抗腫瘤活性，從而驗證了增加治療性抗體的半衰期的策略。自那以后，有大量的有利突變被報道。不幸的是，動物模型的結果并不總是與人類相關。然而，與FcRn的親和性增加5-10倍，通常會導致半衰期增加2-4倍。

圖3 抗體ADCC和CDC效應原理

提高穩定性和降低聚合性

許多治療性的mAbs在非生理條件下表達時，具有有限的熱穩定性和膠體穩定性，使它們的制造和保質期變得令人沮喪。因此，一些工程策略旨在提高mAb的物理特性，以提高其整體功效或生產能力。為了減少聚合而進行的研究主要集中在改變抗體框架、抗原結合環和結合域結合界面。更具體地說，穩定策略包括：(a)劑型的調整;(b)特定點突變(框架和/或CDR);(c)在CH2-CH3域中添加額外的域內二硫鍵;(d)改變Fab區二硫鍵結構;(e)和/或帶電的融合標簽。同樣，在計算機算法的發展過程中，利用合理的設計和體外選擇方法，可以抵消聚合，并預測高黏度、化學降解和快速血漿清除。

圖4 抗體的非天然聚合過程

以上的工程策略主要集中在改進“純”的mAbs上。除此之外，還有一些其他的生物共軛策略，以提高整體的mAb治療指數，每一個都有其自身的優點和缺點。例如，批準的單抗與小分子藥物的偶聯或放射性同位素的結合，目的是將載體的力量集中到目標細胞/組織。另一種選擇是，雙特異性抗體和CAR-T細胞療法，旨在將T細胞重新定位為腫瘤治療癌癥，而納米技術則利用抗體作為靶向配體或作為診斷和/或藥物傳遞的有效載荷。

參考文獻：Kennedy P J,Oliveira C, Granja P L, et al. Monoclonal antibodies: technologies for early discovery and engineering[J]. Critical reviews in biotechnology, 2018, 38(3):394-408.