Fc段改造单克隆抗体在肿瘤治疗中的应用

危彤，袁芃

（国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院 特需医疗部，北京 100021）

在肿瘤治疗中，相比于化疗药物，单克隆抗体因其能靶向到肿瘤组织的局部，从而大大降低对正常组织器官产生毒副作用，成为肿瘤治疗的重要手段。单克隆抗体由位于两臂末端的抗原结合片段（antigen-binding fragment，Fab）和结晶片段（crystalline fragment，Fc）组成。Fab 主要特异性识别肿瘤相关抗原，进而调控下游的信号通路，而Fc 段可以识别并结合表达Fc 受体的免疫细胞以及血液中的补体，发挥Fc 段效应功能。对Fc 段的改造，可影响Fc 段效应功能，从而改变单克隆抗体的生物活性。而相比于传统单克隆抗体，经过Fc段工程化改造的单克隆抗体在许多肿瘤中展现出更好的抗肿瘤潜力，因而成为了当今肿瘤药物研发的热点。

1 治疗性单克隆抗体研发历程

1975 年，Köhler 等[1]开发出杂交瘤技术，为单克隆抗体的研发奠定了基础，此技术在1984 年获得诺贝尔医学和生理学奖。在研究人员的不断努力下，1986 年第一个鼠源性单克隆抗体药物muromonab-CD3（orthoclone OKT3）在美国批准上市，但是该药物为鼠源性，免疫源性强，导致药物快速清除，而且IgE 抗体可能引起致命的过敏反应。基于此缺陷，借助细胞工程技术和基因工程技术，研究人员用人源性基因序列对鼠源性单克隆抗体的恒定区进行替换，制备出人-鼠嵌合抗体。此后，研究人员又使用人源互补决定簇碱基序列替换鼠源性序列，开发出人源性抗体，将单克隆抗体研发推进至人源化改造时期[2]。随着生物技术的快速发展，单克隆抗体生产规模的急速扩大，生产技术也正在不断完善，我国的抗体类新药上市申请数量呈井喷式增长。大量研究通过对单克隆抗体进行Fc 段改造，调节抗体与免疫系统的相互作用，进一步提高疾病的治愈率。

2 Fc段作用机制

2.1 Fc段改造相关效应功能

目前临床应用的单克隆抗体类药物几乎都属于IgG 类。单克隆抗体的Fab 段介导特异性靶抗原结合，比如特异性识别肿瘤细胞表面的相关抗原（tumor-associated antigen，TAA），调控与该抗原相关的信号通路。而Fc 段可以识别并结合表达于免疫细胞表面的FcγR 以及血液中的补体，通过抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）、抗体依赖性细胞介导的吞噬作用（antibody-dependent cellular phagocytosis，ADCP）、补体依赖的细胞毒性作用（complement-dependent cytotoxicity，CDC）影响抗体半衰期等机制，影响抗体的生物活性，从而发挥一系列的生物学作用[3-5]。

作为Fc 段最为重要的效应功能之一，ADCC 效应指的是抗体的Fab 段结合肿瘤细胞的抗原表位，抗体Fc 段与NK 细胞、巨噬细胞等表面的FcγR 结合，介导杀伤细胞直接杀伤靶细胞的过程。

ADCP 效应，指抗体的Fab 段与相应的抗原表位结合，抗体的Fc 段与巨噬细胞或者中性粒细胞的Fc 受体结合，通过抗体的桥梁作用，促进吞噬细胞对细菌的吞噬，是治疗性抗体作用于肿瘤细胞的机制之一。例如利妥昔单抗和其他抗CD20 抗体被认为在体外和体内的各种动物模型中都能引起有效的ADCP 效应[6]。基于Shields 等[7]的研究，通过在Fc 段的相关区域引入氨基酸突变，可增强ADCC 和ADCP 等效应。

CDC 效应，指的是补体参与的细胞毒作用，即通过特异性抗体与细胞膜表面相应抗原结合，形成复合物而激活补体经典途径，所形成的膜攻击复合体对靶细胞发挥裂解效应。研究[8]表明利妥昔单抗和奥法木单抗这两个靶向CD20 的单克隆抗体在清除恶性B 细胞的过程中都发挥了CDC 效应。通过CDC 效应相关的氨基酸突变进行Fc 段改造，可增强CDC 效应。

Fc 段改造还可延长抗体在体内半衰期。FcRn是一种位于细胞膜表面的IgG 抗体受体，FcRn 可以和抗体的Fc 段结合，阻止抗体被溶酶体裂解，可以起到延长抗体在体内半衰期的作用[9]。通过相关的氨基酸突变进行Fc 段改造，可以增加Fc 段与FcRn 在细胞内的结合，或者减少Fc 段和FcRn 结合的解离，达到增加半衰期的目的[6]。临床前研究[10]显示，经Fc 段工程改造的西妥昔单抗和贝伐珠单抗的半衰期明显优于未改造的单抗，从而延长了作用时间。

虽然Fc 段改造作用的机制较多，但是目前临床上以增强Fc 段效应功能为目的的抗体Fc 段改造的应用最为广泛，主要是通过增强与FcγR 亲和力，提升ADCC 效应，故本文着重介绍与ADCC 效应相关的单克隆抗体Fc 段改造。ADCC 效应主要由NK 细胞介导[11]，NK 细胞通过激活性FcγR 与抗体的Fc 段结合，激活NK 细胞并刺激穿孔素和颗粒酶等分子的释放，最终导致靶细胞裂解（图1）[12]。许多临床相关的单克隆抗体类肿瘤药物，如曲妥珠单抗和马吉妥昔单抗等，均通过诱发ADCC 效应杀伤肿瘤细胞[13]。

图1 ADCC作用机制示意图Figure 1 Schematic illustration of the mechanism of ADCC

2.2 FcγR相关介绍

人体可产生6 种FcγR：FcγRI（CD64）、FcγRⅡ（CD32，包括FcγRⅡA、FcγRⅡB、FcγRⅡC）、FcγRⅢ（CD16，包括FcγRⅢA 和FcγRⅢB）[14]，它们均能够结合IgG，但亲和力大小不同。FcγR在功能上分为两种类型：激活性FcγR 和抑制性FcγR。激活性FcγR（FcγRI、FcγRⅡA、FcγRⅡC、FcγR ⅢA）与免疫酪氨酸激活基序（immune tyrosine activation motif，ITAM）相关。在人类两种激活受体（FcγRⅡA 和FcγRⅡC）中，ITAM 包含在FcγR 本身的胞质结构域内，而在其余激活受体上，ITAM 包含在相关的FcγR 中。FcγRⅡB 包含免疫酪氨酸抑制基序（immune tyrosine inhibitory motif，ITIM），是人类中唯一的抑制性FcγR。

由于大多数免疫细胞同时表达激活性和抑制性FcγR，抗体与FcγR 结合后发挥的Fc 段效应功能是与激活性和抑制性FcγR 结合的综合结果，因此将抗体对FcγR 的相对亲和力定义为激活抑制比（A/I）。A/I 率是对后续细胞效应的预测标志物，A/I 率越高，Fc 段效应功能越强[15-16]。

3 单克隆抗体Fc段改造的策略

抗体Fc 段结合活性除了由氨基酸序列决定外，以糖基化为主的翻译后修饰也有重要影响。目前，广泛应用的Fc 段工程化改造方法包括如下方向：针对抗体蛋白序列的改造，如基于氨基酸取代的蛋白工程技术；针对抗体蛋白翻译后修饰部分的改造，这部分以糖基化改造技术为主。另外，针对IgG 亚型框架的改造，选用新的IgG 亚型（如IgG4）框架替代传统IgG1，尽管不是典型的Fc 段改造，但也通过影响Fc 段与FcγR 的亲和力发挥作用。应用不同改造技术，可以增强或降低其与FcγR 的亲和力，在不同疾病领域中发挥重要作用。大多数情况下，单克隆抗体通过ADCC 效应介导的肿瘤细胞杀伤，则增强ADCC 效应可提高单克隆抗体肿瘤治疗疗效。然而，在以阻断细胞表面受体或细胞因子为目标的单克隆抗体中，例如免疫检查点抑制剂抗体，FcγR 和补体参与的免疫应答过强反而影响其疗效，因此需要一些减弱ADCC 效应。

3.1 糖基化改造工程

蛋白质糖基化是在内质网和高尔基体中发生的一种翻译后蛋白质修饰[17]。人类IgG 有两个位于Asn297 的双触角聚糖，其中一个是N-聚糖修饰是岩藻糖基化[18]。岩藻糖会阻碍IgG 与CD16A 的最佳空间结合构象，去岩藻糖即可增强Fc 段与CD16A的结合能力，提高细胞效应功能[19-21]。例如，抗G蛋白偶联受体的抗体莫格利珠单抗对Fc 段进行非岩藻糖基化改造，显著提高了ADCC 效应[22-23]。应用该技术的还有去岩藻糖化的奥滨尤妥珠单抗[24-29]。乌利妥昔单抗是另一种具有低岩藻糖含量的抗CD20 抗体[30]。糖基化改造后增强了对所有FcRⅢa 变体的亲和力，增强ADCC 效应[31]。

FcγR 和补体相互作用与免疫效应物的结合，也可能对某些单克隆抗体的作用机制有害，因此可能需要Fc 段功能下调或无效的抗体。例如免疫检查抑制剂不需要Fc 段效应功能，反而需要防止ADCC 效应带来的毒性。例如PD-L1 单抗阿替利珠单抗通过丙氨酸替换N-糖基化位点实现了该目的。

3.2 基于氨基酸取代的蛋白工程

氨基酸取代方法可以改造单克隆抗体的Fc 段结构，增加A/I 率，从而增强FcγR 介导的细胞效应功能。Shields 等[7]对IgG1 的Fc 段进行丙氨酸筛选，发现Ser298、Glu333 和Lys334 对丙氨酸的组合取代增加了对CD16A 的结合亲和力。而其他点突变也已被证明可有效增加IgG 对CD16A 的亲和力，包括Ser239Asp、Ile332Glu，以及GASDALIE 变异组合（即 Gly236Ala、Ser239Asp、Ala330Leu 和Ile332Glu 突变组合）[32-33]。GASDALIE 变异组合使IgG 的Fc 段与CD16A 的结合亲和力增加了20 倍，而与抑制性FcγRⅡB 的结合亲和力仅略微增加[33]。另 外，研 究[34]结果发现Phe243Leu、Arg292Pro、Tyr300Leu、Val305Ile 和Pro396Leu（称为variant 18）的氨基酸变异组合也可以提高与CD16A 的结合亲和力。

马吉妥昔单抗是一款Fc 段优化型抗HER-2 单克隆抗体，它同时优化修饰Fc 段5 个氨基酸（L235V、F243L、R292P、Y300L 和P396L），增强CD16A 的亲和力，降低FcγRⅡB 的亲和力。既往研究发现，相较CD16A-158VV 基因型患者，F 基因型患者曲妥珠单抗临床获益较少，而FF/FV 基因型患者，占HER-2 阳性乳腺癌患者的85%～90%。马吉妥昔单抗临床前研究[35]发现，其应用提高了CD16A-158FF/FV 基因型细胞的ADCC 效应。

另外，在风湿免疫系统疾病中，也有研究[36-37]通过氨基酸取代后的单克隆抗体增强对抑制性FcγR（FcγRⅡB）的亲和力，从而抑制Fc 段介导的免疫效应。而在肿瘤治疗中，也有单克隆抗体药物利用蛋白质工程技术实现降低ADCC 效应的作用。研究[38-39]表明，L235A/G237A/E318A IgG1 变异抗体无法与效应细胞结合，导致ADCC 效应降低25%。一项研究[38]指出了氨基酸取代L234F/L235E/P331S，可导致与低亲和力FcγR 的亲和力降低。靶向PD-L1 的度伐利尤单抗就包含了这三重突变，使其失去了结合所有FcγR 的能力[40-41]。

3.3 IgG4取代IgG1

不同的IgG1 类型框架的单克隆抗体，其Fc 段受体亲和力不同，其亲和力排序为：IgG1＞IgG3＞IgG4＞IgG2。改变Fc 段引发的细胞效应可通过使用不同的亚型抗体作为替代。不同IgG 亚型的单克隆抗体的功能差异归因于它们与FcγR 和C1q 的结合能力差异[42-44]，特别是已知IgG4 同种型对除FcγRI之外的所有FcγR 均具有低亲和力，因此使用IgG4 作为抗体亚型有利于开发Fc 段惰性抗体[42]。以奥尼妥单抗为例：这是一种基于Veloci-Bi 双特异性抗体平台生成的全人源化IgG4 型CD3×CD20 全长双特异性抗体，通过同时靶向成熟T 细胞表面的CD3 分子以及B 细胞肿瘤蛋白CD20，将T 细胞与肿瘤细胞接合，实现靶向杀灭B 系肿瘤的效果。同时由于奥尼妥单抗是IgG4 型抗体，其Fc 段功能微弱有效减少ADCC 效应，避免T 细胞损耗，从而发挥更强效、持久的抗肿瘤作用[45]。

4 Fc段改造抗体药物的临床应用

4.1 乳腺癌

乳腺癌是目前女性发病率最高的癌种[46]。对于HER-2 阳性晚期乳腺癌，曲妥珠单抗联合帕妥珠单抗联合紫杉类是目前未用过曲妥珠单抗或曾用过曲妥珠单抗但符合再用条件的HER-2 阳性晚期乳腺癌的一线解救治疗方案。

SOPHIA 是一项马吉妥昔单抗与曲妥珠单抗头对头比较的随机、开放标签、Ⅲ期临床研究[35]，其研究结果表明：相较曲妥珠单抗，马吉妥昔单抗可降低24%疾病进展风险（HR=0.76，P=0.03）。CD16A-158F 基因携带者无进展生存期（progressionfree survival，PFS）分别为6.9 个月vs.5.1 个月（HR=0.68，P=0.005）。基 于SOPHIA 研究结果，2020 年12 月6 日美国食品药品监督管理局（food and drug administration，FDA）批准马吉妥昔单抗联合化疗治疗既往接受过两种或以上抗HER-2 方案治疗（至少一种用于转移治疗）的HER-2 阳性转移乳腺癌患者。NCCN 乳腺癌指南推荐马吉妥昔单抗联合化疗作为HER-2 阳性转移性乳腺癌的三线治疗方案[35]。

此外，三阴性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）约占乳腺癌患者的15%，其临床特征是侵袭性强，预后差[47]。过去几十年中，TNBC的治疗以化疗为主，疗效一直未取得突破。直至近两年，免疫检查点抑制剂等新型药物的应用，为TNBC 患者带来了新希望。FcγR 对靶向检查点抑制受体PD-1 的抗体活性的有害作用是显而易见的，经过合理改造的Fc 沉默抗体已获得批准。在一项针对不可切除的局部晚期或转移性TNBC的Ⅲ期临床试验[48]中，阿替利珠单抗联合白蛋白紫杉醇显著延长了转移性TNBC 的无进展生存期（7.2 个月vs.5.5 个月）。

4.2 血液肿瘤

弥漫大B 细胞淋巴瘤（diffuse large B cell lymphoma，DLBCL）是成人淋巴瘤中最常见的类型，占到大B 细胞淋巴瘤总数的80%以上[49]。在免疫化疗时代，仍有40%～50%的患者存在难治或复发，DLBCL 的治疗一直是临床上的难点。

tafasitamab（MOR208）作为一种抗CD19 靶向药物，于2020 年获FDA 批准用于治疗复发/难治性DLBCL。在RE-MIND 研究中，研究者将接受Tafasitamab 联合来那度胺治疗的DLBCL 患者与单独接受来那度胺的患者的疗效数据进行比较，发现联合治疗组的客观缓解率（overall response rate，ORR）显著优于来那度胺单药治疗患者（67.1%vs.34.2%）。基于RE-MIND 的阳性结果，目前正在进行的L-MIND 试验中，研究者将tafasitamab 与利妥昔单抗联合苯达莫司汀进行直接比较，该研究的终点结果即将公布[50]。

临床研究[50-51]数据显示，与利妥昔单抗相比，奥滨尤妥珠单抗使慢性淋巴细胞白血病（chronic lymphocytic leukemia，CLL）患者的PFS 显著延长，以及微小病灶残留的检出率下降。在一项治疗急性髓系白血病（AML）患者临床I/Ⅱ期试验（NCT02789254）中，靶向Fms 样酪氨酸激酶3（FLT3）的单克隆抗体也有良好的表现，FLT3 单克隆抗体对Fc 受体CD16a 具有增强的亲和力，但其临床疗效仍待进一步探索[52]。

另一种类型的药IgG4 取代类药物奥尼妥单抗的临床研究[45]结果显示：在滤泡性淋巴瘤患者中，≥5 mg 剂量组ORR 达到92.9%，完全缓解率（complete response，CR）为75.0%；中位缓解持续时间（duration of overall response，DoR）为7.7 个月；在复发或难治性DLBCL 患者中，≥80 mg 剂量组未接受过CAR-T 治疗的DLBCL 患者，ORR 和CR 率为60%，DoR 为10.3 个月。

外周T 细胞淋巴瘤是一类较少见的淋巴瘤亚型。由于发病率较低，异质性高，目前其临床预后和疗效尚落后于DLBCL。其标准治疗方案是化疗联合自体造血干细胞移植[53]。随着近年研究的深入，新型药物的出现为患者争取了更长的生存获益。莫格利珠单抗早在2012 年已在日本批准，用于治疗复发或难治性患者T 细胞白血病/淋巴瘤（adult T-cell leukemia/lymphoma，ATLL）[23]。随后在系列临床研究[22]结果支持下，莫格利珠单抗被FDA批准用于成人T 细胞白血病/淋巴瘤（ATLL）以及真菌性真菌病（MF）和Sézary 综合征。在皮肤T 细胞淋巴瘤（cutaneous T cell lymphoma，CTCL）的临床试验中，与HDAC 抑制剂伏立诺他相比，莫格利珠单抗组患者的PFS 更优（7.7 个月vs.3.1 个月）[54]。在ATLL 中，莫格利珠单抗也具有显著的ORR 获益[55]。

4.3 肺癌

肺癌是免疫检查点抑制剂应用较成熟的癌种之一，特别是对于无驱动基因突变的非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者。小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）是预后较差的肺癌亚型，约占肺癌患者的15%[56]。近20 年，以铂类药物为基础的化疗一直是SCLC 的一线标准治疗方案。如今，免疫治疗的应用，也改变了SCLC 的治疗格局。在针对SCLC 的CASPIAN 临床试验中，与单独化疗相比，度伐利尤单抗与化疗联合延长了患者总生存期（overall survival，OS）（13.0 个月vs.10.3 个月）[57]，目前，度伐利尤单抗在小细胞肺癌及非小细胞肺癌患者中都有较好的临床获益。

在KEYNOTE-024 研究[58]中，与铂类化疗相比，帕博利珠单抗显著改善了晚期一线NSCLC 患者的PFS 和OS。另外，替雷利珠单抗、帕博利珠单抗和纳武利尤单抗都已在鳞状NSCLC 中开展了临床研究。随着更多临床研究数据的发布，Fc 段改造工程类抗体药物的获益将越来越明显。

5 讨论与展望

目前在肿瘤治疗中，单克隆抗体的Fc 段改造技术要考虑人激活FcγR（FcγR I a、FcγR Ⅱa、FcγRⅢa）和抑制FcγR（FcγRⅡb）的比例[59]。其中，NK 细胞介导ADCC 效应的关键受体FcγRⅢa有两个基因多态性变异：与IgG1 亲和力较高的V158 基因型和与IgG1 亲和力较低的F158 基因型[60]。这些多态性可增强与FcγR 结合以及由此产生的先天免疫细胞功能的增强，研究人员已经使用多种方法来设计单克隆抗体，包括Fc 段氨基酸的改变和糖基化工程。另外，改进Fc 段ADCC 效应与介导抗体依赖的细胞吞噬作用ADCP 效应的协同效应以增加肿瘤治疗的效能也是当今的一个重要研究方向[61]。

目前已有较多的临床证据证明，Fc 段改造的单克隆抗体能够使多类型肿瘤患者临床获益。目前国内已上市的抗体类药物中，越来越多药物通过Fc 段工程改造增强对靶细胞的杀伤作用。临床研究中的相关药物疗效也值得期待，比如针对HER-2 阳性晚期乳腺癌的马吉妥昔单抗、应用于淋巴瘤的奥尼妥单抗在临床试验中都展现出了潜力。

但不容忽视的是，研发单个Fc 段改造的单克隆抗体需要高昂的时间、经济成本，对其研发效率造成一定限制[62]。抗体改造工程需要面对的另一个挑战是抗体活性和毒性之间的平衡。所以，虽然Fc 段改造的单克隆抗体与传统抗体药物相比表现出了疗效优势，但是还有很长一段路要走，如何在保证药物疗效的同时兼顾其他因素，也需要更多探索。

综上，随着医药技术的快速发展，越来越多的Fc 段改造的单克隆抗体进入临床应用，抗体类药物会随着技术的进步克服目前的问题。相信在不久的未来，Fc 段改造的单克隆抗体将在肿瘤治疗中占据更重要的地位。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。