ADCC效应强于IgG,IgA成药难点和工程改造!

2021
03/30

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BiG生物创新社
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在血液中70-80%的免疫球蛋白是IgG,其次是IgA,约占15-20%。但是每天人体产生最多的其实是IgA,约3-5克/天,远远超过所有其他抗体类型。IgA在粘膜表面占绝对优势,是粘膜抗感染免疫的中坚力量。 
 
人类IgA有2个亚类IgA1和IgA2(IgA2m1和IgA2m2),小鼠和大鼠B细胞只产生一类IgA。IgA与多种宿主受体相互作用,包括多聚免疫球蛋白受体(pIgR)、转铁蛋白受体(CD71)、脱唾液酸糖蛋白受体(asialoglycoprotein receptor,ASGPR)、dectin-1、DC-SIGN和FcαRI(CD89)等。



 

IgA

 



人类IgA1和IgA2的90%序列一致,差别主要在于IgA1分子的铰链区域有13个不同氨基酸,对细菌蛋白酶的敏感性增加。这个扩展的铰链区域赋予IgA1一个T型结构,有利于远程抗原识别。
 
IgA1、IgA2m1和IgA2m2序列(文献1)
 
这两个IgA亚类在其CH1和CH2结构域中都有N-糖修饰,IgA1含有2个N糖基序,IgGA2则含有4-5个N糖基序。IgA1在铰链区含有多个O糖。

 

IgG和IgA1、IgA2结构示意图(文献3)

 


 

IgA的ADCC效应

 



20年前已经有报道,重组IgA抗体结合FcαR1,通过ADCC发挥抗肿瘤效应。在SCID异种移植物小鼠模型,与IgG1直接比较,IgA2-EGFR抗体显示出相似或更好的抗肿瘤反应。但是优化多种给药方案,血清中的IgA水平仍明显低于IgG(低约5倍)。

 

IgA识别靶点后,诱导中性粒细胞表面FcαRI交联并激活,通过中性粒细胞发挥ADCC作用(IgG抗体主要通过表达FcγRIIα的NK细胞发挥ADCC作用,此二者不同)。和IgG相比,每个IgA/FcαR1胞内有四个ITAM(IgG1/FcγRIIα有1个ITAM),会产生强于IgG的ADCC效应。


IgG和IgA比较(文献2)

 


 

IgA药物开发的难点

 



虽然IgA药物开发做了大量的研究,但是现在没有临床试验开展,IgA类抗体药物开发存在一些难点。


  • 小鼠缺乏IgA的受体,所以只能使用人源化小鼠进行临床前动物模型研究。


  • 半衰期短。在人FcαR1转基因鼠进行检测,IgA的半衰期大约15小时,而IgG至少为4天。在人和其他灵长类动物,IgA在血液中的半衰期大概4-7天,IgG是21天。IgA虽然是人体产生最多的免疫球蛋白,但是血液浓度只有IgG的约20%。


  • IgA易于聚集,对生产和纯化带来难题。

 

IgA单体及聚集体(文献1)


  • 糖修饰带来异质性。



 

IgA工程改造

 


 

IgG中只有一个N-连接的糖基化位点,IgA1和IgA2中分别有2个或4-5个N-连接的糖基化位点,因而IgA的N-糖图谱比IgG具有更强的异质性。




糖型影响半衰期

 

  • 游离半乳糖极易被ASGPR结合并清除。


  • 甘露糖末端对于不同类型的清除受体(如甘露糖受体)敏感。


  • 完全唾液酸化的IgA分子受ASGPR清除的影响较小,从而增加其血清半衰期。因而增加IgA分子的唾液酸化,有助于延长其半衰期。


 


 

糖型影响其功能


在IgA1和IgA2的糖基化中存在的差异影响了它们的功能,诱导中性粒细胞中的不同信号。单体IgA1抗体具有较高的唾液酸含量,而IgA2则较少唾液化,但含甘露糖较多。酶法去除IgA1的唾液酸化后,其效应功能更接近于IgA2,显示出促炎作用。这表明IgA抗体的N-糖基化状态对其功能至关重要。

 

为了提高IgA2的均一性,采用氨基酸取代法(用IgA1的相应氨基酸替换),去除两个含糖基化的基序,仅留两个糖基化基序,命名为IgA2.0。

 

IgA2和IgA2.0(文献3)

 

IgA2.0对ASGPR的清除耐受。当然一些关键的氨基酸(如IgA1 (C266/H317) or IgA2 (C253/H304))被替换,可能会影响抗原的结合能力。目前看,IgA2.0的突变对于抗原结合能力没有影响,且对于ASGPR清除耐受。基于IgA2.0开发的EGFR抗体,在小鼠模型展现出一定的抗肿瘤活性。

 

IgA2.0抗肿瘤活性(文献5)

 


 

结合FcRn延长半衰期


众所周知,IgG结合FcRn,通过细胞再循环,避免快速降解,延长半衰期。而IgA本身无法结合FcRn,也是其半衰期短的原因之一。

利用FcRn介导白蛋白的再循环的原理,在IgA2.0上加一个白蛋白结合结构域(albumin-binding domain,ABD),从而可以被FcRn结合,延长半衰期,而不影响抗原结合能力。但是有报道,会影响IgA介导的ADCC功能。未来还需要进一步优化。

IgA2.0和IgA2-ABD(文献3)

 


 

小  结

 



IgA是人体每天产生最多的免疫球蛋白,且其理论上ADCC活性还要强于IgG。但是因为糖基化修饰的因素,易于形成聚集体,并容易被清除,半衰期短。包括Genentech在内的药企都开始进行大量工作进行IgA的工程改造,使其能够成为药物的候选抗体亚型。随着工程改造工艺日益成熟,未来IgA类的抗体药物可能会造福人类。

 


主要参考文献:

1.Lombana, T.N.; Rajan, S.; Zorn, J.A.;Mandikian, D.; Chen, E.C.; Estevez, A.; Yip, V.; Bravo, D.D.; Phung, W.;Farahi, F.; et al. Production, characterization, and in vivo half-lifeextension of polymeric IgA molecules inmice. MAbs 2019, 11, 1122–1138
2.Brandsma, A.M.; Bondza, S.; Evers, M.;Koutstaal, R.; Nederend, M.; Marco Jansen, J.H.; Rösner, T.; Valerius,T.;Leusen, J.H.W.; Ten Broeke, T. Potent Fc receptor signaling by IgA leads tosuperior killing of cancer cells byneutrophils compared to IgG. Front. Immunol.2019, 10.
3.Geert van Tetering et al,Fc EngineeringStrategies to Advance IgA Antibodies as Therapeutic Agents,Antibodies 2020, 9,70
4.Huls, G.; Heijnen, I.A.F.M.; Cuomo, E.;Van Der Linden, J.; Boel, E.; Van De Winkel, J.G.J.; Logtenberg, T.Antitumorimmune e ector mechanisms recruited by phage display-derived fully human IgG1and IgA1 monoclonal antibodies. Cancer Res. 1999, 59, 5778–5784.
5.Lohse, S.; Meyer, S.; Meulenbroek,L.A.P.M.; Jansen, J.H.M.; Nederend, M.; Kretschmer, A.; Klausz, K.; Möginger,U.; Derer, S.; Rösner, T.; et al. An anti-EGFR IgA that displays improvedpharmacokinetics and myeloid effector cell engagement in vivo. Cancer Res.2016, 76, 403–417.






 

专栏作者


 
 

医药局中人|| 混迹体外诊断,生物制药十数年,渴求疾病诊疗突破,终生愿做医药局中人。




— THE END —


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关键词:
IgA,IgG,半衰期,氨基酸,效应,小鼠

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