近年來，雙特異性抗體（bsAbs）在生物制藥領域備受矚目，成為治療多種疾病的有力候選。相較于傳統(tǒng)單克隆抗體，bsAbs 能同時靶向兩個不同抗原，展現(xiàn)出更強大的治療潛力。然而，由于其結構復雜性，bsAbs 的設計和構建面臨諸多挑戰(zhàn)。本文將詳細介紹 bsAbs 設計的關鍵考慮因素，以及當前最先進的工程原理。
一、簡介
雙特異性抗體（bsAbs）作為一種新型治療分子，能夠同時作用于兩個不同靶點，為疾病治療提供了新思路。盡管 bsAbs 在自然界中極為罕見，但通過工程改造，其結合多功能性在癌癥、自身免疫性疾病和傳染病等領域展現(xiàn)出巨大應用潛力。目前，bsAbs 領域競爭激烈，但這也推動了眾多創(chuàng)新工程的出現(xiàn)。
二、作用機制
bsAbs 的雙重結合活性使其作用機制比傳統(tǒng)單克隆抗體更為復雜。許多 bsAbs 的作用機制依賴于兩個結合事件之間的時空聯(lián)系，即兩種結合特異性必須以特定的物理排列方式參與。這種 bsAbs 被稱為專性 bsAbs。即使沒有強制性作用機制的 bsAbs，也通常表現(xiàn)出比親本抗體組合更優(yōu)異的效力，這主要歸因于親和力效應。此外，雙重靶向還能改善靶標選擇性和定位，減少副作用，對于限制“在靶、脫腫瘤”效應尤為重要。
圖 1 . bsAbs 的強制性作用機制。(A) 反式細胞橋接通過 bsAb 在不同細胞之間建立了物理連接。這種機制對于 T 細胞重定向 bsAbs 尤其重要，因為物理連接有助于靶向激活的 T 細胞的細胞毒性。(B)受體的 順式橋接導致激動劑交聯(lián)和相關的受體信號激活。(C) 順式拮抗阻斷受體結合，從而阻止通過受體復合物進行信號傳導。(D)搭載 bsAbs 使用一種特異性靶向受體，該受體有助于跨屏障轉位到原本無法進入的隔間，而第二種特異性則在此發(fā)揮其功能。閃電標識表示由抗體結合介導的活動。(E) BsAbs 可以發(fā)揮定位效應。一個例子是激動劑 bsAbs 還包含腫瘤靶向特異性，通過將激動劑機制限制在腫瘤標志物存在的位點來限制靶向、非腫瘤效應。(F) BsAbs 通過準確定位酶和底物充當輔助因子模擬物。
bsAbs 的雙靶向活性可分為順式或反式。順式作用的 bsAbs 主要靶向同一細胞上的抗原，而反式作用的 bsAbs 與不同靶標結合，形成物理連接。例如，雙特異性 T 細胞銜接器通過連接 T 細胞和腫瘤細胞，實現(xiàn) T 細胞重定向，從而發(fā)揮抗腫瘤作用。
三、Fc 的角色
Fc 區(qū)是所有天然抗體的重要組成部分，負責觸發(fā)宿主細胞反應。通過 Fc 蛋白工程和糖工程，可以調節(jié) Fc 介導的效應功能，如抗體依賴性細胞毒作用（ADCC）和抗體依賴性細胞吞噬作用（ADCP）。對于 bsAbs，F(xiàn)c 區(qū)的設計至關重要，可根據(jù)預期的藥物作用機制選擇是否保留 Fc 區(qū)或對其進行修飾。大多數(shù)臨床開發(fā)的 bsAb 含有 Fc 區(qū)，因為這有助于純化和延長半衰期。根據(jù)分子幾何結構，含有 Fc 的 bsAb 可分為對稱或非對稱。
圖 2 . 根據(jù)分子結構分類的最常見 bsAb 形式的示意圖。
（A）基于片段的 bsAb 是通過組合沒有 Fc 結構域的小抗原結合片段形成的。構建塊通常是 scFv 片段或 sdAb。（B）含對稱 Fc 的 bsAb 由一到兩條多肽鏈表達，通常通過將額外的抗原結合片段融合到 IgG 支架上來實現(xiàn)。（C）含非對稱 Fc 的 bsAb 由兩到四條多肽鏈組裝而成。非對稱 bsAb 需要采取措施避免鏈錯配。示意圖中的小“旋鈕”和“孔”用于一般性地說明需要使用鏈轉向技術來確保 HC:HC 異二聚化和/或正確的HC:LC 配對的位置。
四、對稱雙特異性抗體
對稱 bsAbs 通常是 IgG 樣分子，具有額外的外源結合域，增加對第二抗原的特異性。這些 bsAbs 通常是四價 2 + 2 雙特異性抗體，但也可通過雙融合制成六價 2 + 4 bsAbs。對稱 bsAbs 的優(yōu)勢在于抗體組裝相對簡單，只需表達一兩條不同的多肽鏈，降低了抗體鏈錯誤組裝的風險。然而，其價數(shù)靈活性受限，因為抗原結合域總是成對出現(xiàn)。
五、非對稱雙特異性抗體
非對稱 bsAbs 的分子幾何結構使其設計和生產更具挑戰(zhàn)性，主要由于不同抗體鏈的共表達易形成雜質。盡管如此，非對稱 bsAbs 仍是進入臨床開發(fā)的主要類型，因為其緊密遵循 IgG 的天然分子幾何結構，有利于降低免疫原性風險。非對稱 bsAbs 允許價態(tài)具有高度靈活性，如形成單價特異性 (1 + 1)。
六、分子幾何構形
bsAbs 的功能與其分子幾何形狀密切相關。分子幾何形狀不僅影響抗原結合域之間的空間位阻，還影響其在靶標環(huán)境中的構象。例如，T 細胞重定向 bsAbs 的設計需考慮免疫突觸的自然間距限制。此外，受體空間組織的重要性也促使人們對受體：抗體復合物結構進行分析，以揭示有效抗體結合的潛在機制。
七、可開發(fā)性考慮
成功的治療性 bsAbs 除了具備高效的抗原結合能力外，還必須具備良好的類藥物特性，如高表達、良好的生物物理穩(wěn)定性、低自交聯(lián)和聚集以及優(yōu)異的溶解性。這些特性通常在藥物開發(fā)過程的早期進行篩選，以避免投資不太可能成功的抗體。然而，由于 bsAbs 的工程策略可能引入意想不到的缺陷，因此對其可開發(fā)性需給予額外關注。
八、結論
雙特異性抗體（bsAbs）作為一種極具潛力的治療方式，在多種醫(yī)療應用中展現(xiàn)出巨大前景。其成功關鍵在于高效的設計和構造，需在治療效力和物理化學性質之間取得最佳平衡。通過深入理解 bsAbs 的工程策略和實際考慮，我們能夠更好地利用其治療潛力，為未來改進 bsAb 療法的研究和開發(fā)提供指導。
原文：A.V.Madsen,L.E.Pedersen, P.Kristensen, et al., Design and engineering of bispecific antibodies: insights and practical considerations. Front. Bioeng. Biotechnol.,2024.
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