文献分享|ADVANCED SCIENCE|厦门大学夏宁邵教授团队|首次报道了一种新型的Fab和FC双域工程化抗体

生命科学前沿 · 公众号 · · 2025-02-05 13:15

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2024年2月11日，团队厦门大学夏宁邵教授团队在《ADVANCED SCIENCE》（IF=15.1）上发表了题为“ A Dual-domain Engineered Antibody for Efficient HBV Suppression and Immune Responses Restoration ”的论文。这项研究首次报道了一种新型的Fab和Fc双域工程化抗体，用原始抗体十分之一剂量即可有效抑制HBV复制，增强机体体液免疫和细胞免疫反应，为开发基于抗体的高载量慢性病毒感染治疗奠定了基础。

研究背景

乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）感染仍然是一个公共卫生问题，全球约有2.96亿慢性HBV（CHB）感染者，其中我国就约有7000万。尽管有效的预防性HBV疫苗是可用的，但HBV诱导的肝硬化和肝细胞癌的新感染和死亡继续超过治愈，CHB是引起肝硬化和肝癌的主要原因。CHB患者的理想治疗终点是乙肝表面抗原（HBsAg）的丢失，然而由于患者体内持续存在高滴度的HBsAg，导致患者产生免疫耐受，用现有已批准用于CHB的一线治疗药物，如聚乙二醇干扰素（Peg-IFN）和核苷类似物（NAs），进行治疗难以实现乙肝表面抗原（HBsAg）转阴。因此，迫切需要开发创新药物和方法用于CHB的治疗。

由于特异性和安全性方面的优势，基于抗体的免疫治疗已显示出显著的治疗慢性病毒感染的潜力。近年来，针对HBV的单克隆抗体（mAb）在慢性乙型肝炎患者和HBV携带小鼠中表现出快速有效的血清HBsAg清除作用。高剂量和频繁的抗体给药已被证明会增加抗药抗体反应和耐药性出现的可能性，这在慢性乙型肝炎的长期治疗中特别值得关注。通过可结晶片段（Fc）工程增强抗病毒疗效和减少抗病毒治疗的剂量，已在针对各种病毒的基于抗体的治疗中取得了成功，并且抗体治疗已被广泛应用于肿瘤、自身免疫病、炎症和感染疾病。然而，随着研究的深入，天然抗体存在诸多缺陷，如与抗原结合次数有限、抗原累积效应、需要高剂量和高频次给药等，因此，有必要对天然抗体进行改造，以提高抗体药物的药效。

实验设计思路

作者的实验设计思路主要围绕对抗体Fab区域和Fc区域改造，然后对改造后的抗体进行药效评价，最后在通过体液免疫和细胞免疫反应的恢复情况研究其作用机制。

1、 对Fab区域进行改造 ：

对先前获得了两种有希望清除HBsAg人源化抗HBV mAb，huE 6 F6-1和hu 1-23，在huE 6 F6-1和hu 1-23的可变区中引入pKa为6.0的组氨酸取代，以赋予pH依赖性结合HBsAg。实现了抗体能够在中性血浆（pH 7.4）中捕获病毒抗原，同时在酸性内体（pH 6.0）中与抗原解离，从而提高抗体的再利用率。

2、 对Fc区域进行改造 ：

将双突变K326 D/L328 Y的Fc工程化引入73和C26的Fc区中，进一步工程化抗HBV抗体，双突变K326 D/L328 Y可以改善抗体介导的可溶性抗原清除。

3、 药效评价 ：

通过抗病毒效果和剂量效应，评价改造后的抗体的治疗效果。

4、 机制研究 ：

通过表面等离子体共振（SPR）分析表征了抗体对四类小鼠Fc受体的亲和力，验证改造抗体抗介导的细胞吞噬作用（ADCP）增强。

5、体内实验：

AAV/HBV小鼠给药后，第36天采集的肝脏和免疫组织进行了免疫细胞应答的流式细胞术分析，验证改造后的抗体增强HBV耐受小鼠的体液和细胞免疫反应。

图形摘要

图文导读

对抗体的Fab区域进行改造 ：对Fab区域进行改造，能在小鼠体内延长病毒抑制时间。pH依赖性抗原结合再循环抗体：在人源化anti-HBV单克隆抗体huE6F6-1和hu1-23的Fab区域引入组氨酸，当外部环境为中性血浆（pH=7.4）时，抗体与HBV和HBsAg亚病毒颗粒结合，当外部环境为酸性内涵体（pH=6.0），抗体与HBV和HBsAg亚病毒颗粒解离，被回收至血浆循环再使用。在AAV/HBV小鼠模型中，以10mg/kg的注射剂量给药1次，接受治疗12天后，Fab区域改造抗体治疗组小鼠的血清HBsAg滴度更低，且未出现反弹，HBsAb的水平更高。说明Fab区域的改造能够延长抗体的半衰期，从而延长血清学病毒抑制时间。

进一步对Fc区进行改造 ：进一步对Fc区进行改造，能显著改进病毒血症抑制效果，对Fc区域进行改造，引入能够增强和FcγRIIb受体亲和力的DY突变（K326D/L328Y）。血清HBsAg和HBV-DNA滴度：2小时内可以观察到HBsAg和HBV-DNA滴度的显著下降，73-DY半衰期更长，能抑制血清病毒至低水平，持续时间约1周。肝内HBsAg和HBV-DNA滴度：73-DY治疗组小鼠肝内病毒始终处于低水平且抗体水平持续高于原始抗体组。结果表明，双域工程化抗体系统性地改善了病毒清除和抑制，包括对血清和肝内HBV的作用。量效关系：单次给药剂量为2mg/kg就可以在两周内将血清HBsAg抑制到小于100 IU/ml，与原始抗体相比具有至少十倍的剂量低优势。10 mg/kg的双域工程化抗体（73-DY）可持续抑制血清病毒水平至检测不到的水平，持续时间≈2周。双域工程对疗效的影响：在体内对原始抗体hu1-23、Fab工程抗体73、Fc工程抗体hu1-23-DY和双域工程抗体73-DY进行了评估。与hu1-23相比，73表现出较弱的HBsAg和HBV-DNA减少，但病毒抑制时间显著延长，表明Fab工程有助于持续抑制病毒血症。hu1-23-DY比hu1-23表现出更强的病毒清除作用，但病毒抑制时间更短，表明Fc工程可加速病毒颗粒的清除。3-DY比hu1-23-DY有更好的病毒清除能力，比73有更长的病毒抑制时间，表明Fab和Fc工程有协同作用。

73-DY疗效与抗体再循环和抗体介导的细胞吞噬作用（ADCP）的增强有关 ： Fab和Fc区域工程化使73-DY具有更高的HBsAg吞噬效率，更有效的溶酶体逃逸和再循环能力。

73-DY诱导的ADCP作用的改善源于Fc-FcγR相互作用的增强 ：抗体的Fc区可以与效应细胞表面的FcγR相互作用，触发一系列效应功能，包括对调理病原体的吞噬作用。表面等离子共振（SPR）分析结果显示，与原始抗体相比，73-DY对FcγRII和FcγRIII的亲和力分别提高了30.86和19.42倍，对FcγRI的亲和力提高了4.87倍。用特异性抗体阻断FcγRII和FcγRIII，ADCP活性降低，且73-DY组比73组下降更明显。

73-DY免疫疗法增强HBV耐受小鼠的体液和细胞免疫反应 ：持续暴露于HBV抗原中会导致HBV特异性的体液和细胞免疫耐受，控制HBsAg负荷可有效恢复抗HBV免疫反应。在小鼠体内，反向嵌合版73-DY可显著上调肝内CD4+和CD8+T细胞数目、肝内B细胞表面CD80分子表达水平、淋巴结B细胞数目、脾脏CD8+T HBcAg特异性TNF-α分泌水平，下调免疫抑制分子PD-1和CTLA-4的表达水平。

研究亮点

1、开发了一种双域工程化抗乙型肝炎病毒（HBV）治疗性抗体73-DY，用原始抗体十分之一的剂量即可达到其十倍的治疗效果，极具临床应用前景。

2、73-DY的疗效提高归功于对抗原结合区域（Fab）和可结晶（Fc）区域同时工程化的协同作用。Fab区域的工程化使抗体成为pH依赖性抗原结合再循环抗体，半衰期显著延长，病毒抑制时间延长；Fc区域的工程化使抗原抗体复合物更易于被细胞吞噬，提升了病毒清除速度。

3、73-DY可以打破免疫耐受状态，恢复机体的抗HBV免疫反应。

研究意义

慢性B肝炎（CHB）仍然是一个主要的公共卫生问题，因为目前批准的治疗方法在清除B肝炎表面抗原（HBsAg）方面效率低下。基于抗体的治疗方案已证明在病毒中和和HBsAg清除方面的效力。然而，病毒学控制需要高剂量或频繁给药。HBsAg水平的降低可促进宿主HBV特异性免疫应答的恢复，并降低终末期肝病的风险。然而，使用已批准用于CHB的一线治疗药物，如聚乙二醇干扰素（Peg-IFN）和核苷类似物（NAs），实现广泛的有效治疗仍然是一个难题。因此，需要新的治疗策略来改善慢性HBV感染患者的治疗。

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