德國默克：什么是變構(gòu)抗體？

蛋白質(zhì)變構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子在遠(yuǎn)離其活性中心的位點（變構(gòu)位點）結(jié)合某些小分子（變構(gòu)效應(yīng)劑）后，引起蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變，進而影響其活性中心的活性或功能的現(xiàn)象。雖然傳統(tǒng)作為變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的是小分子，多肽藥物最近也開始嶄露頭角，但抗體可能會具備獨特的優(yōu)勢。

抗體在結(jié)構(gòu)和作用機制上與小分子藥物存在顯著差異。因此，需要創(chuàng)造一套新的詞匯來描述通過結(jié)合變構(gòu)位點/表位發(fā)揮作用的抗體及其引發(fā)的效應(yīng)。來自德國默克的Léxane Fournier團隊對變構(gòu)抗體給出了新的定義。根據(jù)定義，變構(gòu)位點/表位是與配體結(jié)合位點在空間結(jié)構(gòu)上不同的蛋白質(zhì)區(qū)域。值得注意的是，由于抗體是大分子，如果抗體結(jié)合在距離配體結(jié)合殘基非常近的位置，并且由于其體積較大而阻礙了配體結(jié)合，這種情況不應(yīng)被視為變構(gòu)。此外，即使抗體結(jié)合的殘基處于非活性構(gòu)象，只要這些殘基屬于配體結(jié)合位點，也不應(yīng)被視為變構(gòu)。此外，變構(gòu)是所有蛋白質(zhì)的固有屬性，不僅包括受體或酶，也包括可被抗體靶向的蛋白質(zhì)配體。

Léxane Fournier團隊提出以下定義：變構(gòu)抗體是指結(jié)合在靶點上不與配體結(jié)合位點重疊或因空間位阻而重疊的位點/表位上的抗體（binds to the target on a site/epitope that does not overlap or sterically overlap with the ligand binding site），這種結(jié)合隨后會影響靶點的結(jié)構(gòu)動態(tài)，最終調(diào)節(jié)其結(jié)合和/或活性。負(fù)變構(gòu)抗體調(diào)節(jié)劑（NAAM）是指穩(wěn)定并促進不利于配體、受體或共受體結(jié)合和/或活性（信號傳導(dǎo)）的構(gòu)象的抗體。正變構(gòu)抗體調(diào)節(jié)劑（PAAM）是指穩(wěn)定并促進有利于配體、受體或共受體結(jié)合和/或活性（信號傳導(dǎo)）的構(gòu)象的抗體。抗體介導(dǎo)的變構(gòu)效應(yīng)是指抗體結(jié)合到變構(gòu)位點/表位后對靶蛋白產(chǎn)生的影響，這些影響包括：調(diào)節(jié)靶蛋白處于活性/非活性構(gòu)象、激活/抑制靶蛋白的活性、增強/抑制靶蛋白與配體、受體或共受體（包括二聚化）的結(jié)合、靶蛋白的內(nèi)化，甚至靶蛋白的解離。

變構(gòu)抗體的探索為藥物發(fā)現(xiàn)開辟了新的前沿。通過靶向變構(gòu)位點，這些抗體為調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能提供了一種創(chuàng)新機制，推動了多種疾病治療手段的進步。

目前已上市的治療性抗體很多，正是基于這些抗體的開發(fā)經(jīng)驗，改變了我們對免疫學(xué)和腫瘤學(xué)領(lǐng)域變構(gòu)機制的理解，如下圖所示。

第一個獲批的抗體是1986年推出的muromonab-CD3（OKT3），靶向TCR上的CD3的ε亞單位。TCR是一個蛋白復(fù)合體，能夠識別抗原，在T細(xì)胞激活過程中發(fā)揮核心作用。CD3并不參與TCR介導(dǎo)的抗原識別，而是參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。muromonab-CD3并不與新發(fā)現(xiàn)的CD3的抑制性配體競爭。相反，晶體學(xué)研究揭示了muromonab-CD3與CD3的構(gòu)象表位結(jié)合，通過交聯(lián)和隨后的抗體-受體復(fù)合物內(nèi)化，以變構(gòu)方式阻止抗原識別（上圖A）。通過內(nèi)化選擇性地移除TCR，抑制T細(xì)胞的活性，從而減少機體對移植器官的排斥反應(yīng)，用于預(yù)防和治療腎移植、心移植和肝移植后的急性排斥反應(yīng)。

在muromonab-CD3獲批用于預(yù)防器官排斥反應(yīng)十年后，抗體開始被批準(zhǔn)用于腫瘤學(xué)應(yīng)用。HER2是一種跨膜受體酪氨酸激酶，在腫瘤細(xì)胞常見過度表達(dá)，促進生長和增殖。盡管尚未發(fā)現(xiàn)HER2的配體，但基于其與其他同家族受體的相似性，通常推斷其細(xì)胞外結(jié)合位點位于I和III結(jié)構(gòu)域之間的區(qū)域。已經(jīng)開發(fā)出針對HER2的抗體，包括曲妥珠單抗和帕妥珠單抗。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)揭示了曲妥珠單抗與IV結(jié)構(gòu)域結(jié)合，而帕妥珠單抗則靶向二聚化界面（II結(jié)構(gòu)域）。細(xì)胞學(xué)實驗可以觀察到，針對HER2的抗體對HER2的二聚化和隨后的信號傳導(dǎo)產(chǎn)生抑制作用，并促進抗體-受體復(fù)合物的內(nèi)化（上圖B）。這些抑制性抗體可以被認(rèn)定為變構(gòu)抗體，因為它們對HER2作用屬于非配體競爭性抑制。

變構(gòu)抗體不僅涉及單抗，雙抗也有變構(gòu)調(diào)節(jié)作用。比如常見的T細(xì)胞連接器（TCE），同時結(jié)合T細(xì)胞上TCR的CD3部分和腫瘤細(xì)胞上的腫瘤相關(guān)抗原（TAA）。TCE將T細(xì)胞重定向到腫瘤細(xì)胞。臨床前模型顯示，這些雙抗作為條件性激動劑發(fā)揮作用，T細(xì)胞的激活依賴于同時結(jié)合CD3和TAA。T細(xì)胞通過一種獨立于TCR抗原結(jié)合域的機制被激活，依賴于與CD3的結(jié)合，CD3是TCR的一個變構(gòu)位點（上圖C）。這種雙抗形式不會導(dǎo)致受體的內(nèi)化，但可以介導(dǎo)激活信號。比如epcoritamab（Epkinly），靶向T細(xì)胞上的CD3和B細(xì)胞上的CD20，已獲批用于治療B細(xì)胞惡性腫瘤。

十年一輪回，又過了一個十年后，屬于抗體藥物偶聯(lián)物（ADC）的時代到來了。ADC是一類新型的抗體治療藥物，攜帶細(xì)胞毒性有效載荷，靶向快速內(nèi)化的膜結(jié)合蛋白，使得細(xì)胞毒性藥物能夠在細(xì)胞內(nèi)釋放，最終導(dǎo)致表達(dá)目標(biāo)靶點的細(xì)胞被清除。基于曲妥珠單抗的HER2靶向ADC通過變構(gòu)機制發(fā)揮作用。如前文所述，曲妥珠單抗結(jié)合HER2的變構(gòu)位點，促進抗體-受體復(fù)合物的內(nèi)化。眾所周知，基于曲妥珠單抗的ADC（如Enhertu）已經(jīng)獲批上市，用于治療某些表達(dá)HER2的腫瘤。

除了全長抗體，納米抗體的開發(fā)也已經(jīng)有所突破。一種基于駱駝抗體的小型可變域（VHH，即重鏈抗體的可變重域）的也獲得了批準(zhǔn)。首個基于VHH的治療藥物卡普拉珠單抗（Cablivi）靶向血管性血友病因子（vWF），一種促進血小板黏附的血液糖蛋白。獲得性血栓性血小板減少性紫癜與vWF相關(guān)，會導(dǎo)致血栓形成。結(jié)構(gòu)研究表明，卡普拉珠單抗通過結(jié)合與血小板受體糖蛋白Ib不同的位點，穩(wěn)定了vWF的非活性構(gòu)象，從而阻止危及生命的血栓形成（上圖E）。

最后看一款抗病毒領(lǐng)域的抗體。由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）引起的2019冠狀病毒病（COVID-19）大流行至今印象深刻，也促使人們開發(fā)針對病毒衣殼刺突蛋白（S蛋白）的多種抗體。以索托維單抗（Xevudy）為例，該抗體靶向受體結(jié)合域，但不與受體（ACE2）結(jié)合位點重疊（上圖F），但這種結(jié)合破壞了附著后S蛋白的構(gòu)象變化，從而影響病毒的侵入，中和感染。大量的計算工作，特別是分子動力學(xué)研究，揭示了索托維單抗通過結(jié)合已知的變構(gòu)位點，在S蛋白內(nèi)誘導(dǎo)變構(gòu)。此外，索托維單抗結(jié)合的表位對突變不敏感，有助于中和其他SARS-CoV-2刺突蛋白突變體。

這么一回顧其實很容易發(fā)現(xiàn)，抗體治療藥物的主要里程碑與靶向變構(gòu)位點有關(guān)。抗體的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑作用其實已經(jīng)存在了很多年，只不過近期才被單獨拎出來，明確歸類和定義。