人源化納米抗體的純化，有何挑戰？如何應對？

2023-05-23

目前已上市的納米抗體藥物共有三種，包括Ablynx的納米單抗卡拉西單抗(Caplacizumab)和雙特異性抗體Ozoralizumab以及康寧杰瑞的恩沃利單抗(Envafolimab)。此外，還有多個納米抗體進入到臨床研究階段，廣泛分布在包括腫瘤、神經系統疾病、免疫系統疾病等各種領域。

納米抗體的人源化改造

納米抗體

納米抗體由于其穿透性好、結合活性強、穩定性高等特點，使其不僅作為單抗藥物性質優越，并且便于開發雙特異性抗體藥物、抗體藥物偶聯物(Antibody-drug conjugate, ADC)以及嵌合抗原受體(Chimeric antigen receptor, CAR)細胞藥物等，因此廣受藥物研究者青睞[1]。

駝科動物外周血中會產生兩種不同類型的IgG抗體，如下圖1所示，一類是由兩條重鏈和兩條輕鏈組成的常規IgG1抗體(MW~150 kDa)，另一類則是包括IgG2和IgG3(MW~90 kDa)在內的缺少輕鏈及重鏈CH1結構域的重鏈抗體(HCAb)。重鏈抗體的可變區稱為單域抗體(sdAb)，也稱為納米抗體或VHH。VHH被認為是最小的抗原結合單位。

圖1 駝科動物外周血中的抗體

人源化改造

為了降低潛在的免疫反應，提高安全性，用于人體的抗體藥物常常需要進行人源化改造。由于VHH抗體體積小、具有免疫原性的表位少且血清半衰期較短等，人們普遍認為其免疫原性顯著低于傳統雙鏈抗體[2]。但是VHH中較長的的CDR1和CDR3區以及非經典的二硫鍵是人類基因庫中不存在的構象(如圖2所示)，可能存在由構象表位引發的免疫原性的潛在風險。

Noncanonical disulfide linkage

圖2 VH與VHH的結構示意圖[3]

此外，VHH的CDR和FR區高水平的體細胞超突變也限制了VHH與人類免疫球蛋白重鏈可變區基因(Immunoglobulin heavy-chain variable gene, IGHV)序列的同源性[4]。因此，在開發VHH藥物時出于藥效及安全性考慮會對駝科VHH進行人源化改造。目前已上市的三款VHH抗體藥，均進行了人源化改造。

人源化納米抗體純化的挑戰

為了避免引入更多風險因素，大多情況下制藥企業不會在納米抗體上添加Flag、His等標簽蛋白，且納米抗體的人源化改造可能會導致原本針對駝科納米抗體的純化方法不適用，這為人源化納米抗體的純化帶來了很多障礙。

有些企業會設計Fc融合的納米抗體，在延長納米抗體半衰期的同時可以使用Protein A等方式對融合的納米抗體進行純化。但是融合Fc的納米抗體也會失去它分子量小的優勢，同時可能會引發非特異性結合(許多細胞具有Fc受體)以及Fc介導的補體反應。

所以有些特定的情況下，還是需要設計Tag-free的納米抗體藥物，但是目前尚無有效的親和純化Tag-free的人源化納米抗體的方法。

應對策略推薦

GenScript開發了Anti-Humanized VHH Affinity Resin FF(GenScript，L00951)，可助力人源化納米抗體的純化及藥物的開發。

結構及原理

Anti-Humanized VHH Affinity Resin FF通過共價偶聯的方式將Anti-Humanized VHH Antibody偶聯到高度交聯的瓊脂糖微球上，細胞裂解物中的人源化VHH單域抗體可以與偶聯到填料上的Anti-Humanized VHH Antibody特異性結合，從而達到純化人源化VHH的目的(如圖3所示)。