抗体Fc段的8个生物学功能

抗体是人体适应性免疫的重要效应分子，在抗感染和抗肿瘤领域起重要作用。截至目前，全球已经批准超过120种抗体类药物（文末附抗体药物列表），2021年前20大畅销抗体药物的合计销售额约1280亿美金。

抗体药物通过Fab段的CDR区结合抗原，从而发现作用目标，并可能产生激动或者抑制功能；抗体药物通过Fc段结合不同效应细胞上的FcR，介导不同的效应功能。本文主要梳理抗体药物通过Fc段结合FcR发挥的主要生物学功能及常用的生物学活性表征方法。

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抗体Fc与FcR

在健康人群中，大约70%循环免疫球蛋白(Ig)是IgG，20%是IgA，其余10%是IgM、IgD和IgE。IgG和IgA分别被进一步划分为IgG1-4和IgA1-2亚型。每一类Ig都对应结合不同的FcR， 比如IgG 结合FcγRs，IgA结合 FcαRI，IgM结合 FcμR，Fcμ/αRI可结合 IgA和IgM，IgE结合FcεRI。

除FcγRI外，大多数FcRs已经进化到与其配体低亲和力结合，只有在与多价免疫复合物(immune complexes，ICs)相互作用时才被激活，细胞对免疫复合物的反应在很大程度上取决于细胞类型及其所表达的FcRs（具体见下图）。反过来，FcR的表达也会受到细胞因子环境和特定细胞的组织生态位的影响。

目前抗体药物选用的抗体亚型主要为IgG1和IgG4，因而FcR主要为FcγR。

 

Annu. Rev. Biomed. Eng. 2022. 24:249–74

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Fc/FcR介导的8个生物学功能

1.补体依赖的细胞毒性CDC

（Complement-dependent cytotoxicity (CDC)

抗体药物的Fc和补体C1q结合，会在靶细胞表面形成膜攻击复合体（membrane attack complex，MAC)，造成细胞外离子大量内流，引起靶细胞裂解（包括肿瘤细胞、被感染细胞等）。常见的抗体药物，如CD20抗体、CD38抗体、CD52抗体等。

2.抗体依赖性细胞介导的细胞毒性

（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity ,ADCC）

抗体药物的Fc段通过与效应细胞（最主要是NK细胞）表面的Fc受体（如FcγRIIIa/CD16）结合，介导效应细胞杀伤靶细胞（肿瘤细胞、被感染的细胞、致病性免疫细胞等）。经典的药物包括CD20抗体（如利妥昔单抗 奥妥珠单抗）、CD38抗体（达雷妥尤单抗、伊沙妥昔单抗）、HER2抗体（曲妥珠单抗、帕妥珠单抗）、GD-2抗体（达妥昔单抗、那昔妥单抗）等。

3.抗体介导吞噬作用

抗体介导的吞噬作用可以分为抗体依赖的细胞介导的吞噬(antibody-dependent cell mediated phagocytosis，ADCP)和补体依赖的细胞介导的吞噬(complement-dependent cell-mediated phagocytosis ，CDCP)。抗体依赖性胞啃作用（Antibody-dependent trogocytosis ）是靶细胞吞噬的一种特殊情况，即效应细胞，特别是中性粒细胞，从靶细胞摄取部分细胞膜和细胞质物质。多次的胞啃之后最终导致细胞凋亡，称之为trogoptosis。

4.细胞因子释放

当巨噬细胞、树突状细胞和单核细胞暴露于大免疫复合物或热聚集IgG时，通过FcγRIIa促进促炎细胞因子的释放。相反，FcγRI与类似的免疫复物的结合，则被证明会抑制IFNγ分泌。虽然，，FcγRI和FcγRIIa胞内均包含ITAM信号域，但传递了不同的信号。需要深入研究。

 

抗体Fc/FcR介导的生物学效应

（Annu. Rev. Biomed. Eng. 2022. 24:249–74）

5.抗原递呈

激活FcγRs的交联，导致ITAM磷酸化和clathrin-介导的FcγR:IgG-IC聚集体内化，随后的IgG-IC转运到溶酶体。在溶酶体腔室内，FcγRs和内化的抗原都被蛋白质水解酶降解，并最终装载到MHCII类复合物上。MHCII类肽复合物从内溶酶体腔室穿梭到细胞膜，将抗原来源的肽(通常为13-25aa)呈递给适应性免疫系统的细胞。9-10-aa肽将被并入MHCI类蛋白复合物，进行递呈。

 Front. Immunol. 2020

6.激活免疫细胞表面受体

FcRs可引起激动性抗体驱动的受体聚集(例如，T细胞上的4-1BB) 导致受体激活。

7.抑制免疫细胞受体

抑制性FcR信号可以抵消B细胞受体的激活，从而促进耐受性。

8.结合FcRn延长半衰期

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Fc/FcR生物活性常用表征方法

1.表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance）测定结合活性

Wood等人在1902年发现了由表面等离子体波激发引起的异常衍射现象。基于此原理开发的表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance）已经广泛用于各类结合相关实验，包括Fc和FcR结合。当分子间发生结合或者解离时，会定量改变膜表面附近分子的浓度，从而导致金属膜附近折射率的变化，导致SPR dip角发生改变，因而通过实时监测角度变化，可以检测结合和解离过程。

Adv Protein Chem Struct Biol . 2018;110:1-30.

2.ADCC测定

经典的ADCC测定方法是制备外周血单个核细胞（PBMC），直接进行效应细胞杀伤实验。但是因为PBMC本身异质性强，整个操作过程繁琐，结果背景高，会对评价实验结果带来诸多不便。

因为抗体Fc段结合FcR会激活NFAT信号通路，所以荧光素酶报告基因法所以近年来报告基因法被广泛采用。

比如CD20抗体ADCC评价，使用WIL2-S细胞系作为靶细胞，使用基因工程改造的Jurkat细胞作为效应细胞，该细胞表达FcγRIIIa和NFAT应答元件驱动的荧光素酶报告基因，当抗体将效应细胞和靶细胞连接在一起时，NFAT被激活，通过荧光素酶化学发光信号可以反映抗体的ADCC效应，此方法简单、专属性好、细胞系均一性好、准确度高。

3.CDC测定

CDC活性测定，是将重组抗体进行系列稀释后，与靶细胞进行孵育，在补体存在的情况下，抗体药物会在靶细胞表面形成膜攻击复合体，导致细胞溶解，采用检测细胞存活的染料，可以对CDC作用效果进行评价。

总结

Fc段介导的效应是抗体药物发挥作用的重要组成部分，本文梳理了Fc段介导的生物学效应，以及常用的表征方法，是抗体药物工程开发的重要知识基础。

参考资料

1.Vogelpoel LTC, Baeten DLP, de Jong EC, den Dunnen J. 2015. Control of cytokine production by human Fc gamma receptors: implications for pathogen defense and autoimmunity. Front. Immunol. 6:79

2.Junker F, Gordon J and Qureshi O (2020) Fc Gamma Receptors and Their Role in Antigen Uptake, Presentation, and T Cell Activation. Front. Immunol. 11:1393. doi: 10.3389/fimmu.2020.01393

3.Drescher, Dennis G et al, Analysis of Protein Interactions by Surface Plasmon Resonance. Adv Protein Chem Struct Biol . 2018;110:1-30

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