亚类转换有望提高单抗制剂的稳定性——IgG1 的启示：如何改善单抗制剂稳定性？IgG1 有「话」说

在生物制剂的鼎盛时期，作为免疫球蛋白的「明星」，IgG 早已远近闻名，但很多业界学者并不知晓它与单抗制剂稳定性的深层关系。本篇内容将为大家介绍 IgG 与单抗制剂稳定性的关系，以及它带来的启示。

稳定性

单抗类生物制剂生产和贮藏的挑战

单抗的生产和贮藏的挑战，主要来自制剂的理化稳定性。物理学不稳定性的严重后果是蛋白质聚集，这不仅影响疗效，还可能产生不良反应如免疫原性。

临床应用中，为方便患者自行用药，许多单抗被开发为皮下或肌肉注射剂型，浓度很高（＞100 mg/ml），蛋白质聚集的风险也相应升高 ¹。

有研究表明 ^2,3，IgG 亚类与单抗制剂的稳定性有关，可能潜在影响制剂的疗效和不良反应特征。那么，IgG 能否成为改善单抗制剂稳定性的希望？

IgG 的结构：经典「Y」字形 ⁴

免疫球蛋白为四聚体分子，由两条相同的重链和两条相同的轻链通过链间二硫键连接组成。自然折叠后即形成了众所周知的「Y」字形结构（见图 1⁵）。

按照重链恒定区的氨基酸组成和排列顺序不同，免疫球蛋白分为 5 类：IgG、IgA、IgM、IgD 和 IgE。其中，IgG 在循环中的含量最高，大多数单抗类生物制剂的成分为免疫球蛋白 G(Immunoglobulin G, IgG)。

图 1. IgG 分子的「Y」字形结构模式图：IgG 分子由两条相同的重链和两条相同的轻链借助二硫键连接而成，V_H 和 V_L 分别代表重链和轻链的可变区，位于分子的氨基端；C_H 和 C_L 分别代表重链和轻链的恒定区，位于分子的羧基端；在 C_H1 与 C_H2 之间为富含脯氨酸的铰链区

IgG 由两个片段构成 ^4,6：

⚫ 抗原结合片段（Fragment of antigen binding, Fab）：恒定域（C_H1 和 C_L）+可变域（V_H 和 V_L），可变区决定了抗原特异性；

⚫ 可结晶段（Fragment crystalliazble, Fc）：由重链的 C_H2+C_H3 形成，Fc 段具有效应器功能，能够活化补体系统和结合 Fc 受体。

根据重链恒定区的差异，IgG 分为 4 个亚类：IgG1、IgG2、IgG3 和 IgG4。

近二十年来，以单克隆抗体（单抗）为主的生物制剂不断涌现，并广泛地用于治疗包括银屑病、肿瘤、炎症和骨病等不同类型疾病。其中，IgG1 抗体亚类在临床上应用最广泛。

亚类转换，可能改善单抗制剂稳定性

来自 IgG1 的启示

蛋白质的理化特性和聚集行为不仅与溶液条件如 pH 值和离子强度有关，还受蛋白质一级结构以及折叠后形成的高级结构的影响。

为此，Neergaard 等 ² 研究了在高浓度条件下（150 mg/ml），单抗 B72.3 的 IgG1 和 IgG4 亚类的理化稳定性，包括测量蛋白质聚集物形成、结构完整性、热稳定性、胶体相互作用、破碎和脱羧胺作用。发现两种亚类在低 pH 值下均更易聚集，且 IgG1 的构象稳定性高于 IgG4。

另一项由 Tian 等 ¹  采用传统生物物理技术，评价和比较了可变区相同的人源化 IgG1、IgG2 和 IgG4 分子的结构、构象和胶体稳定性，再采用 SAXS 数据对 3 种 IgG 亚型的结构差异进行敏感检测。结果发现，3 种 IgG 亚型在低浓度和中等浓度下的分子间排斥力存在差异，IgG2 和 IgG4 在低 pH 值下迅速形成二聚体，而 IgG1 的稳定性较高。

以上研究提示我们，单抗的稳定性不仅与溶液条件有关，还与重链恒定区的 IgG 框架有关，且不同亚型中，IgG1 的构象稳定性相对较高。

小结

生物治疗的涌现为临床诊疗带来质的飞跃，但生物制剂稳定性不佳严重影响了临床疗效。已有研究表明 ^3,4，IgG 与单抗制剂的稳定性有关，且 IgG 不同亚型的稳定性有所不同。这提示我们，亚类转换可能改变聚集倾向、聚集途径和理化稳定性，在调整 pH 值或添加辅料无法充分改进稳定性时，亚类转换也许可作为改进生物制剂总体稳定性的替代方法。

参考文献：

1. Steven J. Shire, Zahra Shahrokh, Jun Liu. Challenges in the development of high protein concentration formulations[J]. J Pharm Sci. 93(6): 1390-1402.

2. Neergaard MS, Nielsen AD, Parshad H, et al. Stability of monoclonal antibodies at high-concentration: head-to-head comparison of the IgG1 and IgG4 subclass. J Pharm Sci, 2014, 103(1): 115-127.

3. Tian X, Langkilde AE, Thorolfsson M, et al. Small-angle x-ray scattering screening complements conventional biophysical analysis: comparative structural and biophysical analysis of monoclonal antibodies IgG1, IgG2, and IgG4. J Pharm Sci, 2014, 103(6):1701-1710.

4. 陈慰风, 金伯泉. 医学免疫学（第 4 版）[M]. 北京：人民卫生出版社. 2004:34-35.

5. https:///wp-content/uploads/2017/12/15-11-Chamow-F1new.jpg（图 1 的来源）

6. 陈方荣. 细胞表面 Fc 受体的免疫学功能 [J]. 赣南医学院学报 (02):83-86.