lgG1，lgG2，lgG3和lgG4抗體在結(jié)構(gòu)和功能上的主要區(qū)別
本文來源于微信公眾： 呵呵噠Leo 作者： 呵呵噠
IgG1抗體在抗體藥物中占據(jù)主導(dǎo)地位，主要因為其具有長半衰期，強(qiáng)效應(yīng)功能，結(jié)構(gòu)均一且經(jīng)過充分表征。IgG1約為146KD，鉸鏈區(qū)包含15個氨基酸，包含兩對重鏈間二硫鍵。IgG1約占總抗體的50%，占IgG的67%。hIgG1與FcγRIIa（介導(dǎo)ADCP）結(jié)合更緊密，與FcγRIIIa（介導(dǎo)ADCC）和FcγRIIIb結(jié)合相對弱一些。IgG1能夠在靶細(xì)胞表面組裝成六聚體，從而激活補(bǔ)體并介導(dǎo)CDC。中等長度的鉸鏈區(qū)及其靈活性使IgG1能高效利用兩個Fab臂進(jìn)行雙價抗原結(jié)合和免疫復(fù)合物形成。IgG1比IgG2和IgG4更不易聚集，但由于其鉸鏈區(qū)較長，可能更容易發(fā)生化學(xué)降解。
IgG2是血清中第二常見的IgG抗體，約為146KD，占總抗體的16%，占IgG的22%。鉸鏈區(qū)比IgG1的短，只有12個氨基酸，但二硫鍵相比于IgG1要多，共有四個重鏈間二硫鍵。
IgG2存在三種異構(gòu)體。
IgG2A經(jīng)典對稱構(gòu)型：兩條輕鏈通過經(jīng)典的HC-LC二硫鍵分別與各自的重鏈連接，而兩條重鏈之間則通過鉸鏈區(qū)的半胱氨酸形成配對的鉸鏈二硫鍵。這種對稱的連接方式使得兩個Fab臂較為靈活，更容易協(xié)同結(jié)合抗原。這種構(gòu)型在含有λ型輕鏈的IgG2分子中更為常見；
IgG2B重排緊湊構(gòu)型，輕鏈末端的半胱氨酸不再與重鏈的經(jīng)典位置連接，而是與鉸鏈區(qū)的半胱氨酸相連。同時，重鏈上原本用于連接輕鏈的半胱氨酸轉(zhuǎn)而與鉸鏈區(qū)的另一個半胱氨酸形成鏈內(nèi)二硫鍵。這種“打結(jié)”式的連接使得兩個Fab臂被拉得更近，構(gòu)象更為緊湊，靈活性降低，這可能限制了其與抗原的結(jié)合能力。這種構(gòu)型在含有κ型輕鏈的IgG2分子中占主導(dǎo)地位；
IgG2A/B則同時包含這兩種二硫鍵構(gòu)型各一個；
IgG2鉸鏈區(qū)的異質(zhì)性可能導(dǎo)致分子間形成二硫鍵，這在開發(fā)明確治療藥物時是一個問題。與IgG1和IgG3相比，IgG2因其對FcγRs的親和力較弱而具有較弱的效應(yīng)功能。IgG2的補(bǔ)體作用僅在靶細(xì)胞上抗原高密度存在時發(fā)生。 因此，IgG2是一種在免疫學(xué)上更為沉默的同種型，可能適用于需要嚴(yán)格阻斷機(jī)制的治療應(yīng)用。
IgG2鉸鏈區(qū)的異質(zhì)性可能導(dǎo)致分子間形成二硫鍵，這在開發(fā)明確治療藥物時是一個問題。與IgG1和IgG3相比，IgG2因其對FcγRs的親和力較弱而具有較弱的效應(yīng)功能。IgG2的補(bǔ)體作用僅在靶細(xì)胞上抗原高密度存在時發(fā)生。 因此，IgG2是一種在免疫學(xué)上更為沉默的同種型，可能適用于需要嚴(yán)格阻斷機(jī)制的治療應(yīng)用。
IgG3作為血清中第三豐富的IgG亞型，占IgG抗體的7%和總抗體的5%；鉸鏈平均包含超過60個殘基，其中11個是形成二硫鍵的半胱氨酸，IgG3抗體略大于其他亞型，約為170 kDa。盡管這種長鉸鏈允許Fc受體的緊密結(jié)合和Fabs的靈活性，但也使蛋白質(zhì)易于裂解。與其他IgG亞類的抗體相比，大多數(shù)IgG3抗體在血清中的半衰期顯著縮短（1周 VS 3周）。這是因為抗體與FcRn結(jié)合位點(diǎn)的氨基酸不同而導(dǎo)致的與FcRn親和力不同。在IgG1、IgG2和IgG4中，H435（組氨酸）對抗體與FcRn的親和性至關(guān)重要。在IgG3中，該位點(diǎn)為R435（精氨酸），略微降低了與FcRn的親和力，導(dǎo)致IgG3無法與其他類型競爭FcRn。而對于攜帶H435同種異型的IgG3個體，其半衰期與其他IgG抗體相似。
IgG3以蛋白水解和藥代動力學(xué)不穩(wěn)定性為代價，展現(xiàn)了強(qiáng)大的效應(yīng)功能。在所有IgG亞類中，IgG3因與FcγR緊密的相互作用而具有最強(qiáng)的效應(yīng)功能。IgG免疫復(fù)合物與各FcγR的多價結(jié)合在IgG3中最為強(qiáng)烈。此外，IgG3是固定C1q以啟動補(bǔ)體通路最有效的IgG亞類。盡管IgG3的強(qiáng)大免疫激活作用在癌癥和傳染病治療中聽起來前景廣闊，但其長鉸鏈區(qū)的復(fù)雜性尚未得到充分解決，難以形成穩(wěn)定且均一的生物制劑。
IgG4是IgG亞型中自然豐度最低的，它占IgG抗體的4%或總抗體的3%。IgG4抗體通常與長期抗原暴露相關(guān)，這可能與其抗炎特性及作為 γ重鏈最后一個亞型的基因位點(diǎn)有關(guān)。 與IgG2類似，IgG4大小約為146 kDa，鉸鏈區(qū)包含12個氨基酸。IgG4的鉸鏈二硫鍵類似于IgG1，重鏈間有2個共價連接。IgG1鉸鏈中剛性的CPPC氨基酸基序在IgG4中被CPSC取代，賦予其更高靈活性。IgG4鉸鏈區(qū)靈活性的增加促使其形成鏈內(nèi)二硫鍵，而非通常的鏈間二硫鍵。人源IgG4表現(xiàn)Fab臂交換現(xiàn)象，導(dǎo)致形成針對對兩種不同抗原的單價雙特異性分子。 免疫學(xué)上，這可能是通過喪失二價性減少抗原交聯(lián)的抗炎機(jī)制。由于治療性抗體與內(nèi)源性抗體交換可能在人體給藥時產(chǎn)生不明確的bsAbs，目前普遍采用S228P突變來阻止治療性IgG4抗體發(fā)生此過程。 該突變通過穩(wěn)定IgG4鉸鏈區(qū)，使其形成更剛性、類似IgG1的狀態(tài)并產(chǎn)生正確的鏈間二硫鍵，從而防止Fab臂交換發(fā)生。
IgG4能與大多數(shù)Fcγ受體結(jié)合，通常很弱。在所有IgG亞型中，IgG4與抑制性FcγRIIb的結(jié)合最強(qiáng)，這可能解釋了其抗炎作用。 它在補(bǔ)體激活方面效率低下，甚至比IgG2的C1q結(jié)合更少。與IgG2類似，對于需要抗原結(jié)合而不引起廣泛免疫激活的治療應(yīng)用，IgG4可能是最適用的一種。
治療性抗體偏好κ輕鏈的原因
治療性抗體中κ鏈的比例（超過9:1）遠(yuǎn)高于人體自然比例（2:1），這主要源于歷史技術(shù)路徑和κ鏈自身的理化優(yōu)勢。
技術(shù)路徑的依賴：雜交瘤技術(shù)的“遺產(chǎn)”
早期治療性抗體大多通過小鼠雜交瘤技術(shù)制備。小鼠天然產(chǎn)生的抗體中κ鏈占絕對優(yōu)勢（κ:λ ≈ 20:1）。因此，當(dāng)從大量小鼠雜交瘤克隆中篩選候選抗體時，得到的絕大多數(shù)本身就是κ型抗體。后續(xù)的人源化改造通常是在這個鼠源κ鏈框架基礎(chǔ)上進(jìn)行的，形成了路徑依賴。
κ鏈的固有優(yōu)勢：穩(wěn)定性與可開發(fā)性
即便在新技術(shù)（如噬菌體展示庫、轉(zhuǎn)基因小鼠）允許更自由選擇輕鏈類型的今天，κ鏈因其以下優(yōu)點(diǎn)仍被優(yōu)先考慮：
優(yōu)異的穩(wěn)定性與可溶性：κ鏈的框架區(qū)（Framework Region）通常賦予抗體分子更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可溶性，這有助于提高藥物在生產(chǎn)和儲存過程中的穩(wěn)定性，減少聚集體的形成 。
簡化生產(chǎn)工藝：在重組表達(dá)系統(tǒng)中，κ鏈往往能實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量和更一致的質(zhì)量，降低了工藝開發(fā)難度和成本。
規(guī)避λ鏈的潛在風(fēng)險：λ鏈CDR3區(qū)域更長、疏水性更強(qiáng)、酸性更高，這樣的結(jié)構(gòu)特征可能帶來更高的免疫原性風(fēng)險（容易被免疫系統(tǒng)識別為“非己”），也可能影響藥物的理化性質(zhì)（如增加黏度）。因此，在藥物開發(fā)中，除非λ鏈能帶來無可替代的超高親和力，否則開發(fā)者會更傾向于選擇“更安全、更省事”的κ鏈。
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