XI闻｜当抗体遇上 pH 梯度：工程化改造如何重塑靶向药物开发逻辑？

单克隆抗体因与抗原结合具有高度特异性和强亲和力，成为抗体药物研发的主要类型。但随着研究深入，其缺陷逐渐显现，如与抗原结合次数有限、会引发非预期的抗体清除效应和抗原累积效应。

单克隆抗体因与抗原结合具有高度特异性和强亲和力，成为抗体药物研发的主要类型。但随着研究深入，其缺陷逐渐显现，如与抗原结合次数有限、会引发非预期的抗体清除效应和抗原累积效应。因此，人们不再局限于天然抗体筛选，而是通过工程化改造来提升抗体药物药效。近年来，新型再循环抗体的问世，有效解决了天然单克隆抗体发展的瓶颈。再循环抗体主要有两类：pH依赖性抗原结合再循环抗体和钙离子依赖性抗原结合再循环抗体。Igawa团队首次于2010年改造出了1株pH依赖性抗原结合抗体(再循环妥珠单抗)，在转基因小鼠中，再循环抗体的抗原清除效果和抗体半衰期均优于亲本抗体。

一、PH依赖性抗原结合再循环抗体

人血浆为中性，pH 7.4左右，而胞内环境为酸性，pH 6.0左右，pH依赖性抗原结合再循环抗体能在血浆中结合抗原，抗原抗体复合物被内化进细胞后，在内涵体酸性的环境下，pH依赖性抗原结合再循环抗体会与抗原解离，解离抗原的抗体被FcRn捕获循环到胞外，在胞外中性的环境下，FcRn将抗体释放，回到血浆中的抗体可以再结合别的抗原，实现抗体的循环使用。

（图片来自参考文献；）

将天然抗体改造成再循环抗体技术的关键是组氨酸的引入。组氨酸为带正电的碱性氨基酸，是质子的供体和受体，上图为组氨酸的电子云密度图，因为侧链咪唑基团的存在，其pKa为6左右。酸性条件下组氨酸会发生质子化，当组氨酸位于抗原抗体相互作用的交界面时，如果它是二者相互作用的关键氨基酸，质子化的发生会直接影响二者的结合作用；如果组氨酸是维持构象的骨架氨基酸，质子化的发生会造成构象的变化而动摇二者的结合。在抗体的适当表位引入适当数量的组氨酸，就可能赋予抗体pH依赖性抗原结合的特性。

二、首次通过工程化突破传统限制

下面我们一起回顾下首次通过工程化pH依赖性抗原结合，突破传统抗体“单次使用”限制，显著提高治疗性抗体的效力和持久性的技术实验。

（1）关键方法:

组氨酸扫描技术：在妥珠单抗（TCZ）的互补决定区（CDR）和框架区引入组氨酸突变，筛选出pH依赖性结合的变体（PH1和PH2）。

表面等离子体共振（SPR）分析：验证变体在不同pH下的结合动力学（如PH1和PH2在pH 7.4时亲和力提高2-3倍，pH 6.0时解离速率显著加快）。

FcRn工程化：通过N434A突变增强抗体与新生儿Fc受体（FcRn）的结合，延长血浆半衰期。

（2）主要实验结果：

体外结合动力学：PH1和PH2在pH 6.0的解离速率（k_d）比TCZ快1.9-6.3倍，亲和力差异（pH 6.0/pH 7.4的K_D比值）达18.9-22.1倍。

（图片来自参考文献；）

小鼠模型：在表达人IL-6R的转基因小鼠中，PH1和PH2的血浆浓度和抑制血清淀粉样蛋白A（SAA）的持续时间显著优于TCZ。通过内体循环机制，抗体从膜结合IL-6R（mIL-6R）解离后重新释放至血浆，实现多次抗原中和。

（图片来自参考文献；）

猕猴模型：PH2-FcRn单次静脉注射（1 mg/kg）抑制C反应蛋白（CRP）达16天，显著优于传统TCZ和单纯亲和力成熟的变体AM-FcRn。皮下注射PH2-FcRn（2 mg/kg）的CRP抑制时间延长至4周，远超TCZ的1周。

（图片来自参考文献图；）

（3）机制解析：

内体循环：抗体在酸性内体中解离IL-6R，游离抗体通过FcRn回收至血浆，而抗原被溶酶体降解，实现抗体重复利用。

清除优化：pH依赖性结合减少抗原介导的抗体清除，同时FcRn工程化降低非抗原介导的清除。

三、pH依赖改造流程

（噬菌体文库筛选示意图；）

通过设计pH依赖性抗原结合抗体，实现内体解离-再循环机制，显著提升抗体的抗原中和效率与药效持续时间，为下一代治疗性抗体开发提供了重要策略。该技术已成功应用于其他抗体靶点，表明技术普适性，未来可能扩展至更多适应症，改善现有抗体药物的疗效与经济性。

参考文献：

(1) Wen C, Chen YZ, Luo WX, et al. Advance in research on recycling antibody. Chinese Journal of Biotechnology, 2019, 35(2): 183-194.

(2) Igawa, T., Ishii, S., Tachibana, T. et al. Antibody recycling by engineered pH-dependent antigen binding improves the duration of antigen neutralization. Nat Biotechnol 28, 1203–1207 (2010).

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关于溪长生物

溪长生物是一家新兴的生物技术公司，专注于抗体发现与早研一站式服务，旨在助力医药行业降本增效。成立于2023年7月，公司汇聚了来自上海交大、复旦大学等知名学府的专家，拥有超过15年的生物制药经验，2024年完成了数千万天使轮融资。溪长生物建立了六大技术平台，提供从抗体设计到规模化生产的全流程服务。公司创始团队在抗体人源化、改造、蛋白抗体制备等方面具有领先技术，计划到2026年建立千亿级全人源Fab合成文库，为制药和诊断行业提供高亲和力、高特异性的候选抗体，目标是填补国产替代空间，推动国内医药行业的自主创新和产业升级，最终实现国产化，提高产品的可及性，造福患者。