抗体Fc端ADCC和CDC功能活性介绍

2023-07-27

免疫疗法细胞疗法抗体药物偶联物放射疗法

抗体结构抗体是一种由抗原刺激产生并且能够特异性结合抗原的免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）。抗体分子是由四条多肽链组成的“Y”字形结构，其中分子量较大的两条链称为重链（Heavy chain，H）；分子量较小的两条链称为轻链（Light chain，L）。经氨基酸序列分析，不同抗体分子N端约110个氨基酸序列变化较大，而其他区域的氨基酸序列相对恒定。因此，将抗体分子轻链和重链靠近N端氨基酸变化较大的区域称为V区，分别占重链和轻链的1/4（VH）和1/2（VL）；将靠近C端氨基酸序列相对恒定的区域称为C区，分别占重链和轻链的3/4（CH）和1/2（CL）。根据抗体的理化性质和功能又可以分为IgG、IgA、IgD、IgE、IgM五类，其中IgG在人体血清中含量最高。在一定条件下，Ig分子可被木瓜蛋白酶水解成Fab段和Fc段。其中Fab端主要发挥结合抗原的功能，而Fc端主要和ADCC以及CDC有关，能够介导免疫系统对靶细胞的杀伤，发挥抗体的免疫学功能。图1抗体分子结构ADCC效应ADCC（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity）：即抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用，当抗体Fab端与靶细胞表面抗原表位结合后，其Fc端招募效应细胞（NK细胞、巨噬细胞）并与其表面Fc受体（FcγR）结合，介导效应细胞直接对靶细胞杀伤[1]。ADCC的步骤分为四步：抗体识别结合抗原、招募结合效应细胞、活化效应细胞、杀伤靶细胞，ADCC的作用机制主要归纳为三个途径：①在抗体结合靶细胞并且激活效应细胞后，活化的NK细胞会产生颗粒酶和穿孔素，穿孔素是一种储存在效应细胞胞浆中的细胞毒性物质，在钙离子的存在下，可在靶细胞膜上形成多聚穿孔素通道，使水、电解质迅速进入胞内，导致细胞崩解破坏；而颗粒酶本质是一种丝氨酸蛋白酶，它可以通过穿孔素在靶细胞膜上形成的孔道进入细胞内，激活凋亡相关酶系统，使得靶细胞凋亡。②当NK细胞被激活后，细胞表面会表达FasL细胞因子，与靶细胞表面Fas受体结合并且在靶细胞表面形成Fas三聚体，这种三聚体蛋白会与细胞内Fas相关死亡域蛋白（Fas-associated with death domain protein，FADD）结合，募集并激活胞内caspase-8蛋白（含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶），通过caspase级联反应，水解胞内蛋白质，导致靶细胞的崩解死亡。③NK细胞表面表达的α肿瘤坏死因子（TNF-α）能与靶细胞表面表达的肿瘤坏死因子受体（TNF-R1）特异性结合，使得TNF-R1在靶细胞膜上形成三聚体，并与FADD结合激活caspase8，与第二种途径相似，导致靶细胞的凋亡[2]。图2 ADCC作用机制ADCC效应细胞能够介导ADCC效应的细胞主要是白细胞，如表1所示，可分为单核白细胞（NK细胞、巨噬细胞、γδT细胞）和多形核白细胞（中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞）表 1 参与ADCC的外周血细胞和表达受体Leukocyte FractionEffectorsPredominant Fc ReceptorsPBMCNK cellsFcγⅢA(CD16a)Monocytes/macrophagesFcγⅠ(CD64)/FcγⅡ(CD32)γδ T cellFcγⅢA(CD16a)PMNGranulocytes（neutrophils、eosinophil、basophil）FcγⅡ(CD32)/ FcγⅢB(CD16b)/FcαRⅠ(CD89)CDC效应CDC（complement dependent cytotoxicity）：即补体依赖的细胞毒作用，是指特异性抗体与靶细胞膜表面相应抗原结合，形成复合物而激活补体经典途径，所形成的攻膜复合物对靶细胞发挥裂解效应。CDC具体作用机制是依赖于补体激活的经典途径来发挥效应的，能够激活补体经典途径的免疫球蛋白主要是IgG和IgM。当两个以上的抗原抗体复合物结合C1q后能够激活C1q并使与C1q连接的C1r活化，活化后的C1r能够激活C1s的丝氨酸蛋白酶活性。在镁离子的存在下，C1s能够分别催化C4和C2裂解，其中C4b与C2a能够结合为C4b2a复合物（即C3转化酶），C3转化酶能够继续催化C3裂解并结合C3b形成C5转化酶，C5转化酶能够催化C5裂解形成C5a和C5b，而C5b能够在细胞膜表面与C6、C7、C8以及多个C9结合形成攻膜复合物MAC，导致磷脂双分子层穿孔，使得水和离子内流、细胞渗透压降低，最后造成靶细胞的破裂，从而达到对靶细胞杀伤的作用。在这个过程所产生的C3b能够被巨噬细胞表面受体识别并且能够诱导巨噬细胞的吞噬作用。图3 CDC效应机制注：C1qrs、C2-C9均为补体固有成分图4 CDC作用示意图[3]常见具有ADCC和CDC效应的抗体目前具有ADCC和CDC作用的单克隆抗体可分为特异性靶向B细胞（如图4）和非特异性靶向B细胞（如图5、6）.图5特异性靶向B细胞的单克隆抗体图6非特异性靶向B细胞的单克隆抗体图7非特异性靶向B细胞的单克隆抗体总结ADCC和CDC不仅是机体通过抗体清除被病毒或其他病原物感染细胞的主要途径，也是目前抗体药物发挥临床效果的作用机制之一。单克隆抗体药物将靶向治疗和免疫激活治疗联系起来，给癌症的治疗带来了深刻的变革。特别是ADCC，抗体Fab端能够靶向肿瘤、受感染的细胞或游离病原体，其Fc端能够结合FcγR，具有效应器活性，使其具有强大的免疫学活性。参考文献1.MacLennan IC, Loewi G, Harding B. The role of immunoglobulins in lymphocyte-mediated cell damage, in vitro. I. Comparison of the effects of target cell specific antibody and normal serum factors on cellular damage by immune and non-immune lymphocytes. Immunology 1970;18(3):397–404. 2.屈钰华,黎阳.抗体依赖细胞介导的细胞毒性抗肿瘤研究进展[J].中国实验血液学杂志, 2010(5):6.DOI:CNKI:SUN:XYSY.0.2010-05-060.3.Bordron, A., et al., Complement System: a Neglected Pathway in Immunotherapy. Clinical Reviews In Allergy & Immunology, 2020. 58(2): p. 155-171.