靶向膜蛋白的抗体药物开发的新进展.docx

一、引言

根据抗体协会（AntibodySociety）的名单，截至2021年9月，有127种抗体在美国和欧盟上市。其中，超过一半（77/127）以膜蛋白为靶标。然而，这些抗体中的大多数都是靶向具有简单跨膜区和较长胞外区（ECD）的膜蛋白，如酪氨酸激酶受体。仅有三种靶向结构复杂的膜蛋白，如G蛋白偶联受体（GPCR）。值得注意的是，获批药物中约40%通过靶向GPCR复合物发挥药理作用，体现了膜蛋白类治疗性抗体的开发潜力。事实上，离子通道、转运蛋白、GPCR和激酶是药物研发中最大的一类药物靶点。

业界和相关研究团队已有多篇关于膜蛋白抗体的优秀综述。本文主要探讨治疗性抗体研发现状和技术革新，以致力于研发和识别更复杂的膜蛋白抗体，包括GPCR、离子通道、转运蛋白和激酶。GPCR和离子通道是小分子化合物重要的作用靶点。分析2016年美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物靶标发现，GPCR和离子通道在小分子治疗药物中分别占比33%和18%。GPCR和离子通道是生物医药研究和临床研发高度关注的热点。如何选择膜蛋白靶点是小分子药物开发中遇到的一个关键问题，虽然小分子比抗体更容易到达作用部位，但抗体能有效识别复杂膜蛋白的胞外区。以CC趋化因子受体4（CCR4）为例，该基因编码的蛋白属于GPCR家族，CCR4抗体mogamulizumab批准用于治疗复发或难治性蕈样真菌病和Sézary综合征。另一个例子是预防偏头痛的药物erenumab，其抑制了降钙素基因相关肽受体（CGRPR）的生物活性。靶向膜蛋白的抗体制备策略之一是抗体工程化改造。当特定蛋白构象改变与疾病状况相关时，抗体药物在选择性、特异性和效应功能方面具有许多额外的优势，单克隆抗体BIL010t靶向非功能性的胞外ATP激活离子通道无功能的嘌呤受体P2X7（nfP2X7），目前正在利用该抗体进行治疗基底细胞癌的临床试验。抗体偶联药物通过改善药代动力学增加了药物活性，Gptx-1多肽毒素偶联抗体在有效阻断Nav1.7离子通道的同时延长了抗体半衰期，并能更好地作用于神经纤维。除了直接作用外，抗体还可以通过抗体依赖的细胞毒（ADCC）和补体依赖的细胞毒（CDC）等效应发挥功能。利用mogamulizumab证明了可通过改造抗体可结晶片段（Fc）区来提高药效和安全性。

蛋白质晶体技术和其他结构生物学手段有助于我们更好地解析膜蛋白的三维结构。模拟膜蛋白天然结构制备环状多肽抗原，从而成功研发靶向这些蛋白的治疗性抗体。抗体的分离纯化也得益于技术进步，大肠杆菌GroEL作为分子佐剂进行DNA免疫，诱导了针对靶向蛋白的特异性抗原，提高DNA免疫在体内激发抗体产生的效率。

膜蛋白靶向抗体药物的发展经历了四个关键技术。第一是分离稳定天然蛋白构象的抗原；第二是克服免疫耐受，即免疫系统对类似自身抗原结构不产生免疫应答；第三个关键点则需要考虑这些靶分子多样化的胞外区（抗体的作用区域）；第四是筛选有效作用于膜蛋白功能位点的特定抗体。不同的研发策略以及新技术和新方法正被用于解决上述关键技术以开发更高效的抗体药物。表1列出了正在进行临床前研究和已用于临床治疗的膜蛋白靶点抗体药物。我们根据靶点类型、抗原结构、抗体形式和抗体生产平台将这些抗体进行分类，并给出配体、结合位点、作用机制、有效性、表位、治疗适应症和副作用等详细信息（表1）。

表1靶向膜蛋白抗体研发的关键技术及面临的挑战?

抗体工程技术提高了抗体结合靶抗原的特异性和有效性。改造抗体Fc区，能够减缓抗体药物的半衰期。此外，Fc区工程化改造还可以增强或减弱ADCC等Fc效应。膜蛋白通过其配体或其他相互作用的蛋白激活下游信号通路。许多膜蛋白抗体可有效识别并稳定GPCR和离子通道的结构域，影响其参与的多种细胞信号转导过程。

ClinicalTrials.gov、PubMed数据库和抗体协会的相关资料给出了目前处于临床前和临床开发中的膜蛋白靶向抗体，本文挑选了其中具有代表性的例子，探讨了靶向膜蛋白抗体的作用机制、膜蛋白抗原的制备以及抗体的研制。

二、膜蛋白抗体的作用机制

GPCR的胞外区介导受体与配体相互作用，激活的受体将信号传递到细胞内并招募下游效应蛋白。离子通道在细胞膜上形成一个孔道，疏水性氨基酸面向磷脂双层，离子可以通过这个通道穿过细胞膜的疏水核心。离子通道、GPCR和其他跨膜蛋白参与了许多重要的细胞生物学效应，其功能异常与多种疾病有关。因此，以它们为靶点开发的抗体在治疗和预防相关疾病方面有独特的优势。研发膜蛋白治疗性抗体的几个要素：结构高度保守是机体维持正常功能不可或缺的，因此针对这些靶点的干预手段具有更广的选择性；跨膜蛋白（离子通道，GPCR）和膜结合的激酶（基质金属蛋白酶）的结构多样性，为干预调节这些蛋白的特定功能提供了许多思路，更易于研发靶向特异性的治疗抗