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在已經(jīng)上市和正在研發(fā)的抗體藥物中，人源化抗體藥物占據(jù)了很大的比例。這些人源化抗體主要是通過改造非人源抗體開發(fā)出來的。非人源抗體通常會引起人體的免疫反應(yīng)。這種抗體藥物免疫反應(yīng)通常會引起藥物的藥代動力學(xué)變化、減少藥物的半衰期、降低藥物的療效，甚至帶來副作用。
為了減少非人源抗體引起的免疫反應(yīng)，通常會對抗體藥物進(jìn)行人源化設(shè)計(jì)。通過移植非人源抗體的互補(bǔ)決定區(qū)(complementarity determiningregion，CDR)到人源框架上，可以保留抗體藥物對靶分子的識別作用，減小非人源抗體重鏈可變區(qū)(variable heavy chain，VH)和輕鏈可變區(qū)(variablelight chain，VL)框架區(qū)域引起的免疫反應(yīng)。目前常用的CDR移植方法主要有兩種，分別是基于抗體文庫的篩選方法，以及基于計(jì)算機(jī)輔助抗體人源化的篩選方法。
抗體文庫篩選方法的基本原理是通過克隆非人源抗體的CDR序列到人源抗體框架文庫中，表達(dá)CDR移植的人源VH和VL抗體，從中篩選出能與靶分子結(jié)合的抗體。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接大規(guī)模篩選出與靶分子結(jié)合的人源化抗體；其缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)工作量大，需要大規(guī)模鑒定出具有親和力的人源化抗體，實(shí)驗(yàn)成本和人力成本高，成功率低。
計(jì)算機(jī)輔助抗體人源化的基本原理是通過非人源抗體序列相似性篩選人源VH和VL框架序列，構(gòu)建人源化抗體結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算人源化抗體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，篩選VH和VL組合類型，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證人源化抗體與靶分子的親和力。該方法的優(yōu)點(diǎn)是通過大量計(jì)算排除了結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的人源化抗體，實(shí)驗(yàn)只需驗(yàn)證少數(shù)的VH和VL組合類型。
中國科學(xué)院生物物理研究所研究人員提出了一種基于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的抗體人源化篩選方法，通過結(jié)構(gòu)模擬，實(shí)現(xiàn)抗體CDR移植和框架區(qū)域人源化；對人源化的抗體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，計(jì)算VH和VL的鏈內(nèi)和鏈間結(jié)合能；比較不同人源VH和VL組合類型的鏈內(nèi)和鏈間結(jié)合能，從中篩選能量最優(yōu)的組合類型。
使用CDR移植方法，排除了移植導(dǎo)致的抗體VH和VL鏈內(nèi)和鏈間結(jié)合能過高的結(jié)構(gòu)模板。使用人源化框架篩選方法排除了不同人源抗體VH和VL組合方式導(dǎo)致的抗體VH和VL鏈內(nèi)和鏈間結(jié)合能過高的組合類型。通過使用VH和VL的鏈內(nèi)和鏈間結(jié)合能篩選出的人源化抗體VH和VL組合類型，能有效預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
通過VH和VL序列搜索抗體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，篩選序列相似性排名靠前的抗體結(jié)構(gòu)模板進(jìn)行CDR移植，對CDR區(qū)域進(jìn)行主鏈和側(cè)鏈模擬，CDR區(qū)域移植成功后，根據(jù)抗體序列搜索人源序列數(shù)據(jù)庫，篩選排名靠前的人源序列組合類型，突變抗體框架序列，使其與人源序列一致，對框架區(qū)域進(jìn)行主鏈和側(cè)鏈模擬，計(jì)算VH和VL結(jié)構(gòu)域的鏈內(nèi)和鏈間結(jié)合能，篩選出排名靠前的人源序列組合類型。
在這個實(shí)驗(yàn)過程中，有兩個關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸。
第一個是從人源抗體文庫中篩選出具有一定活性的CDR移植VH和VL組合類型。該步驟的實(shí)驗(yàn)量大，人力成本高，成功率低。為了減少實(shí)驗(yàn)工作量，研究者通常會使用序列同源性對VH和VL組合類型進(jìn)行初步篩選，然后通過少量的實(shí)驗(yàn)工作從候選的VH和VL類型中篩選出具有一定親和力的人源框架。研究表明，高序列相似性并不會導(dǎo)致高結(jié)構(gòu)相似性。因此，從序列相似性排名靠前的少量VH和VL組合類型中篩選人源框架具有較高的失敗率。如何從大量的人源序列組合類型中篩選出結(jié)構(gòu)相似性排名靠前的VH和VL序列組合類型，成為計(jì)算機(jī)輔助抗體人源化設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)。
篩選VH和VL組合類型之前，需要確?？贵w模板的CDR空間結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。這些CDR空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的抗體模板保證了篩選到的VH和VL組合類型不會影響CDR的空間構(gòu)象。通常情況下，待預(yù)測抗體的CDR空間構(gòu)象是沒有的，如何通過非人源抗體的序列重建抗體的CDR空間構(gòu)象成為了重要的技術(shù)瓶頸。
參考文獻(xiàn)：
- ZHONG Qiang.A computational antibody humanization pipeline based on the structural stability of antibody.[J]China Academic Journal Electronic Publishing House.2022, 42(1): 135-147
- Lu RM, Hwang YC, Liu IJ, et al. Development of therapeutic antibodies for the treatment of diseases. JBiomed Sci, 2020, 27(1): 1-30
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