延長半衰期且可作為藥物靶點：FcRn在藥物開發(fā)中的廣泛應(yīng)用

近期，基于FcRn特性開發(fā)的新藥在中國迎來諸多進(jìn)展。9月底，和鉑醫(yī)藥全人源抗FcRn抗體巴托利單抗在針對全身型重癥肌無力（gMG）的3期注冊臨床中，完成首例患者給藥。11月4日，翰思生物及原旗下泰州翰中生物開發(fā)的人源化抗PD-1單克隆抗體HX008用于治療MSI-H/dMMR實體瘤的上市申請正式被CDE納入優(yōu)先審評審批，該抗體利用了FcRn改造技術(shù)進(jìn)行了差異化設(shè)計，在IgG4的Fc改造以延長半衰期。隨著科學(xué)界對FcRn生物學(xué)功能研究的不斷深入，F(xiàn)cRn在藥物開發(fā)中的前景被廣泛認(rèn)可。

FcRn的轉(zhuǎn)運保護(hù)機(jī)制
在五種類型的免疫球蛋白（IgA、IgD、IgE、IgG和IgM）中，IgG在人體血清中的含量是最多的（約占Ig的75%）。IgG是機(jī)體病原體和抗毒素的重要成分，在機(jī)體免疫反應(yīng)中起到了重要作用。此外，IgG是已知的能從母體轉(zhuǎn)移至胎兒，從而使胎兒獲得短期被動免疫能力的抗體。而這種IgG的特異性轉(zhuǎn)運是由neonatal Fc receptor（FcRn）所介導(dǎo)。FcRn能保護(hù)IgG和白蛋白在細(xì)胞內(nèi)“不被降解”，并將其釋放回血液循環(huán)中。
 

圖1. FcRn與IgG和白蛋白結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖^[1-2]。
 

上圖：人IgG1（綠色）通過其Fc端C_H2–C_H3域與FcRn的α2域（紅色）和β2M（藍(lán)色）的N端相結(jié)合。人血清白蛋白（紫色）在其他結(jié)合域與FcRn結(jié)合。下圖：平衡條件下，F(xiàn)cRn與IgG以2:1的比例結(jié)合；白蛋白在其他位點與FcRn以1:1的比例結(jié)合。

FcRn在體內(nèi)許多組織的上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及多種免疫細(xì)胞（如單核巨噬細(xì)胞）中廣泛表達(dá)。其中，血管內(nèi)皮細(xì)胞是FcRn保護(hù)IgG免于被分解代謝的主要部位。在這些地方，F(xiàn)cRn與血液的接觸面積很大。當(dāng)血管內(nèi)皮細(xì)胞大量內(nèi)吞血清中的蛋白時，F(xiàn)cRn可以有效地攔截IgG并將其返還到血液循環(huán)中，從而延長血清中IgG的半衰期。FcRn與IgG的結(jié)合是pH依賴性的：它們只在酸性條件（pH6.0-6.5）下結(jié)合，在中性（pH7.0-7.5）條件下解離。因此，在酸化的內(nèi)體（endosome）中，IgG能與FcRn有效結(jié)合，并跟隨FcRn被轉(zhuǎn)運至細(xì)胞膜表面。由于細(xì)胞外血液的pH值為微堿性（pH7.35-7.45）,IgG與FcRn解離，被“回收”至血液循環(huán)中。此外，F(xiàn)cRn對血清白蛋白（serum albumin, SA）的保護(hù)機(jī)制與IgG相同，也為pH依賴性。且SA在人血清中的半衰期很長，約有20天。
 

圖2. FcRn對IgG的轉(zhuǎn)運保護(hù)機(jī)制^[3]。
 

FcRn在血管內(nèi)皮細(xì)胞和循環(huán)中的單核細(xì)胞上均有表達(dá)。這些細(xì)胞通過內(nèi)吞作用，將血清中的IgG攝入細(xì)胞內(nèi)，IgG與FcRn在酸化的內(nèi)體中結(jié)合。沒能與FcRn結(jié)合的蛋白會在溶酶體中被降解，而與FcRn結(jié)合的IgG則會被釋放回血液循環(huán)中，從而延長其半衰期。

利用FcRn的轉(zhuǎn)運保護(hù)機(jī)制開發(fā)新一代藥物
很多藥物利用FcRn對IgG和SA的保護(hù)機(jī)制，與IgG的Fc或SA進(jìn)行融合/偶聯(lián)來延長其血清半衰期，改善藥代動力學(xué)�；蛘吒�進(jìn)一步，對Fc和SA進(jìn)行改造，提高其與FcRn的結(jié)合力后，再與藥物進(jìn)行融合/偶聯(lián)。例如，用于治療牛皮癬的Amevive （alefacept），治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的Enbrel （etanercept）、治療免疫性血小板減少癥（ITP）的Nplate （romiplostim）等，都通過與hIgG1的Fc進(jìn)行偶聯(lián)來達(dá)到延長血清半衰期的目的。此外，用于治療II型糖尿病的藥物Tanzeum（albiglutide）、治療B型血友病的Albutrepenonacog alfa （Idelvion）等，則通過與SA進(jìn)行偶聯(lián)來延長藥物血清半衰期。
 

圖3. 利用FcRn保護(hù)機(jī)制的各種融合蛋白示意圖^[3]。
 

（a）全長IgG1；（b）白蛋白；（c）與Fc進(jìn)行融合；（d）與單體Fc融合；（e） 與單體Fc的C_H2和C_H3融合；（f） 與經(jīng)改造后與FcRn結(jié)合力更強的affibody融合; （g）與IgG Fc-binding peptide（FcBP）融合。

此外，基于FcRn的特性，還有一個重要的研發(fā)方向，就是通過研發(fā)藥物來抑制內(nèi)源性FcRn與IgG的結(jié)合，從而治療由自身抗體（autoantibody）驅(qū)動的自身免疫性疾病。在自身抗體驅(qū)動的疾病中，機(jī)體的抗體攻擊或損傷自身的蛋白質(zhì)、細(xì)胞和組織，往往造成毀滅性的后果。目前，已有多種FcRn抑制劑正處于臨床試驗階段。例如，前文提到的和鉑醫(yī)藥全人源抗FcRn抗體巴托利單抗；荷蘭生物技術(shù)公司Argenx的Efgartigimod已處于治療廣義重癥肌無力（gMG）的phase 3階段；優(yōu)時比（UCB）公司的Rozanolixizumab也已處于治療gMG和ITP的phase 3階段。不久的將來，希望能看到更多有效藥物的上市，為患者們帶來福音。

FcRn/SA雙人源化小鼠
為了助力靶向FcRn小分子和抗體藥物研發(fā)，賽業(yè)生物引進(jìn)了FcRn/SA雙人源化小鼠模型，能準(zhǔn)確地預(yù)測藥代動力學(xué)。

FcRn/血清白蛋白（SA）雙人源化小鼠-AlbuMusTM模型

品系背景：C57BL/6N

AlbuMus^TM品系說明：
在以前建立的白蛋白人源化模型中，hSA的表達(dá)不符合正常的生理水平及表達(dá)模式。通過對白蛋白復(fù)合物成熟過程及與FcRn表達(dá)和調(diào)控的模式進(jìn)行深入分析，建立了SA/FcRn雙人源化模型，該模型hSA的生理水平和hFcRn的表達(dá)模式符合正常生理水平。

■ 人源化SA和人源化FcRn由各自的內(nèi)源性小鼠啟動子驅(qū)動，取代了小鼠體內(nèi)對應(yīng)的基因表達(dá)。
 

■ AlbuMus^TM小鼠的血液化學(xué)實驗數(shù)據(jù)與野生型相似。

■ AlbuMus^TM，雙人源化FcRn/白蛋白小鼠模型表現(xiàn)出正常的白蛋白相關(guān)藥物和生物制劑所需的自體人受體/配體相互作用（它們的半衰期與在非人類靈長類動物中獲得的數(shù)據(jù)相關(guān)）。

■ AlbuMus^TM模擬了人體的生理狀態(tài)，因此在和SA可逆結(jié)合蛋白相關(guān)藥物和常規(guī)藥物的生物制劑的開發(fā)中有著廣泛的應(yīng)用。

■ 雙重人源化FcRn/白蛋白小鼠模型是研究白蛋白相關(guān)藥物PK/PD的獨特工具。

模型驗證：

圖1. 人源FcRn的表達(dá)符合正常生理水平。

A）用qPCR法分析人源SA/FcRn小鼠組織標(biāo)本中的hFcRn的表達(dá)。發(fā)現(xiàn)hFcRn在十二指腸(Du)、空腸(Je)、回腸(iLe)、大腸(Li)、肝(H)、腎(K)、肺(Lu)中都有表達(dá)。B）人源SA/FcRn小鼠(大圖)和野生型小鼠(小圖)中hFcRn的免疫組化染色。野生型小鼠對FcRn無交叉反應(yīng)(小圖)。
 

圖2. 在我們的雙重人源SA/FcRn小鼠中，與人白蛋白結(jié)合的藥物的半衰期得以延長。上圖）白蛋白結(jié)合藥物1：對hFcRn的親和力低；下圖）白蛋白結(jié)合藥物2：對hFcRn的親和力高。
 

圖3. 與野生型小鼠相比，與Veltis^®結(jié)合的藥物（Exenatide）在AlbuMus^TM小鼠體內(nèi)的半衰期延長了一倍；在AlbuMus^TM小鼠中，與HB-Veltis^®偶聯(lián)的Exenatide的半衰期比與第一代技術(shù)偶聯(lián)的Exenatide的半衰期延長了一倍（Veltis^®NS）。因此，該化合物的半衰期延長是由于提高了Veltis^®對人類FcRn的高親和力。

引用文獻(xiàn)精選：
Viuff D, Antunes F, Evans L, et al. Generation of a double transgenic humanized neonatal Fc receptor (FcRn)/albumin mouse to study the pharmacokinetics of albumin-linked drugs. Journal of Controlled Release, 2016: 22-30.

參考文獻(xiàn)：
[1] Baldwin W.M. 3rd, Valujskikh A., Fairchild R.L. The neonatal Fc receptor: Key to homeostasic control of IgG and IgG-related biopharmaceuticals. Am J Transplant. 19（7）:1881-1887 （2019）.

[2] Sockolosky J.T. and Szoka F.C. The neonatal Fc receptor, FcRn, as a target for drug delivery and therapy. Advanced Drug Delivery Reviews. 91: 109–24 （2015）.

[3] Roopenian D.C. and Akilesh S. FcRn: the neonatal Fc receptor comes of age. Nat Rev Immunol. 7（9）:715-25 （2007）.