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(guò)改造非人源抗體開(kāi)發(fā)出來(lái)的。非人源抗體通常會(huì)引起人體的免疫反應(yīng)。這種抗體藥物免疫反應(yīng)通常會(huì)引起藥物的藥代動(dòng)力學(xué)變化、減少藥物的半衰期、降低藥物的療效，甚至帶來(lái)副作用。
為了減少非人源抗體引起的免疫反應(yīng)，通常會(huì)對(duì)抗體藥物進(jìn)行人源化設(shè)計(jì)。通過(guò)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(duì)靶分子的識(shí)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(kù)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(kù)篩選方法的基本原理是通過(guò)克隆非人源抗體的CDR序列到人源抗體框架文庫(kù)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(guò)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(lèi)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(guò)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(lèi)型。 中國(guó)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(guò)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(duì)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(lèi)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(lèi)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(guò)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(guò)高的組合類(lèi)型。通過(guò)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(lèi)型，能有效預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 通過(guò)VH和VL序列搜索抗體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，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(duì)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(kù)，篩選排名靠前的人源序列組合類(lèi)型，突變抗體框架序列，使其與人源序列一致，對(duì)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(lèi)型。
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸。
第一個(gè)是從人源抗體文庫(kù)中篩選出具有一定活性的CDR移植VH和VL組合類(lèi)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(huì)使用序列同源性對(duì)VH和VL組合類(lèi)型進(jìn)行初步篩選，然后通過(guò)少量的實(shí)驗(yàn)工作從候選的VH和VL類(lèi)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(huì)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)型不會(huì)影響CDR的空間構(gòu)象。通常情況下，待預(yù)測(cè)抗體的CDR空間構(gòu)象是沒(méi)有的，如何通過(guò)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。
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