互补决定区

complementarity determining region(CDR)

概述

识别并特异性结合抗原是抗体分子的主要功能,执行该功能的结构是抗体V区,该区域形成与抗原表位互补的空间构象,称为互补决定区(CDR)。CDR在识别和结合特异性抗原中起决定性作用。

互补决定区组成

抗体的互补决定区包括VH和VL,VH和VL各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变,分别用HVR1(CDR1)、HVR2(CDR2)、HVR3(CDR3)表示,共同组成抗体的抗原结合部位,决定着抗体的特异性,负责识别及结合抗原,从而发挥免疫效应。

经典的CDR移植方案

1.人源化抗体的分子设计

鼠抗体V区的分析:分析一级结构并根据其和已知蛋白(特別是其他抗体Ⅴ区)同源性进行分子模建,以确定构成抗原结合位点的关键残基。绝大部分CDR可根据规范结构模建不属于规范结构者如HCDR3,只能根据已知结构蛋白质中的相似结构模建。

人模版(CDR移植受体)的选择:轻重链通常来自不同的人抗体,可使鼠源CDR和人模版间有更好的同源性。也有例,如 Staelens等在保证同源性条件下使用同一抗体的重链和轻链作为模版。人鼠抗体FR同源性是影响模建的重要因素,不匹配的FR会造成CDR移植的失败。

鼠源CDR和人源FR的连接:关键在于判断连接后能否产生与鼠源抗体相似的抗原结合位点。鼠抗体V区模建可以评估氨基酸残基在形成抗原结合位点时的相对重要性。由于目标是保留抗原结合能力并降低免疫原性,对人FR应尽可能少的修改。需定位的关键残基有:①CDR规范结构;②轻重链V区交界处氨基酸残基;③FR中出现频率较低的氨基酸残基;④潜在糖基化位点。需保留的关键残基有:①CDR规范结构;②对CDR环有支持作用的残基;③某些深埋的残基和游标区的残基;④抗原结合位点附近的表面残基;⑤轻重链V区交界处氨基酸残基;⑥替换后作用轻微的残基。HCDR3没有现成的规范结构套用,需作更细致的分析。 Adams等对鼠抗体mAb2C4人源化过程中发现,直接将6个鼠源CDR移植到人源FR,未检测到其抗原结合能力将H71从人源换成鼠源,结合能力提升到嵌合抗体的1/35;将H73从人源换成鼠源,结合能力只有轻微提升;将H71和H73同时置换,结合能力提升到嵌合抗体的1/4。考虑到对抗原结合与免疫原性的双重影响,每个残基的替换应相当谨慎。若已知抗体或抗原抗体复合物的晶体结构,则易于定位关键残基,大大方便CDR移植。 Yazaki等利用鼠单抗T84.66晶体结构顺利进行了CDR移植。

2.人源化抗体的分子构建和表达

寻找一条与设计好的V区尽量相似的V区DNA,用寡核苷酸定点突变修改。由于代价昂贵,现在大多采用长引物重叠PCR合成目的DNA。新构建的DNA避免包含自身退火区域和限制性内切酶位点,根据后续表达系统选择高效密码子。表达水平不同似乎与V区氨基酸序列而非转染方法有关。V区单个氨基酸残基替换可显著改变抗体表达水平。 Boado等用2条不同模版对鼠抗人胰岛素受体人源化时发现CDR移植抗体在骨髓瘤细胞中低分泌,当把人源化重链FR3的5个氨基酸残基换回鼠源后问题迎刃而解。

CDR移植方案的改进和发展

经过多年发展,CDR移植技术日臻成熟,创造出了功能各异的分子。Li等通过CDR移植成功制备了人源化抗体hu12F6(抗人CD3抗体),并在其Fc段引入了2个点突变。Fc突变的hu12F6mu保留亲和力和特异性的同时,減减弱了与FCR结合的能力,减轻了用药中出现的T细胞激活引发的首剂反应综合征。 Boado等制备的鼠抗人胰岛素受体的人源化抗体,能透过血脑屏障与离体的人脑血管有效结合,可能作为大分子药物和基因的传送系统。 Nishibori等成功地对鸡抗体进行了人源化。