抗体亲和力能够解释抗体与抗原结合能力的强弱。在体液免疫中,再次应答所产生抗体的平均亲和力高于初次免疫应答,这种现象称为抗体亲和力成熟。这是由于抗体形成细胞本身的基因突变和抗原对B细胞克隆的选择性激活。抗体亲和力成熟是长期进化和对外界环境不断适应的结果,对机体防御和维持自身免疫监控意义重大。
基于杂交瘤细胞或构建体外抗体库来研发药用抗体是常用的方法。通过抗体筛选可以初步获得阳性hits,而要得到药用价值的抗体还需要多重功能验证。常规抗体一般都要经过亲和力、免疫原性、抗衰期等多个指标的优化。抗体亲和力成熟的过程是在原来的亲本抗体基础上,经过改进得到的一些特性方面更好的成熟抗体。
主要技术方法
1.模拟体细胞高频突变
BCR基因重排后的成熟Bcell受到抗原刺激后,会在生发中心发生重链和经链V区的高频率突变(点突变为主),FDC捕状抗原使表达高亲和力抗体的Bcell的免于死亡。
2.基于抗体库的亲和力成熟策略
2.1建库策略
建库的策略可分为两个大的类别:一类是构建较大的库,将抗体CDR区域甚至路个V区做随机突变;另一类是构建较小的库,将突变集中于抗体序列上特定的区域。
大库构建主要是CDR walking、chain shuffling、DNA shuffling等。相比大库的构建,小库构建更有序列针对性。在没有具他信息的情况下,人们习惯优先选择对抗体重链CDR3区域进行随机突变,因为重链CDR3区城被认为通常对抗原抗体结合起关键作用。
(1)基于抗原抗体复合物的结构信息的突变区域选择
当抗体抗原复合物的结构被解析之后,我们就可以得知两者相互作用的位点信息,进而进行更精确的突变和建库。
(2)基于胚系基因热点的突变区域选择
胚系基因热点是体细胞高频突变过程中的优先突变区域,几乎都处于CDR区域内部,该区域对抗体的亲和力提高有关键作用,因此体外亲和力成熟时可优先考虑抗体的 胚系基因热点。具体的做法是利用数据库来比对抗体的序列和抗体胚系基因序列,结合序列相似度和RGYW motifs等坐标性的序列预测出胚系基因热点,然后在这些热点位置进行突变,构建小的库进行筛选。
具体技术
根据抗体亲合力成熟的原理,在体外抗体亲和力成熟的过程中,选择突变区域以及如何引入突变是一个关键问题,目前突变策略主要分三类:随机突变,随机突变,置换和定向突变。
(1)错配PCR:
错配PCR是目前常用的抗体突变技术,可以在抗体基因的全场或部分区域翩机引入突变,在聚合解对目的基因扩增时;通过调整反应条件以及使用错错配率高的聚合酶等,以一定的频率向目的基因中随机引入突变,经过PCR反复进行进行随机诱变,需计突变效应,最终获得目的蛋白的随机蛋白突变体。
(2)DNA改组
DNA改组技术是对同源的抗体基因,采用脱氧核糖核甘酸酶1将其切剂成不超过50bp的片段,再随机组合后进行PCR扩增成完整的抗体基因的技术,包合了抗体片段随机化切割重组和筛选的过程,一定程度上模拟了天然抗体亲和力成熟的过程,并加快了体外定向进化速度。
(3)链置换
保留某个特定抗体的轻链或重链,另一条链与一个随机化的互补链进行组合,从中筛选更高活性的突变株。通过固定抗体两条链中的一条链,对另一条链构建具有足够多样性的置换文库。随机组合有可期产生最佳链组合,通过噬菌体抗体库选可获得高亲和力的抗体。
(4)定点突变
由于天然抗体在亲和力成熟过程中,体细胞高频突变发生区域并非均匀分布,而是主要集中在与抗原直接接触的CDR区。在抗体的亲和力体外成熟过程中,CDR去是最常选用的定点突变区域,这样既可以获得足够的多样性,又不会破坏蛋白质结构,对CDR进行定点突变时,可以对多个CDR进行平行突变或者逐步进行优化。