藥靶百科 | FcRn
自1922年胰島素首次發(fā)現(xiàn)并用于治療1型糖尿病后，多肽藥物因其廣泛的生理調(diào)節(jié)作用、顯著的活性、選擇性和低毒性等特點成為了藥物研究管線的一大巨頭。而在藥物研發(fā)方面，多肽半衰期短的問題也給藥物研發(fā)帶來了很多挑戰(zhàn)。生物體內(nèi)的白蛋白或IgG會采用新生兒Fc受體（FcRn）循環(huán)途徑來避免降解。這一機制成為目前研究者提升藥物半衰期的一種思路。今天，小編就帶大家了解一下FcRn的奧秘。
FcRn簡介
新生兒Fc受體FcRn是一種主要組織相容性復(fù)合體（MHC）I類分子，是由FCGRT (Fc fragment of IgG receptor and transporter) 基因編碼的α鏈和β-2-微球蛋白（β2m）組成的異二聚體。FcRn主要負(fù)責(zé)結(jié)合、轉(zhuǎn)運和回收免疫球蛋白G（IgG）和白蛋白（Albumin），從而保護它們不被溶酶體降解。由于這種選擇性循環(huán)，與其他抗體類別相比，IgG具有更長的血清半衰期；白蛋白也具有長達(dá)數(shù)周的半衰期，是最穩(wěn)定和最豐富的血漿蛋白之一。
圖1.?人FcRn與配體IgG和白蛋白的相互作用[1]
盡管FcRn被稱作“新生兒”Fc受體，但其在人的一生中都有表達(dá)，且廣泛存在各類組織和細(xì)胞中。FcRn主要表達(dá)位置是內(nèi)皮細(xì)胞（特別是在皮膚和肌肉的大血管床和肝臟中）和抗原呈遞細(xì)胞（巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞、DC細(xì)胞和B細(xì)胞等）。此外，在部分粘膜表面和上皮細(xì)胞中FcRn也有表達(dá)，例如腸上皮細(xì)胞、支氣管和肺泡上皮細(xì)胞等。
圖2. FcRn介導(dǎo)的對人體內(nèi)IgG分布的影響[2]
FcRn結(jié)合機制
”不同于經(jīng)典的FcγRs或補體C1q成分的結(jié)合位點，FcRn與IgG的Fc區(qū)域的CH2-CH3鉸鏈區(qū)結(jié)合。CH2-CH3鉸鏈區(qū)是Fc的一個多功能區(qū)，該區(qū)域也與葡萄球菌蛋白A、鏈球菌蛋白G和類風(fēng)濕因子結(jié)合。FcRn以嚴(yán)格的pH依賴性方式與IgG的Fc區(qū)結(jié)合。FcRn和Fc之間存在疏水相互作用，這種相互作用只有在酸性pH下兩個分子之間形成鹽橋時才會穩(wěn)定。FcRn與血清白蛋白（serum albumin, SA）的結(jié)合機制與IgG相同，也為pH依賴性。
圖3. IgG的CH2-CH3鉸鏈區(qū)[3]
FcRn生理功能
FcRn是在新生大鼠的腸道中被首次發(fā)現(xiàn)，它將攝入乳汁中的母體IgG通過腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運到新生兒的血液中，從而使新生兒獲得被動體液免疫。后來在人類胎盤中也發(fā)現(xiàn)了類似的功能模式，F(xiàn)cRn由合體滋養(yǎng)層表達(dá)，將IgG從母體循環(huán)轉(zhuǎn)運到胎盤絨毛的胎兒毛細(xì)血管，通過胎盤在產(chǎn)前將母體IgG運送到胎兒。
圖4. FcRn介導(dǎo)IgG的圍產(chǎn)期轉(zhuǎn)移[3]
FcRn在整個生命中的主要功能之一是通過內(nèi)吞IgG與白蛋白免受溶酶體降解來調(diào)節(jié)IgG與白蛋白的穩(wěn)態(tài)。目前，大多數(shù)證據(jù)表明血管內(nèi)皮是FcRn保護IgG免受分解代謝的主要部位；并且FcRn敲除小鼠中白蛋白的血漿濃度大約是正常小鼠的一半。
圖5. FcRn介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運途徑[4]
除了在新生兒早期賦予母體免疫力和維持血漿中IgG與白蛋白水平的作用外，F(xiàn)cRn在宿主免疫反應(yīng)中還有其他重要功能，尤其是在腸黏膜中。研究表明，F(xiàn)cRn通過捕獲管腔內(nèi)IgG抗原復(fù)合物并將其穿過上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運至固有層樹突狀細(xì)胞處，進一步激活CD4 T細(xì)胞應(yīng)答，從而啟動針對腸道內(nèi)細(xì)菌病原體的特異性免疫應(yīng)答。在結(jié)直腸癌中，FcRn在抗腫瘤免疫監(jiān)視中起到作用。樹突狀細(xì)胞中FcRn的表達(dá)對激活腫瘤反應(yīng)性CD8 T細(xì)胞和細(xì)胞因子分泌至關(guān)重要。
圖6. FcRn在腸粘膜介導(dǎo)的作用[3]
FcRn與藥物研發(fā)
利用FcRn轉(zhuǎn)運保護機制開發(fā)藥物
目前，利用FcRn介導(dǎo)IgG和白蛋白再循環(huán)的原理，來延長治療性抗體的半衰期，減少給藥頻率，已成為新一代治療性抗體的主要領(lǐng)域之一。目前的主要思路是將藥物與IgG的Fc或者白蛋白進行融合，或者將藥物與經(jīng)提升FcRn結(jié)合力改造的Fc/白蛋白進行融合，從而改善藥代動力學(xué)。
靶向FcRn的藥物開發(fā)
自身免疫疾病的發(fā)病原因之一是因為體液免疫的紊亂導(dǎo)致的自身免疫抗體的增多，許多臨床研究證明，干預(yù)性的清除自身免疫抗體可以有效控制疾病的進展。由于FcRn可以增長IgG半衰期的機制同時適用于自身免疫抗體，因此通過阻止Fc和FcRn的結(jié)合，也可以加快自體免疫抗體在體內(nèi)的清除，從而達(dá)到治療自身免疫疾病的作用。
FcRn相關(guān)小鼠模型資源
目前，野生型鼠源FcRn與人源IgG具有更高的親和力，導(dǎo)致借助野生型大小鼠預(yù)測人的PK變化和整體性較差，削弱了大小鼠作為評估人類抗體藥代動力學(xué)模型的相關(guān)性。南模生物自主開發(fā)了一系列FcRn相關(guān)靶點人源化大小鼠模型，解決了野生型大小鼠在抗體藥物評估方面的局限，助力藥物臨床前評估。
同理，人血清白蛋白（HSA）結(jié)合藥物同樣需要hFcRn小鼠作為藥物評估模型。但隨著研究深入，hFcRn單靶點模型在研究HSA結(jié)合藥物PK的實用性方面受到質(zhì)疑。因為在hFcRn小鼠中，MSA對hFcRn的親和力增加，內(nèi)源性MSA也可能競爭人源FcRn受體，降低了潛在治療藥物與人類生理條件的相關(guān)性。因而，南模生物推出hALB/hFCRN雙靶點大小鼠模型，為基于HSA的藥物的臨床前研究提供了更具生理相關(guān)性的模型。
此外，實驗發(fā)現(xiàn)人源抗體在免疫健全的小鼠體內(nèi)可能出現(xiàn)ADA現(xiàn)象，這可能影響評價藥物半衰期的準(zhǔn)確性。因此，我們還在M-NSG小鼠背景上開發(fā)出具有免疫缺陷的FcRn人源化小鼠，以增加實驗的準(zhǔn)確性。相關(guān)大小鼠產(chǎn)品如下：
部分驗證數(shù)據(jù):
hFCRN:
圖7. Ustekinumab 和 Briakinumab在hFCRN小鼠上的藥代動力學(xué)驗證。（數(shù)據(jù)由合作客戶提供）
hALB/hFCRN小鼠：
圖8. TAA scfv-anti HSA在hALB/hFCRN小鼠體內(nèi)的PK曲線。
hALB/hFCRN大鼠：
圖9.?hALB/hFCRN大鼠體內(nèi)受試藥物的血藥濃度曲線。
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