人和非临床种属的Fc受体表达、功能及种属间结合的差异

IgG型治疗性单抗（mAbs）的可结晶片段（Fc）区域常通过工程改造优化其药理学和药代动力学（PK）特性，但也可能对安全性产生影响。

通过增强与激活型Fcγ受体（FcγRs）或补体成分1q（C1q）的结合能力，可实现特定效应功能的增强。Fc工程改造的IgG单抗能增强对靶细胞的抗体依赖性细胞毒性（ADCC）、抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）、补体依赖性细胞毒性（CDC）或补体依赖性细胞介导的细胞毒性（CDCC）。此外，通过氨基酸取代促进Fc-Fc六聚化和FcγRIIB相互作用，可实现基于受体聚集的激动作用。

除了增强，Fc改造还有很多其它方向：1）Fc段沉默：通过降低FcγR和C1q的结合能力，使Fc结构域（部分）沉默；2）Fc段多聚化：将Fc结构域多聚化，以阻断FcγRs和新生儿Fc受体（FcRn）；3）调控半衰期：改造Fc结构域以增强或减弱其与FcRn的结合，从而精细调节IgG的半衰期。

由于工程改造策略的复杂性，且经改造的单抗在最常用的药理毒理学种属（即食蟹猴和啮齿类动物）中受体结合亲和力发生改变，因此对这类改造单抗进行充分的非临床药理学和安全性评估的需求日益增加。

本文介绍了人类与非临床常见种属中的FcR表达及功能。

人类FcR表达及功能

人类FcγR的表达及功能

从功能上看，人类FcγR可分为激活型和抑制型受体，它们分别通过细胞内基于免疫受体酪氨酸的激活基序（ITAMs）或抑制基序（ITIMs）传递信号，在与结合靶标的IgG抗体交叉结合后影响细胞功能。

人类FcγR的分类与结合特性

激活型受体：人类hFcγRI（CD64）、hFcγRIIA（CD32a）、hFcγRIIC（CD32c）和hFcγRIIIA（CD16a）均为激活型受体。

抑制型受体：FcγRIIB（CD32b）是唯一的抑制型受体。

结合亲和力：大多数FcγR与IgG1 Fc的亲和力较低，但当多个抗体聚集形成免疫复合物时，可形成强烈的功能性相互作用。这种聚集使FcγR发生交联，这是触发下游免疫信号和功能的关键。高亲和力受体FcγRI属于例外情况，它可结合单体和非聚集型IgG。

特殊类型：FcγRIIIB（CD16b）较为特殊，它缺乏跨膜和胞质部分，因此无直接信号活性，但可能通过糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定在细胞膜上。由于其在大量中性粒细胞上的高表达、与FcγRIIIA的序列相似性，以及在小鼠和大多数非人灵长类动物（NHP）中不表达的特点，需对其潜在功能进行审慎考量。

人类FcγR的表达分布与动态变化

表达范围：FcγRs在人类所有免疫细胞亚群和血小板上均有表达。

表达差异：部分细胞仅表达一种受体，因此倾向于以极化方式发挥作用（例如，人类B细胞仅表达抑制型FcγRIIB；大多数人类NK细胞仅表达激活型FcγRIIIA）。另一些细胞则表达多种受体，因此免疫复合物的大小和同种型会导致激活型与抑制型受体信号的动态竞争。例如，人类巨噬细胞和树突状细胞以各种组合方式表达激活型和抑制型FcγR。

动态调节：FcγR的表达具有动态性，可被IFN-γ、TNF、IL-4、IL-10或IL-13等细胞因子上调。例如，IFN-γ可强效且差异性地诱导未成熟DCs上激活型FcγRIIa与抑制型FcγRIIb的表达；部分FcγR在与免疫复合物（ICs）相互作用后还会被内化。

IgG的关键效应功能

NK细胞上的FcγRIIIA可促进ADCC介导的靶细胞杀伤。

巨噬细胞上的FcγRIIA和FcγRIIIA以及中性粒细胞上的FcγRIIIB可促进ADCP及后续对抗体结合靶标的杀伤。

FcγR（如FcγRIIB）的结合还可通过促进IgG的Fab段与受体的交联/激动作用，增强靶效应细胞的激活。一个细胞上的FcγRIIB对IgG的“超交联”可在靶细胞中产生信号（如凋亡或激活）。IgG与FcγRIIB的交联可抑制B细胞激活。吞噬细胞和肝血窦内皮细胞可通过FcγRIIB参与小免疫复合物的“清除”或内化。

血小板或中性粒细胞上的FcγRIIA可导致可溶性介质的分泌、凝血或中性粒细胞胞外陷阱形成。

FcγRIIIB被认为在清除循环免疫复合物中发挥作用，且不引起中性粒细胞激活。但在某些条件下，hFcγRIIIB可与hFcγRIIA等其他信号分子协同作用，参与免疫复合物介导的中性粒细胞激活。

补体系统的作用

补体系统通过经典途径、凝集素途径或替代途径“补充”体液免疫和细胞免疫功能，包括直接防御病原体、促进炎症反应和清除免疫复合物。IgG可结合C1q以激活经典补体途径并驱动CDC，不同IgG亚类的活性存在差异（IgG1和IgG3＞IgG4）。补体激活还会产生C3b以及过敏毒素C3a和C5a，这些分子可通过结合巨噬细胞和中性粒细胞上的C3bR、C3aR和C5aR，使靶细胞被调理吞噬。

非临床动种属中的FcγR表达及功能

在非临床评估中，必须考虑动物与人类在FcγR表达及功能上的差异所带来的转化影响。

非人灵长类动物

食蟹猴和恒河猴的FcγRI、FcγRIIIA和FcγRIIA在表达、功能及与人类、食蟹猴和恒河猴IgG1-IgG4的结合模式上，均表现出一定相似性。例如，食蟹猴血小板上表达FcγRIIA，因此通常可在猴子身上评估通过FcγRIIA结合引发的人类血小板激活风险。但二者也存在一些差异，比如：1）猕猴体内不存在FcγRIIC；2）猕猴粒细胞不表达FcγRIIIB，但FcγRII的表达水平高于人类细胞；3）人类IgG1和IgG3与食蟹猴及人类FcγRs的结合能力强于人类IgG2和IgG4，但人类IgG2与食蟹猴FcγRIIB的结合能力高于其与人类FcγRIIB的结合能力；4）人类IgG1和IgG3在人类或食蟹猴外周血单核细胞（PBMCs）中介导的ADCC活性相似且较高，但人类IgG4在食蟹猴PBMCs中的活性略高于在人类PBMCs中的活性；5）尽管未修饰的人类治疗性单抗在人类和食蟹猴中的效应功能谱大致相似，但Fc修饰可能导致种属间效应特性的差异，例如去岩藻糖基化的人类IgG1与食蟹猴FcγRIIIA结合时表现出增强的ADCC活性。

啮齿类动物

与人类和非人灵长类动物相比，啮齿类动物的FcγR在表达和功能上存在显著差异，这增加了小鼠模型使用的复杂性。

关键差异包括：小鼠不表达FcγRIIIB，因此其粒细胞（中性粒细胞）缺乏该受体；小鼠NK细胞表达mFcγRIII（更类似于人类hFcγRIIA），而人类NK细胞表达hFcγRIIIA（类似于小鼠FcγRIV）；小鼠巨噬细胞上的FcγRIV是ADCC的关键介导者（人类ADCC主要由NK细胞上的FcγRIIIA介导），实际上，小鼠体内单核细胞或巨噬细胞是负责ADCC/ADCP的主要免疫细胞。小鼠血小板不表达FcγR（人类血小板表达FcγRIIA）。

结合强度：人类IgG与小鼠FcγRs的结合强度与其同人源同源受体的结合强度非常相似，相对亲和力为IgG3＞IgG1＞IgG4＞IgG2，且FcγRI＞＞FcγRIV＞FcγRIII＞FcγRIIB。

ADCC活性评估局限：小鼠可能低估人类IgG1的ADCC活性。人类IgG1是诱导小鼠效应细胞（通过小鼠FcγRIII）介导NK细胞ADCC作用的最强人源同种型，但不如小鼠IgG2a强效；去岩藻糖基化的人类IgG1与小鼠FcγRIII和FcγRIV结合时，比与人类hFcγRIIIA结合时表现出更强的ADCC活性。

其他功能差异：只要小鼠拥有巨噬细胞，人类IgG1就能在小鼠体内介导ADCP；人类IgG2单抗在小鼠和人类中激活的效应细胞群不同；人类IgG4能强效激活小鼠巨噬细胞（而在人类中更惰性）；小鼠可能表现出IgG驱动的类过敏反应（由血小板活化因子（PAF）和中性粒细胞介导），而这在人类中并不多见。

血小板激活风险评估限制：由于小鼠血小板不表达FcγR，除非使用为此目的构建的转基因小鼠，否则无法在标准小鼠中评估血小板激活的潜在风险。

补体系统比较：已观察到小鼠介导的CDC活性较弱，其原因尚不完全明确。

FcRn的表达与功能

FcRn在免疫和非免疫组织中均有表达，对IgG的循环利用和跨细胞转运至关重要。FcRn是由MHC-I类样重链和β2-微球蛋白轻链组成的异二聚体，但该受体不含能进行信号转导或肽呈递的结构域，也不与这类结构域相关联。

对IgG半衰期的影响

FcRn缺陷小鼠的mIgG半衰期从9天缩短至1.4天，减少了6倍以上，而导入人FcRn转基因可逆转这一效应，这表明FcRn对IgG半衰期至关重要。

分布与结合机制

分布：FcRn主要存在于内体中，细胞膜上的表达量很少（约10%）。

结合条件：IgG的Fc区域与FcRn的相互作用发生在弱酸性pH环境下（如晚期内体中），由Fc上的关键组氨酸介导。在内体的酸性环境中，FcRn与IgG紧密结合，使IgG循环回血液，在生理pH条件下释放。

关键作用细胞与其他功能

半衰期调控细胞：血管内皮细胞和骨髓来源的细胞（如单核细胞）是调控IgG半衰期的关键因素。

胎盘转运：FcRn能在妊娠期间主动将IgG跨胎盘转运，使母体IgG传递给胎儿，“新生儿Fc受体”也因此得名。

肝脏表达：肝脏肝细胞、库普弗细胞和血窦内皮细胞均已被证实表达FcRn。

种属间结合差异与影响

结合强度：在整个内体pH梯度范围内，人类IgG与人类和小鼠FcRn的结合强度均高于小鼠IgG，这对野生型和人FcRn转基因小鼠的药理学和PK评估有重要影响。

转基因小鼠特点：野生型人类IgG在常规小鼠中可被循环利用，但当进行Fc工程改造以延长血浆半衰期时，其与小鼠FcRn的pH依赖性结合会受损，导致半衰期缩短，而人FcRn转基因小鼠中则无此情况；由于人FcRn不结合小鼠IgG，人FcRn转基因小鼠体内的小鼠IgG水平非常低。因此，在这类转基因小鼠模型中评估IgG单抗制剂时，需考虑这一因素——除非在半衰期研究前用静脉注射免疫球蛋白（IVIG）等混合人IgG处理小鼠，否则不会存在FcRn结合的天然竞争。

种间亲和力差异：人类IgG1与食蟹猴FcRn的亲和力比与人FcRn高2倍，与小鼠和大鼠FcRn的亲和力比与人FcRn高10倍。

FcRn与白蛋白的相互作用

FcRn还可通过与IgG不重叠的独立结合位点结合并循环利用白蛋白，从而不仅延长IgG的血浆半衰期，也延长白蛋白的血浆半衰期。但二者的化学计量比不同：一个FcRn结合一个白蛋白，而两个FcRn分子可以“倒置”方式结合一个Fc，使Fab段靠近膜。

人类中Fc效应功能的不良影响

FcγR和补体的过度激活可能给含Fc的治疗药物带来潜在安全风险。

不必要的FcγR阳性细胞激活会驱动ADCC、ADCP及C1q/CDC介导的靶细胞杀伤，可能导致免疫系统异常激活和细胞因子释放（包括肿瘤溶解综合征及其他后遗症），OKT3、利妥昔单抗、奥滨尤妥珠单抗和阿仑单抗的应用中均观察到此类现象。

含FcγR的免疫细胞不必要的交联和激活，可能导致与靶标生物学特性相关的激活依赖性凋亡、边缘池化、增殖、抑制或内化。

循环中多价可溶性分子的交联可能导致可溶性免疫复合物形成，引发炎症反应。

与血小板上的FcγRIIA结合可能促进血小板激活，并可能引发血栓事件，在动物和人类中使用抗CD40L单抗时已观察到这种情况。

补体激活可产生C3a和C5a（过敏毒素），诱导表达C3aR/C5aR的肥大细胞、嗜碱性粒细胞和内皮细胞异常激活。

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