表位表征及其在抗体治疗中的重要性

噬菌体展示技术示例,用于表位表征mAb与MERS-CoV刺突蛋白结合的表位。DOI:10.1007/s00284-021-02398-9

抗体的治疗效果与其识别和结合靶抗原上特定表位的能力密切相关。表位或抗原决定簇是一组氨基酸或其他化学基团,是抗体附着在其上的分子的一部分。表位表征有助于揭示抗体结合的机制,并为新型抗体应用知识产权(专利)保护,此外还可以设计具有高特异性和最小交叉反应性的抗体。因此,了解这些表位的性质将有助于开发有效的基于抗体的疗法。

表位在抗体功能中的作用 

抗体或免疫球蛋白主要通过与抗原的特异性结合来发挥其治疗作用,抗原通常是与病原体或病变细胞相关的蛋白质。抗原上的结合位点(称为表位)决定了这种相互作用的特异性和强度。表位通常分为两类:线性表位和构象表位。线性表位是短而连续的氨基酸序列,通常具有柔韧性,可以调整其构象以形成与互补抗体的弱相互作用。构象表位是由蛋白质的三维结构聚集在一起的氨基酸形成的,折叠后与蛋白质的结构表面相邻。1

抗体对其表位的亲和力是其治疗潜力的关键决定因素。高亲和力相互作用确保了强大的结合,这可以增强抗体中和其靶标或募集免疫效应功能的能力。相反,低亲和力相互作用可能导致次优的治疗结果。表位特异性对于最大限度地减少脱靶效应和确保抗体选择性靶向致病细胞而不影响健康组织至关重要。然而,在不同蛋白质中高度保守的表位会导致交叉反应,即抗体与非预期靶标结合,从而可能造成不良反应。

表位表征方法 

表位表征方法通常取决于抗体与抗原或其片段的功能结合。一种方法是通过测试抗体与抗原片段结合的能力来缩小表位位置。然后,ELISA、斑点印迹或蛋白质印迹等结合检测可以帮助确定表位在抗原整体结构中的位置。2

同时,表位定位是通过实验鉴定其靶抗原上的表位的过程。X射线晶体学可以在原子分辨率下提供有关抗体-抗原复合物的详细结构信息。通过确定这些复合物的三维结构,研究人员可以精确识别表位区域并了解抗体结合的分子基础。尽管这种方法具有很高的准确性,但它在技术上具有挑战性,并且需要抗体-抗原复合物的结晶,这并不总是可行的。

冷冻电镜已成为 X 射线晶体学的补充技术,特别适用于研究大型蛋白质复合物和难以结晶的蛋白质复合物。冷冻电镜的最新进展显著提高了其分辨率,可以详细可视化抗体-表位相互作用。该方法对于分析构象表位和动态相互作用特别有利。

表位定位还可以采用其他几种方法,每种方法都有自己的优点和局限性:

  • 肽扫描:这涉及合成跨越整个抗原序列的重叠肽,并测试它们与抗体的结合。它对识别线性表位有效,但对构象表位无效。
  • 诱变研究:定点诱变可用于系统地改变抗原内的氨基酸,并评估对抗体结合的影响。该方法有助于识别线性表位和构象表位中的关键残基。
  • 表面等离子体共振 (SPR):SPR 实时测量抗体与固定化抗原的结合动力学,从而深入了解相互作用的亲和力和特异性。通过分析各种抗原变异,研究人员可以推断表位区域。

对治疗开发的影响

对表位结构和特性的详细了解有助于合理设计治疗性抗体。通过靶向对病原体和癌细胞的功能或存活至关重要的表位,研究人员可以开发具有增强治疗效果的抗体。例如,旨在靶向病毒蛋白上保守表位的抗体可以在不同的菌株中有效,提供广谱抗病毒活性。同样,靶向同一抗原上不同表位的抗体有时会产生相反的效果。3

表位表征还为抗体的工程设计提供了信息,以改善其特性。例如,改变抗体的Fc区域以增强与免疫细胞的相互作用,或修改结合位点以增加亲和力和特异性,可以显著提高治疗效果。此外,可以对识别两种不同表位的双特异性抗体进行工程改造,以提高对癌症等复杂疾病的靶向性和疗效。

引用:

  1. Lo,T.,Shih,C.,Pai,W.,Ho,P.,Wu,L.和Chou,Y.(2021)。基于蛋白质表面螺旋特征的构象表位匹配与预测。BMC 基因组学,22(增刊 2)。https://doi.org/10.1186/s12864-020-07303-5
  2. Ahn,S.,Kim,S.,Park,YJ,Park,YK,Kim,HD和Kim,J.(2021)。核糖体蛋白 S3 (rpS3) 单克隆抗体的生产、表征和表位定位。动物细胞与系统,25(5),323-336。https://doi.org/10.1080/19768354.2021.1980100
  3. Goulet,DR和Atkins,WM(2020)。基于抗体的疗法设计的注意事项。药学杂志, 109(1), 74.https://doi.org/10.1016/j.xphs.2019.05.031
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