CN108341868B - 在Fc结构域中具有突变的稳定异源二聚的抗体设计 - Google Patents

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Abstract

提供的支架具有在各个结构域(例如CH2和CH3)不对称的重链，来实现超越用天然同源二聚体(对称)Fc分子的参与调节效应功能的各种Fc受体之间的选择性，和获得的变体Fc同源二聚体的增加的稳定性和纯度。这些新分子包含设计用于改变抗体起作用和其在治疗剂中找到用途的天然方式的异质组分的复合物。

Description

在Fc结构域中具有突变的稳定异源二聚的抗体设计
本申请为国际申请PCT/CA2011/001238进入中国国家阶段的中国专利申请(申请号为201180064119.X，申请日为2011年11月4日，发明名称为“在Fc结构域中具有突变的稳定异源二聚的抗体设计”)的分案申请。
1.介绍
1.1交叉引用相关申请
本申请根据美国法典第35篇第1 19(e)条要求2010年11月5日提交的美国临时专利申请号61/410,746；2010年12月21日提交的美国临时专利申请号61/425,375；2011年2月3日提交的美国临时专利申请号61/439,341；2011年4月14日提交的美国临时专利申请号61/475,614；2011年5月31日提交的美国临时专利申请号61/491,846和2011年6月16日提交的美国临时专利申请号61/497,861的权益，所述申请中每一个都通过引用完整地并入本文。
1.2关于序列表的声明
本申请通过引用并入与本申请一起提交的序列表，所述序列表作为2011年11月4日创建的文本文件Zymeworks V84467WO.txt，其大小为15千字节。
1.3.发明领域
本发明一般提供多肽异源二聚体、其组合物、以及制备和使用所述多肽异源二聚体的方法。更具体而言，本发明涉及热稳定的多特异性抗体，包括双特异性抗体，其包含异源二聚的Fc结构域。
1.4发明背景
双特异性抗体是基于抗体的分子，其可以同时结合两个分离且不同的抗原(或相同抗原的不同表位)。双特异性抗体的一个用途是重新引导细胞毒性免疫效应细胞，例如通过抗体依赖细胞毒性(ADCC)以增强对肿瘤细胞的杀伤。在这种背景下，双特异性抗体的一个臂结合肿瘤细胞上的抗原，并且另一个臂结合效应细胞上表达的决定簇。通过交联肿瘤和效应细胞，所述双特异性抗体不仅在肿瘤细胞周围引入效应细胞，而且也同时引起其活化，造成有效杀死肿瘤细胞。双特异性抗体已经用于在肿瘤组织富集化学或放射治疗剂以最小化对正常组织的有害作用。这种情况下，双特异性抗体的一个臂与要破坏的靶向细胞上表达的抗原相结合，另一个臂递送化疗药物、放射性同位素或毒素。
通常开发双特异性抗体的一个主要障碍是难于为临床前和临床研究生产足够质量和数
量的材料。
全长双特异性抗体的传统生产方法是基于两个免疫球蛋白重链-轻链对的共表达，其中这两条链具有不同特异性(Millstein等人，1983，Nature，305:537-539)。抗体分子的Fc部分二聚化的内在趋势导致形成最高达10个不同的由重链和轻链的各种组合组成的IgG分子的复杂混合物，其中只有一个具有正确的双特异性结构。通常通过亲和层析步骤纯化正确分子，亲和层析相当烦琐，且产率较低。WO93/08829和Traunecker等人，1991，EMBOJ.，10:3655-3659公开了相似程序。因此，使用传统的杂交瘤技术产生具有选择用于结合两个不同目标的两个Fab臂的双特异性抗体分子是具有挑战性的[Segal DM等人.(2001)JImmunol Methods.248,1-6.]。三功能抗体Catumaxomab是源自大鼠/小鼠四价杂交瘤(quadroma)的双特异性mAb，且在基于蛋白A柱的层析分离中基于pH依赖性洗脱实现该分子的纯化[Lindhofer H.等人.(1995)J Immunol 155,219-225]。
另一个双特异性抗体生产的传统方法是将不同特异性的两种抗体或其片段进行化学缀合。然而，该方法也复杂，并且化学修饰过程可以使抗体失活或促进聚集。因为难以从不需要的产物中进行纯化，所得双特异性抗体的低产率和差质量使得所述过程不适合用于临床开发所需的大规模生产。此外，这些分子不可以维持常规的抗体构型。
近期，多种异源二聚化技术已经用于提高双特异性抗体的生产。然而，单个异源二聚化结构域如Jun/Fos卷曲螺旋与scFv结构域的融合产生同或异源二聚体的混合物且需要通过重新折叠而装配(de Kruif和Logtenberg，J.Biol.Chem.271:7630-4，1996)。scFv片段与全抗体的融合也用作二聚化方式(Coloma和Morrison，Nat.Biotechnol.15:159-63，1997)。然而，所述融合得到的大分子的实体组织穿透能力差。两个scFv片段融合在一起已经用于产生双特异性蛋白(如Micromet Inc.,Bethesda,MD的
Figure BDA0001575960910000021
抗体，美国专利号7,635,472)。然而，所述蛋白不含Fc区，并且因此无法通过Fc区操作它们的活性。另外，这些蛋白较小(～55kDa)并且因此在血清中有相对短的半衰期。
在其他异源二聚化技术中，双特异性抗体由在一条臂中具有第一结合特异性的杂交免疫球蛋白重链和在另一条臂中的杂交免疫球蛋白重链-轻链对(提供第二结合特异性)组成。已发现，此种不对称结构有助于分离所需的双特异性化合物与不需要的免疫球蛋白链的组合，因为免疫球蛋白轻链仅存在于一半双特异性分子中提供了一种容易的分离方案。这种方法参见WO94/04690。产生双特异性抗体的进一步详情参见例如，Suresh等人，1986，Methods in Enzymology，121:210。
根据WO96/27011所述的另一种方法，可以工程改造一对抗体分子，以最大程度提高由重组细胞培养物回收的异源二聚体的百分比。在这种方法中，用较大的侧链(例如酪氨酸或色氨酸)取代第一抗体分子CH3接口上的一个或多个较小氨基酸侧链。通过用较小氨基酸侧链(如丙氨酸或苏氨酸)取代较大氨基酸侧链，在第二抗体分子接口上产生与较大侧链相同或相似大小的补偿性“腔”。这提供了提高异源二聚体相对于其他不良终产物如同源二聚体的产率的机制[US005731168A,US007183076B2,Ridgway JB,Presta LG,CarterP.Protein Eng 1996Jul；9(7):617-21；Atwell S,Ridgway JB,Wells JA,Carter P.J MolBiol 1997Jul 4；270(1):26-35.]。Gunasekaran及其同事[Gunasekaran K.等人.(2010)JBiol Chem.285,19637-46]最近已经采用了互补静电设计策略来实现选择性异源二聚化目标。Davis及其同事[Davis,JH.等人.(2010)Prot Eng Des Sel；23(4):195-202]已经使用链交换工程改造的结构域(SEED)设计CH3结构域，其由交替的人IgA和IgG CH3序列的区段构成，且这些优先以异源二聚体形式结合。然而，所有这些技术产生的包含异源二聚体Fc区的抗体比亲本或野生型分子稳定明显更差。
因此，在本领域中仍然存在对于替代的多特异性变体Fc异源二聚体、特别是变体CH3结构域的需要，其已经进行修饰以选择具有增加的稳定性和纯度的异源二聚体。
2.发明概述
根据本发明的一个方面，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述异源二聚体Fc区进一步包含变体CH2结构域，所述变体CH2结构域包含促进Fcγ受体的选择性结合的不对称氨基酸修饰。在一个实施方案中，与野生型CH2结构域相比，变体CH2结构域选择性结合FcγIIIa受体。在一个实施方案中，变体CH3结构域具有约70℃或更高的熔解温度(Tm)。
在另一个方面，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约70℃或更高的熔解温度(Tm)。在一个实施方案中，相对于野生型Fc区，异源二聚体Fc区在CH3结构域中不包含额外的二硫键，更具体地，相对于野生型Fc区，异源二聚体Fc区在CH3结构域中不包含额外的二硫键。在可替代的实施方案中，相对于野生型Fc区，异源二聚体Fc区在变体CH3结构域中包含额外的二硫键，条件是约70℃或更高的熔解温度(Tm)是在额外的二硫键不存在的情况下。在又另一个实施方案中，相对于野生型Fc区，异源二聚体Fc区在变体CH3结构域中包含额外的二硫键，且其中所述变体CH3结构域具有约77.5℃或更高的熔解温度(Tm)。
在一个实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约70℃或更高的熔解温度(Tm)且所述异源二聚体Fc区具有高于约90％的纯度，或者所述异源二聚体Fc区具有约95％或更高的纯度，或者所述异源二聚体Fc区具有高于约98％或更高的纯度。
在一个实施方案中，也提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约70℃或更高的熔解温度(Tm)或者Tm是约71℃或更高或者Tm是约74℃或更高。在另一个实施方案中，异源二聚体Fc区具有约98％或更高的纯度且Tm是约73℃或者其中所述异源二聚体Fc区具有约90％或更高的纯度且Tm是约75℃。
在某些实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F。在一个方面，第一CH3结构域多肽或第二CH3结构域多肽包含T411、D399、S400、F405、N390或K392位的进一步氨基酸修饰。T411位的氨基酸修饰选自T411N、T411R、T411Q、T411K、T411D、T411E或T411W。D399位的氨基酸修饰选自D399R、D399W、D399Y或D399K。S400位的氨基酸修饰选自S400E、S400D、S400R或S400K。F405位的氨基酸修饰选自F405I、F405M、F405T、F405S、F405V或F405W。N390位的氨基酸修饰选自N390R、N390K或N390D。K392位的氨基酸修饰选自K392V、K392M、K392R、K392L、K392F或K392E。
在某些实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366V和K409F。
在另一个实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰Y407A，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F。在一个方面，第一CH3结构域多肽或第二CH3结构域多肽包含进一步氨基酸修饰K392E、T411E、D399R和S400R。在另一个方面，第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰D399R、S400R和Y407A且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A、K409F、K392E和T411E。在进一步实施方案中，变体CH3结构域具有约74℃或更高的熔解温度(Tm)且异源二聚体具有约95％或更高的纯度。
在另一个实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含L351位的氨基酸修饰和氨基酸修饰Y407A，所述第二CH3结构域多肽包含T366位的氨基酸修饰和氨基酸修饰K409F。在一个方面，L351位的氨基酸修饰选自L351Y、L351I、L351D、L351R或L351F。在另一个方面，Y407位的氨基酸修饰选自Y407A、Y407V或Y407S。在又另一个方面，T366位的氨基酸修饰选自T366A、T366I、T366L、T366M、T366Y、T366S、T366C、T366V或T366W。在一个实施方案中，变体CH3结构域具有约75℃或更高的熔解温度(Tm)且异源二聚体具有约90％或更高的纯度。
在另一个实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含F405位的氨基酸修饰和氨基酸修饰L351Y和Y407V，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T394W。在一个方面，第一CH3结构域多肽或第二CH3结构域多肽包含K392、T411、T366、L368或S400位的氨基酸修饰。F405位的氨基酸修饰是F405A、F405I、F405M、F405T、F405S、F405V或F405W。K392位的氨基酸修饰是K392V、K392M、K392R、K392L、K392F或K392E。T411位的氨基酸修饰是T411N、T411R、T411Q、T411K、T411D、T411E或T411W。S400位的氨基酸修饰是S400E、S400D、S400R或S400K。T366位的氨基酸修饰是T366A、T366I、T366L、T366M、T366Y、T366S、T366C、T366V或T366W。L368位的氨基酸修饰是L368D、L368R、L368T、L368M、L368V、L368F、L368S和L368A。
在另一个实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T394W。在一个方面，第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L或T366I。
在又另一个实施方案中提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366I、K392M和T394W。
在某些实施方案中提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L、K392M和T394W。
在另一个实施方案中提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L和T394W。
在另一个实施方案中提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366I和T394W。
在异源多聚体的某些实施方案中，提供了双特异性抗体或多特异性抗体。
在另一个实施方案中，提供了包含本发明的异源多聚体和药学可接受载体的组合物。
在另一个实施方案中，提供了包含编码本发明的异源多聚体的核酸的宿主细胞。
在某些实施方案中，提供了异源多聚体，其中所述异源多聚体包含至少一种治疗性抗体。在一个方面，所述治疗性抗体选自阿巴伏单抗(abagovomab)、阿达木单抗(adalimumab)、阿伦珠单抗、aurograb、巴匹珠单抗、巴利昔单抗、贝利木单抗(belimumab)、贝伐珠单抗、briakinumab、卡那单抗(canakinumab)、卡妥索单抗(catumaxomab)、塞舍珠单抗(certolizumab pegol)、西妥昔单抗、达克珠单抗、地舒单抗(denosumab)、依法珠单抗、加利昔单抗(galiximab)、吉妥珠单抗奥佐米星、戈利木单抗(golimumab)、替伊莫单抗、英利昔单抗、伊匹木单抗、鲁昔单抗、美泊利单抗、莫他珠单抗、莫罗单抗、mycograb、那他珠单抗、尼妥珠单抗、奥瑞珠单抗(ocrelizumab)、奥法木单抗(ofatumumab)、奥马珠单抗、帕利珠单抗、帕尼单抗、培妥珠单抗、雷珠单抗、瑞利珠单抗、利妥昔单抗、替利珠单抗(teplizumab)、托珠单抗/atlizumab、托西莫单抗、曲妥珠单抗、ProxiniumTM、RencarexTM、优特克单抗和扎芦木单抗(zalutumumab)。
在本发明的异源多聚体的另一个实施方案中，提供了在患有由癌抗原表征的癌症的患者中治疗癌症的方法，所述方法包括将治疗有效量的异源多聚体施用于所述患者。
在本发明的异源多聚体的另一个实施方案中，提供了在患有由免疫抗原表征的免疫病症的患者中治疗免疫病症的方法，所述方法包括将治疗有效量的异源多聚体施用于所述患者。
在又另一个实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，并且其中所述变体CH3结构域选自表1、表6和表7中所列变体。
3.附图概述
图1是显示CH3(顶部)、CH2(中部)和受体区域的野生型抗体的图示3-D结构。在左手侧上的虚线矩形扩展至右手侧，其显示CH3的靶区的两个区域，区域1和区域2；
图2是显示368位的野生型残基的图示3-D代表；
图3是显示突变的368位的区域1的图示3-D代表；
图4是显示区域2中额外突变的图示3-D代表；
图5是对于前三种变体AZ1、AZ2和AZ3的碰撞评分、接口面积差异、包装差异、静电能差异和整体“亲和力评分”的计算机芯片上计算值的表格；
图6是显示“构建在”变体AZ1上的变体AZ2和AZ3的图示3-D图像；
图7显示AZ2和AZ3变体的图示3-D代表；
图8显示如图5中但对于AZ1、AZ2和AZ3异源二聚体和同源二聚体的表格。亲和力评分对于同源二聚体是不相关的，所以没有显示关于同源二聚体的该方面的评分；
图9是野生型(左)和突变的AZ4(右)的3-D代表的图示；
图10显示如图5且显示对于AZ4异源二聚体和同源二聚体的计算机上芯片计算值的表格；
图11是CH3变体AZ5(左)和AZ6(右)的图示；
图12如图5所述且显示对于AZ4、AZ5和AZ6的计算机上芯片数据的表格；
图13是抗体在左侧的图示3-D代表，具有使用异源二聚方法在受体区域的结合特征的可能性的绘图；
图14是IgG分子的图示；
图15显示Fcγ受体的多重序列比对。Genebank/Uniprot序列ID：FcγRIIA(spP12318)、FcγRIIB(sp P31994)、FcγRIIC(gi 126116592)、FcγRIIIA(sp P08637)、FcγRIIIB(sp O75015)；
图16是Fc-FcγRIIIb复合物的晶体结构的图示[PDB ID:1T83,Radaev&Sun]。Fc和Fcγ受体的1:1复合物观察到在Fc和FcγR的两条链之间具有不对称接触；
图17显示基于不对称Fc支架的替代多功能分子的图示：不对称Fc支架和不对称Fc单体IgG臂；
图18显示基于不对称Fc支架的替代多功能分子的图示：不对称Fc单特异性IgG臂和不对称Fc双特异性IgG臂(共用轻链)；
图19显示基于不对称Fc支架的替代多功能分子的图示。不对称Fc双特异性IgG臂和功能分子如毒素；
图20显示基于不对称Fc支架的替代多功能分子：不对称Fc单一scFv臂和不对称Fc双特异性scFv臂；
图21显示基于不对称Fc支架的替代多功能分子：不对称Fc三特异性scFv臂和不对称Fc四特异性scFv臂。
图22显示了为了更好的FcγR选择性在Fc的一面不对称设计突变引入了用于FcγR相互作用的产生侧面和具有野生型样相互作用的非产生面。可以引入Fc的非产生面上的突变以阻断与FcR的相互作用和Fc偏好极性，以便只在产生面上相互作用。
图23显示了野生型人lgG1的氨基酸序列。
图24显示Fc异源二聚体设计的迭代过程，其组合如下详述的阳性和阴性设计策略。
图25显示用来确定异源二聚体纯度的体外测定。该测定基于具有不同分子量的两条Fc重链的全长单特异性抗体支架；重链A具有C-末端His标记(His)且重链B具有C末端可裂解的mRFP标记(RFP)。两条重链A(His)和B(RFP)连同固定量的轻链以不同的相对比率进行表达，产生具有不同分子量的3种可能的二聚体种类：a)同源二聚体链A(His)/链A(His)(～150kDa)；b)异源二聚体链A(His)/链B(RFP)(～175kDa)；c)同源二聚体链B(RFP)/链B(RFP)(～200kDa)。表达后，如实施例2中所述，通过非还原性SDS-PAGE确定异源二聚体相比于两种同源二聚体的比例，其允许通过分子量分开3种二聚体种类。用考马斯亮蓝染色SDS-PAGE凝胶。
图25A.测试的变体是仅WT链A(His)；仅WT链B(RFP)；WT链A(His)加链B(RFP)；对照1链A(His)加链B(RFP)，其具有>95％的报道的异源二聚体纯度。用针对如上所述针对IgG-Fc(抗Fc)、mRFP Tag(抗mRFP)和HisTag(抗His)的抗体通过Western印迹验证二聚体条带的组成。SDS-PAGE显示对于His/His同源二聚体的单一条带，对于His/RFP异源二聚体的双条带和对于RFP同源二聚体的多条带。多条带是mRFP标记的人工产物且已被证实不影响Fc异源二聚体的物理特性。
图25B.以公开的Fc异源二聚体变体对照1-4作为对照验证SDS-PAGE测定，参见表A。以不同的链A(His)vs链B(RFP)的相对比例表达变体：具体而言，分别地，比例1:3等于25％、10％、65％的LC、HC_His、HC_mRFP比例；比例1:1等于25％、20％、55％的LC、HC_His、HC_mRFP比例且比例3:1等于25％、40％、35％的LC、HC_His、HC_mRFP比例(链A(His)与链B(RFP)的表观1:1表达对于WT Fc已经确定为接近20％/55％(His/RFP))。
图25C.显示非还原SDS-PAGE测定以确定支架1变体的异源二聚体纯度。以不同的链A(His)vs链B(RFP)的相对比例表达Fc变体，且如图2中所述通过非还原SDS-PAGE进行分析。具体而言，分别地，比例1:3等于25％、10％、65％的LC、HC_His、HC_mRFP比例；比例1:1等于25％、20％、55％的LC、HC_His、HC_mRFP比例且比例3:1等于25％、40％、35％的LC、HC_His、HC_mRFP比例(链A(His)与链B(RFP)的表观1:1表达对于WTFc已经确定为接近20％/55％(His/RFP))。
图26显示以链A(His)vs链B(RFP)的特定比例表达Fc的异源二聚体变体(参见表2)，通过蛋白A亲和层析纯化且如图25中所述通过非还原SDS-PAGE进行分析。
图26A说明如何基于目视检查SDS-PAGE结果而将不同的变体分级为纯度分类中。为了比较，将等量的蛋白A纯化的产物上样至凝胶上。已经通过对选择的变体的LC/MS验证了该基于非还原SDS-PAGE的纯度的定义(参见图28)。
图26B支架1和2(AZ94、AZ86、AZ70、AZ33和AZ34)的选择的蛋白A纯化的异源二聚体变体的实施例SDS-PAGE结果。
图27说明用来测定CH3-CH3结构域的熔解温度的DSC分析，其中使用了两种独立方法。
图27A.将热谱图拟合至4次独立的Non-2-State-转换且进行优化以产生接近于Herceptin的报道文献值～72℃(CH2)和～82℃(Fab)的CH2和Fab转换值。
图27B.将异源二聚体变体的均一和基线校正的热谱图从WT中减去，以产生仅对于CH3转换的正负差峰值。
图28说明如实施例2中所述的实例变体AZ70的LC/MS分析。注明了糖基化异源二聚体和同源二聚体的预期(计算的平均值)质量。与异源二聚体质量一致的区域含有对应于损失甘氨酸(-57Da)和添加1个或2个己糖(分别为+162Da和+324Da)的主峰。如果没有对应于任一种同源二聚体的明显峰，那么异源二聚体纯度被归类为>90％。
图29显示图29AWT Fc；图29BAZ6；图29C AZ33；图29DAZ19的CH3接口。如详述部分所述的计算机芯片上的综合分析和变体与WT的比较表明，初始AZ33异源二聚体的稳定性低于WT稳定性的原因之一是Y407和T366的核心相互作用/包装的损失。初始AZ33显示如图29B所示的在该疏水核心处的非最佳包装，表明该区域、尤其是T366位的优化可以改进AZ33的稳定性。这一点在图29C和图29D中以T366I与T366L进行说明。实验数据与这种结构分析相关且显示T366L给出了Tm的最大改进。参见，实施例5。
图30说明在初始支架1变体AZ8例举的构象动力学分析的实用性和重要性。在计算机芯片上诱变后的结构(接近WT的骨架构型)与50ns分子动力学模拟分析的代表性结构相叠加。该图突出了AZ8变体相比于WT的环区域D399-S400的较大构象差异，其进而将疏水核心暴露于溶剂且引起AZ8异源二聚体的稳定性降低。
图31说明来自计算机芯片上综合分析和MD模拟的信息如何用于所述阳性设计策略。如图30中所示，AZ8稳定性低于WT稳定性的原因之一是环399-400与409的减弱的相互作用，这主要是由于F405包装相互作用的损失(参见图31A(WT)vs Fig31B(AZ8)的比较)。阳性设计策略之一是优化区域的疏水性包装以稳定399-400环构象。这通过图31C中所示的K392M突变而实现。图31C代表异源二聚体AZ33，其具有74°的Tm，相比之下，初始阴性设计变体AZ8具有68°的Tm。
图32说明使用分子动力学轨迹的主成分分析观察到的Fc分子的动力学。图32A显示作为参考的Fc结构的骨架轨迹。图32B和C代表沿Fc结构中顶部2种主要运动方式观察到的动力学重叠。链A和B的CH2结构域表现出相对于彼此明显的开/关运动，而CH3结构域是相对刚性的。CH3接口处的突变影响CH2结构域中这种开/关运动的相对灵活性和动力学。
图33说明两个支架2变体相比于WT的疏水核心包装。图33A WT Fc；图33BAZ63；和图33CAZ70。初始支架2变体的计算机芯片上的综合分析表明，Y407-T366核心WT相互作用的损失是初始支架2变体的稳定性低于WT稳定性的原因之一。Y407-T366的损失被突变K409F部分补偿，但如图33B中所示，特别地T366A突变留下疏水核心中的腔，这使变体相比于WT不稳定。如图33C中的Fc变体AZ70所示，由额外突变T366V_L351Y靶向该疏水核心证明是成功的；AZ70具有75.5℃的实验确定的Tm。参见，表4和实施例6。
图34说明两个支架2变体相比于WT的环399-400的相互作用：图34AWT Fc；图34BAZ63；和图34CAZ94。初始支架2变体的计算机芯片上的综合分析表明，由于突变K409F的WT盐桥K409-D399的损失(图34A)和因此不满意D399(图34B)引起399-400环的更加'开放的'构象。这进而导致疏水核心的更大的溶剂暴露和变体相比于WT的进一步的不稳定。用于稳定399-400环且补偿K409-D399相互作用损失的策略之一是设计如图34C对于变体AZ94所示的额外的盐桥D399R-T411E和S400R-K392E。实验数据显示>95％的纯度和74℃的Tm。参见，表4和实施例6。此外，尽管AZ94与初始支架2变体(纯度<90％，Tm 71℃)相比具有相当高的纯度和稳定性，但是与AZ70变体中鉴定的“最佳”疏水核心突变相比，AZ94的疏水核心突变是次优选的(图33)。由于AZ70中疏水核心的突变(T366V_L351Y)在环399-400处的AZ94的盐桥突变的远端，所以预期AZ70氨基酸突变和额外的AZ94突变的组合具有比AZ70或AZ94更高的熔解温度。可以如实施例1-4中所述测试该组合。
图35说明同源二聚的IgG1Fc、异源二聚的变体het1(对照1):A:Y349C_T366S_L368A_Y407V/B:S354C_T366W和het2(对照4):A:K409D_K392D/B:D399K_D356K与六种Fcγ受体结合的结合常数(Ka(M-1))。与野生型lgG1Fc相比，异源二聚的Fc变体趋向于显示与Fcγ受体结合的轻微改变。参见，实施例7。
图36A显示基于野生型结合强度作为参考，野生型IgG1Fc和它的各种同源二聚体和不对称突变体形式与IIbF、IIBY和IIaR受体的相对结合强度。(Homo Fc+S267D)是指同源二聚的Fc与两条链上的S267D突变的结合强度。(Het Fc+asym S267D)是指同源二聚的Fc与Fc中两条链之一中引入S267D突变的结合强度。报道了通过在两条Fc链中任一条上引入突变而获得的结合强度的平均值。在一条链上引入该突变将结合强度降低至对于同源二聚形式中相同突变观察到强度的约一半。(Het Fc+asym S267D+asym E269K)是指同源二聚的Fc与两条Fc链之一上以不对称方式中引入S267D和E269K突变的结合强度。E269K突变阻断了FcGR与Fc的一个面的相互作用，且能够将结合强度降低对于不对称S267D变体(Het Fc+S267D)本身所观察到的结合强度的约一半。此处的Het Fc是由图35中对于变体het2(对照4)所指出的CH3突变构成。
图36B显示各种Fc及其变体与多种FcgRIIa、FcgRIIb和FcgRIIIa同种异型的结合常数(Ka(M-1))。野生型lgG1Fc对于各种Fcg受体的Ka以具有水平阴影的柱表示。具有垂直阴影的条(同源二聚体基础2)代表异源二聚体Fc与突变S239D/D265S/I332E/S298A的Ka。具有倾斜阴影的柱代表同源二聚体Fc与CH2结构域中不对称突变A:S239D/D265S/I332E/E269K和B:S239D/D265S/S298A的Ka。不对称突变的引入能够实现IIIa和IIa/IIb受体之间的增加的选择性。此处的异源二聚体Fc是由图35中对于变体het2(对照4)所指出的CH3突变构成。
图36C显示野生型lgG1和Fc区的CH2结构域中涉及同源二聚或不对称突变的三种其他变体的结合常数(Ka(M-1))。野生型lgG1的Ka以网格阴影的柱表示。Fc变体与在Fc的两条链上以同源二聚方式(同源二聚体基础1)中引入的基础突变S239D/K326E/A330L/I332E/S298A的Ka以倾斜模式的柱显示。在异源二聚的Fc(异源二聚基础1)的链A和B中以不对称方式引入相关突变以水平线显示。具有垂直阴影线的柱代表包括E269K突变的不对称变体(异源基础1+PD)。此处的异源二聚体Fc是由图35中对于变体het2(对照4)所指出的CH3突变构成。
图37-表6是基于如实施例5中对于支架1所述的第三设计阶段的变体CH3结构域的列表。
图38-表7是基于如实施例6中对于支架2所述的第三设计阶段的变体CH3结构域的列表。
4.详述
本发明提供了包含促进异源二聚体形成的特定氨基酸修饰的修饰的CH3结构域。在一个实施方案中，修饰的CH3结构域包含促进异源二聚体形成的特定氨基酸修饰(参见，例如表1)。在另一个实施方案中，修饰的CH3结构域包含具有增加稳定性的促进异源二聚体形成的特定氨基酸修饰(参见，例如表4、表6和表7)。将稳定性测量作为CH3结构域的熔解温度(Tm)，并且增加的稳定性是指约70℃或更高的Tm。CH3结构域形成异源多聚体或双特异性抗体的Fc区的部分。因此，在一个实施方案中，本文提供了包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含修饰的或变体CH3结构域，所述修饰的或变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域选自表1所列变体。在第二个实施方案中，提供了包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约70℃或更高的熔解温度(Tm)。
可以用来生成修饰的CH3结构域的氨基酸修饰包括，但不限于，氨基酸插入、缺失、取代、和重排。CH3结构域的修饰和修饰的CH3结构域在本文中被统称为“CH3修饰”、“修饰的CH3结构域”、“变体CH3结构域”或“CH3变体”。可以将这些修饰的CH3结构域并入选择的分子。相应地，在一个实施方案中，提供了分子，特别是多肽，更具体地免疫球蛋白(例如，抗体)和其他结合蛋白，其包含并入修饰的CH3结构域的Fc区(如本文所使用的“Fc区”和类似术语包括包含CH3结构域的至少部分的任何重链恒定区结构域)。包含含有修饰的CH3结构域(例如，包含一个或多个氨基酸插入、缺失、取代、或重排的CH3结构域)的Fc区的分子在本文被称为“Fc变体”、“异源二聚体”或“异源多聚体”。本Fc变体包含已经不对称修饰的CH3结构域以产生异源二聚体Fc变体或区域。Fc区是由两个重链恒定结构域多肽-链A和链B-构成，所述链A和链B可以交换使用，条件是每个Fc区包含一个链A和一个链B多肽。将氨基酸修饰以不对称方式引入CH3，当两个修饰的CH3结构域形成Fc变体时导致异源二聚体(见，例如，表1)。如本文所使用的，不对称的氨基酸修饰是其中在一种多肽(例如，“链A”)上特定位置的氨基酸不同于异源二聚体或Fc变体的相同位置的第二种多肽(例如，“链B”)上的氨基酸的任何修饰。这可以是来自对Fc变体的链A和链B的两个不同氨基酸的两个氨基酸中仅一个的修饰或两个氨基酸的修饰的结果。可以理解的是，变体CH3结构域包含一个或多个不对称的氨基酸修饰。
除非另有说明，在本说明书中，任何浓度范围、百分比范围、比例范围或整数范围应理解为包括所述范围内的任何整数值，适当时也包括其分数值(如整数的十分之一和百分之一)。除非另有说明，本文所使用的“约”指所述范围、数值、序列或结构的±10％。应理解，除非另有说明或上下文注明，本文所用术语“一个”和“一种”指“一个或多个”所列举的组分。替代物的使用(例如“或”)应理解为所述替代物中的一个、两个或其任何组合。本文所使用术语“包括”和“包含”可以作为同义词使用。此外，应理解衍生自本文所述结构和取代物(如变体CH3结构域)的各种组合的单个单链多肽或异源二聚体就好像各单链多肽或异源二聚体单独列出那样相同的程度被本申请所公开。因此，特定组分形成单个单链多肽或异源二聚体的选择属于本发明范围内。
“第一多肽”是与第二多肽结合的任何多肽，在本文中也称为“链A”。第一和第二多肽在“接口”处相遇。“第二多肽”是经由“接口”与第一多肽结合的任何多肽，在本文中也称为“链B”。“接口”包含在第一多肽中与第二多肽的接口中的一个或多个“接触”氨基酸残基相互作用的那些“接触”氨基酸残基。如本文所使用的，接口包含Fc区的CH3结构域，其优选源自IgG抗体，最优选人IgG1抗体。
如本文所使用，“分离的”异源多聚体意味着已经鉴定和从其天然细胞培养环境的组分中分离和/或回收的异源多聚体。其天然环境的污染组分是可干扰所述异源多聚体的诊断或治疗性用途的物质，可以包括酶、激素和其他蛋白或非蛋白溶质。
变体Fc异源二聚体一般纯化至基本上同质性。短语“基本上同质”、“基本上同质形式”和“基本上同质性”用来表明产物基本上没有源自不需要的多肽组合的副产物(例如，同源二聚体)。在纯度的方面表示，基本上同质性是指副产物的量不超过10％，优选为低于5％，更优选低于1％，最优选低于0.5％，其中所述百分比以重量计。
抗体技术领域技术人员理解的术语各自具有所述领域获得的含义，除非本文作明确的不同定义。已知抗体具有变体区、铰链区和恒定结构域。有关免疫球蛋白结构和功能的综述参见例如Harlow等人编，Antibodies:A Laboratory Manual，第14章Cold SpringHarbor Laboratory，Cold Spring Harbor，1988)。
在通过平衡稳定性相比于特异性的蛋白工程改造的背景中通过阳性和阴性设计的概念显示从野生型同源二聚体设计变体Fc异源二聚体，其中以当多肽在细胞培养条件中表达时驱动异源二聚体形成超过同源二聚体形成为目标引入突变。通过在一条链引入大侧链且在另一条链引入小侧链，例如Genentech开发的把手进孔(Knobs-into-holes)策略(Ridgway JB,Presta LG,Carter P.‘Knobs-into-holes'engineering of antibodyCH3domains for heavy chain heterodimerization.Protein Eng.1996Jul；9(7):617-21；Atwell S,Ridgway JB,Wells JA,Carter P.Stable heterodimers from remodelingthe domain interface of a homodimer using a phage display library.J MolBiol.270(1):26-35(1997)))，或通过导致排斥同源二聚体形成的静电工程改造，例如Amgen开发的静电转向策略(Gunaskekaran K,等人.Enhancing antibody Fc heterodimerformation through electrostatic steering effects:applications to bispecificmolecules and monovalent IgG.JBC 285(25):19637-19646(2010))阴性设计策略使对同源二聚体形成不利的相互作用最大化。在这两个实例中，将阴性设计不对称点突变引入野生型CH3结构域以驱动异源二聚体形成。迄今为止，只有阴性设计策略已经用于开发Fc异源二聚体。公开的结果显示，仅使用阴性设计方法设计的异源二聚体导致具有>95％异源二聚体的高特异性，但是使复合物相当不稳定(同上)。这些阴性设计异源二聚体具有69℃或更低的修饰的CH3结构域的熔解温度，与野生型相比，不存在额外的二硫键。参见下面的表A。
表A：公开的Fc异源二聚体抗体
Figure BDA0001575960910000151
*我们在我们的测定系统观察到对照1的>90％的纯度，但不是如以前在文献中报道的100％。
*我们在我们的测定系统观察到对照4的高于77℃的Tm；对于这种变体的Tm在文献中还没有公开。
NP–对于对照3的Tm还没有公开，并且它在我们的测定系统中没有进行测试。
野生型lgG1的熔解温度显示为81-83的范围，因为文献中的值取决于使用的测定系统而变化，我们在我们的测定系统中报告了81.5℃的值。
在阴性设计相比，用于工程改造蛋白的一般概念是阳性设计。在这种情况下，将氨基酸修饰引入多肽以使蛋白内或蛋白之间的有利相互作用最大化。这种策略假设，当引入多个特异性稳定期望的异源二聚体的突变而同时忽略对同源二聚体的影响时，净效果将是对于期望的异源二聚体相互作用相比于同源二聚体的更好的特异性，和因此更高的异源二聚体特异性。在蛋白工程改造的背景下可以理解的是，阳性设计策略优化了期望的蛋白相互作用的稳定性，但很少达到>90％特异性(Havranek JJ&Harbury PB.Automated designof specificity in molecular recognition.Nat Struct Biol.10(1):45-52(2003)；Bolon DN,Grant RA,Baker TA,Sauer RT.Specificity versus stability incomputational protein design.Proc Natl Acad Sci U S A.6；102(36):12724-9(2005)；Huang PS,Love JJ,Mayo SL.A de novo designed protein protein interfaceProtein Sci.16(12):2770-4(2007))。因此，迄今为止，阳性设计策略没有用于设计Fc异源二聚体，因为对于治疗性抗体的制备和开发而言特异性比稳定性更重要。此外，有利的阳性设计突变难以预测。用于改进稳定性的其他方法，诸如额外的二硫键，已经进行尝试以改进Fc异源二聚体的稳定性，但是对于分子的改进的成功有限。(参见，表A)这可能是因为所有工程改造的Fc CH3结构域二硫键是溶剂暴露的，这导致二硫键的较短生命周期，和因此对异源二聚体的长期稳定性的显著影响-特别是当工程改造的CH3结构域在没有额外二硫键的情况下具有小于70℃的Tm(如对照4，其在没有额外二硫键的情况下具有69℃的Tm(参见对照2)。可以考虑，改进稳定性的其他方法，诸如二硫键，也可以与本发明的Fc变体使用，条件是CH3结构域在没有二硫键的情况下的内在稳定性(作为熔解温度来测量)为70℃或更高，特别是当CH3结构域在没有二硫键的情况下的内在稳定性(作为熔解温度来测量)为72℃或更高。
因此，我们在本文中公开用于设计Fc异源二聚体的新方法，其导致稳定且高特异性异源二聚体形成。这种设计方法组合阴性和阳性设计策略连同结构和计算模型引导的蛋白工程改造技术。这种功能强大的方法已经允许我们设计在lgG1CH3结构域中新的突变组合，其中仅使用标准细胞培养条件形成异源二聚体，与同源二聚体相比其具有超过90％的纯度，并且获得的异源二聚体具有70℃或更高的熔解温度。在示例性实施方案中，Fc变体异源二聚体具有73℃或更高的熔解温度和高于98％的纯度。在其他示例性实施方案中，Fc变体异源二聚体具有75℃或更高的熔解温度和高于90％的纯度。
在某些实施方案中，提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有70℃或更高的熔解温度(Tm)。如本文所使用的，“增加的稳定性”或“稳定的异源二聚体”是指在异源二聚体形成中的变体CH3结构域，其具有约70℃或更高的熔解温度。此外，可以理解的是，术语“促进异源二聚体形成”在本文中是指CH3结构域中的氨基酸突变，其导致与同源二聚体形成相比的高于90％的异源二聚体形成。
在进一步实施方案中，这种增加的稳定性是在额外的二硫键不存在的情况下。具体而言，增加的稳定性是在CH3结构域中额外的二硫键不存在的情况下。在一个实施方案中，与野生型CH3结构域相比，变体CH3结构域不包含额外的二硫键。在可替代的实施方案中，与野生型CH3结构域相比，变体CH3包含至少一个二硫键，条件是所述变体CH3在二硫键不存在的情况下具有70℃或更高的熔解温度。在一个实施方案中，与野生型CH3结构域相比，变体CH3结构域包含至少一个二硫键，并且变体CH3结构域具有约77.5℃或更高的熔解温度(Tm)。在一个实施方案中，与野生型CH3结构域相比，变体CH3结构域包含至少一个二硫键，并且变体CH3结构域具有约78℃或更高的熔解温度(Tm)。在另一个实施方案中，与野生型CH3结构域相比，变体CH3结构域包含至少一个二硫键，并且变体CH3结构域具有下列熔解温度(Tm)：高于约78℃、或高于约78.5℃、或高于约79℃、或高于约79.5℃、或高于约80℃、或高于约80.5℃、或高于约81℃。
在一个实施方案中，变体CH3结构域具有下列熔解温度：高于约70℃、或高于约70.5℃、或高于约71℃、或高于约71.5℃、或高于约72℃、或高于约72.5℃、或高于约73℃、或高于约73.5℃、或高于约74℃、或高于约74.5℃、或高于约75℃、或高于约75.5℃、或高于约76℃、或高于约76.5℃、或高于约77℃、或高于约77.5℃、或高于约78℃、或高于约78.5℃、或高于约79℃、或高于约79.5℃、或高于约80℃、或高于约80.5℃、或高于约81℃。在另一个实施方案中，变体CH3结构域具有下列熔解温度：约70℃、或约70.5℃、或约71℃、或约71.5℃、或约72℃、或约72.5℃、或约73℃、或约73.5℃、或约74℃、或约74.5℃、或约75℃、或约75.5℃、或约76℃、或约76.5℃、或约77℃、或约77.5℃、或约78℃、或约78.5℃、或约79℃、或约79.5℃、或约80℃、或约80.5℃、或约81℃。在又另一个实施方案中，变体CH3结构域具有下列熔解温度：约70℃至约81℃、或约70.5℃至约81℃、或约71℃至约81℃、或约71.5℃至约81℃、或约72℃至约81℃、或约72.5℃至约81℃、或约73℃至约81℃、或约73.5℃至约81℃、或约74℃至约81℃、或约74.5℃至约81℃、或约75℃至约81℃、或约75.5℃至约81℃、或76℃至约81℃、或约76.5℃至约81℃、或约77℃至约81℃、或约77.5℃至约81℃、或约78℃至约81℃、或约78.5℃至约81℃、或约79℃至约81℃。在又另一个实施方案中，变体CH3结构域具有下列熔解温度：约71℃至约76℃、或约72℃至约76℃、或约73℃至约76℃、或约74℃至约76℃。
除增加的稳定性以外，异源二聚体Fc区包含变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变。可以理解的是，这些促进异源二聚体形成的氨基酸突变是与同源二聚体形成相比的。与同源二聚体形成相比的这种异源二聚体形成在本文中统称为“纯度”或“特异性”或“异源二聚体纯度”或“异源二聚体特异性”。可以理解的是，异源二聚体纯度是指在选择性纯化同源二聚体种类之前在标准细胞培养条件下在溶液中形成的所需异源二聚体与形成的同源二聚体种类相比的百分比。例如，90％的异源二聚体纯度表明溶液中的90％二聚体种类是所需异源二聚体。在一个实施方案中，Fc变体异源二聚体具有下列纯度：高于约90％、或高于约91％、或高于约92％、或高于约93％、或高于约94％、或高于约95％、或高于约96％、或高于约97％、或高于约98％、或高于约99％。在另一个实施方案中，Fc变体异源二聚体具有下列纯度：约90％、或约91％、或约92％、或约93％、或约94％、或约95％、或约96％、或约97％、或约98％、或约99％、或约100％。
在特定的实施方案中，分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有70℃或更高的熔解温度(Tm)并且获得的异源二聚体具有高于90％的纯度。在一个方面，获得的Fc变体异源二聚体具有高于90％的纯度，并且变体CH3结构域具有下列熔解温度：高于约70℃、或高于约71℃、或高于约72℃、或高于约73℃、或高于约74℃、或高于约75℃、或高于约76℃、或高于约77℃、或高于约78℃、或高于约79℃、或高于约80℃或高于约81℃。在进一步的方面，变体CH3结构域具有70℃或更高的熔解温度并且获得的Fc变体异源二聚体具有下列纯度：高于约90％、或高于约91％、或高于约92％、或高于约93％、或高于约94％、或高于约95％、或高于约96％、或高于约97％、或高于约98％、或高于约99％。
为了设计这些具有改进的稳定性和纯度的Fc变体，我们采用了计算设计和实验筛选的迭代过程来选择阳性和阴性设计策略的最成功组合(参见，图24)。
具体而言，在初始设计阶段，如实施例1-3中所述制备不同的阴性设计Fc变体异源二聚体且测试表达和稳定性。初始设计阶段包括Fc变体异源二聚体AZ1-AZ16(参见，表1)。从阴性设计Fc变体异源二聚体的该初始组(预期其具有较低稳定性(例如，小于71℃的Tm))，选择具有大于90％纯度和约68℃或更高的熔解温度的Fc变体异源二聚体用于进一步开发。这包括Fc变体异源二聚体AZ6、AZ8和AZ15。在第二个设计阶段，使用阳性设计策略遵循详细的计算和结构分析将那些选择的Fc变体异源二聚体进行进一步修饰以驱动稳定性和纯度。用计算方法和全面结构功能分析各自分析选择的Fc变体异源二聚体(AZ6、AZ8、和AZ15)，以鉴定这些Fc变体具有比野生型Fc同源二聚体(其对于IgG1为81℃)更低稳定性的结构原因。对于Fc变体异源二聚体和Tm值的列表，参见表4。
在某些实施方案中，变体CH3结构域选自AZ1、或AZ2、或AZ3、或AZ4、或AZ5、或AZ6、或AZ7、或AZ8、或AZ9、或AZ10、或AZ11、或AZ12、或AZ13、或AZ14、或AZ15、或AZ16。在选择的实施方案中，变体CH3结构域是AZ6、或AZ8或AZ15。
计算机工具和结构-功能分析包括，但不限于分子动力学分析(MD)、侧链/骨架重新包装、知识库潜力(Knowledge Base Potential,KBP)、腔和(疏水)包装分析(LJ、CCSD、SASA、dSASA(碳/全原子))、静电-GB计算、和偶联分析。(对于计算策略的综述，参见图24)
我们的蛋白工程改造方法的一个方面依赖于源自X射线晶体学的Fc IgG蛋白的结构信息和CH3结构域的野生型和变体形式的计算建模和模拟相组合。这使我们获得关于单个氨基酸的潜在作用和它们的协同作用的新的结构和物理化学见解。从多个变体CH3结构域获得的这些结构和物理化学见解，连同获得的有关它们的稳定性和纯度的经验数据帮助我们开发且理解与Fc同源二聚体相比的Fc异源二聚体的纯度和稳定性之间的关系和模拟的结构模型。为了进行我们的模拟，我们通过构建完整和现实的模型和完善lgG1抗体的野生型Fc结构质量来开始。源自X-射线晶体学的蛋白结构缺乏关于在生理条件下在水介质中蛋白的某些特征的细节，我们的完善程序解决了这些限制。这些包括构建蛋白结构的缺失区域(往往是蛋白的柔性部分如环和一些残基侧链)，评价和定义中性和带电荷残基的质子状态和与蛋白相关的潜在功能相关水分子的放置。
分子动力学(MD)算法是我们使用的一种工具，其通过模拟蛋白结构来评价在含水环境中的Fc同源二聚体和变体CH3结构域的内在动力学性质。分子动力学模拟追踪由蛋白中的所有原子实体和其局部环境之间的相互作用和力作用产生的运动导致的分子的动力学轨道，在这种情况下，原子构成Fc和其周围水分子。分子动力学模拟后，分析轨道的各方面来获得对Fc同源二聚体和变体Fc异源二聚体的结构和动力学特征的见解，我们使用其来鉴定特定的氨基酸突变来改进分子的纯度和稳定性。
因此，使用方法来研究生成的MD轨迹，所述方法如主要组分分析以显示在Fc结构中的固有频率低的运动模式。这提供了对于蛋白的潜在构象亚状态的见解(参见，图32)。尽管Fc区中的链A和B之间的关键蛋白-蛋白相互作用发生在CH3结构域的接口处，但是我们的模拟表明，该接口在运动中充当铰链，其涉及CH2结构域的N末端相对于彼此的“开放”与“闭合”。如图16中可见，CH2结构域与FcgR在其末端相互作用。因此，尽管不希望被理论所束缚，似乎在CH3接口处引入氨基酸突变赋予在Fc的N末端处的开放/闭合运动的量级和性质，和因此Fc与FcgR如何相互作用。参见，实施例4和表5。
还研究生成的MD轨迹来基于分析它们的柔韧性概况和分析它们的环境来确定Fc结构中特定氨基酸残基位置的易变性。该算法使我们鉴定不能影响蛋白结构和功能的残基，提供了对于变体CH3结构域的后续设计阶段的残基特征和易变性的独特见解。该分析还使我们能够比较多种模拟，且在分析概况后基于异常值评价易变性。
还研究生成的MD轨迹来确定蛋白中的相关残基运动和由它们之间的偶联导致的残基网络的形成。发现Fc结构中的动力学相关性和残基网络在理解蛋白作为动力学实体和用于发展在远端位点处的突变的影响的见解中是关键步骤。参见，例如实施例6
因此，我们详细研究了突变对突变位点的局部环境的影响。A和B链之间的CH3的接口处的包装良好的核心的形成对于稳定的Fc结构中两条链的自发配对是关键的。良好包装是相互作用分子伴侣之间的强结构互补性连同接触基团之间的有利相互作用的结果。有利的相互作用由良好去除溶剂暴露的掩埋的疏水性接触和/或亲水性极性基团之间的互补性静电接触的形成导致的。这些疏水性和亲水性接触对CH3接口处的二聚体形成的自由能具有熵和焓的贡献。我们采用了多种算法来精确地模拟A和B链之间的CH3接口处的包装，且随后通过对一些相关物理化学特性进行评分而评价接口的热力学特性。
我们采用了一些蛋白包装方法，包括柔韧的骨架来优化且制备用于我们计算筛选的大量变体的模型结构。包装之后，我们评价了许多项目，包括接触密度、碰撞评分、氢键、疏水性和静电。使用溶剂化模型使我们能够更准确地在蛋白中的特定位置突变为替代残基类型之后解决溶剂环境的影响和对比自由能差异。接触密度和碰撞评分提供了互补性(有效蛋白包装的关键方面)的量度。这些筛选程序基于基于知识的潜力或偶联分析方案的应用，其依赖于成对残基相互作用能和熵计算。
这种全面的计算机芯片上分析提供了关于连接热点、不对称位点、腔和较差包装区、个别位点的结构动力学和局部解折叠位点与野生型相比的每个Fc变体的差异的更详细理解。所述计算分析的这些组合结果鉴定了没有优化和组合负责更低稳定性(例如，68℃的Tm)和/或<90％纯度的更低特异性的特定残基、序列/结构基序和腔。在第二个设计阶段，我们使用靶向的阳性设计来通过额外的点突变来专门解决这些假设，且使用上述方法和分析通过计算机芯片上工程改造来测试这些(参见，图24)。如实施例1-4中所述，实验验证在第二阶段中对于每种靶向设计进行设计以改进稳定性和纯度的Fc变体异源二聚体(Fc变体异源二聚体AZ17-AZ101)的表达和稳定性。
在某些实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域是AZ17、或AZ18、或AZ19、或AZ20、或AZ21、或AZ22、或AZ23、或AZ24、或AZ25、或AZ26、或AZ27、或AZ28、或AZ29、或AZ30、或AZ21、或AZ32、或AZ33、或AZ34、或AZ35、或AZ36、或AZ37、或AZ38、或AZ39、或AZ40、或AZ41、或AZ42、或AZ43、或AZ44、或AZ45、或AZ46、或AZ47、或AZ48、或AZ49、或AZ50、或AZ51、或AZ52、或AZ53、或AZ54、或AZ55、或AZ56、或AZ57、或AZ58、或AZ59、或AZ60、或AZ61、或AZ62、或AZ63、或AZ64、或AZ65、或AZ66,或AZ67、或AZ68、或AZ69、或AZ70、或AZ71、或AZ72、或AZ73、或AZ74、或AZ75、或AZ76、或AZ77、或AZ78、或AZ79、或AZ80、或AZ81、或AZ82、或AZ83、或AZ84、或AZ85、或AZ86、或AZ87、或AZ88、或AZ89、或AZ90、或AZ91、或AZ92、或AZ93、或AZ94、或AZ95、或AZ96、或AZ97、或AZ98、或AZ99、或AZ100、或AZ101。在一个示例性实施方案中，变体CH3结构域是AZ17、或AZ18、或AZ19、或AZ20、或AZ21、或AZ22、或AZ23、或AZ24、或AZ25、或AZ26、或AZ27、或AZ28、或AZ29、或AZ30、或AZ21、或AZ32、或AZ33、或AZ34、或AZ38、或AZ42、或AZ43、或AZ 44、或AZ45、或AZ46、或AZ47、或AZ48、或AZ49、或AZ50、或AZ52、或AZ53、或AZ54、或AZ58、或AZ59、或AZ60、或AZ61、或AZ62、或AZ63、或AZ64、或AZ65、或AZ66、或AZ67、或AZ68、或AZ69、或AZ70、或AZ71、或AZ72、或AZ73、或AZ74、或AZ75、或AZ76、或AZ77、或AZ78、或AZ79、或AZ81、或AZ82、或AZ83、或AZ84、或AZ85、或AZ86、或AZ87、或AZ88、或AZ89、或AZ91、或AZ92、或AZ93、或AZ94、或AZ95、或AZ98、或AZ99、或AZ100、或AZ101。在一个特定的实施方案中，变体CH3结构域是AZ33或AZ34。在另一个实施方案中，变体CH3结构域是AZ70或AZ90。
在一个示例性实施方案中，CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V，且其中第二多肽包含氨基酸修饰T366I、K392M和T394W。在另一个实施方案中，第一多肽包含氨基酸修饰L351Y、S400E、F405A和Y407V且第二多肽包含氨基酸修饰T366I、N390R、K392M和T394W。
在后续设计阶段中使用计算结构-功能分析、靶向工程改造和实验验证的这种迭代过程来设计表1中列出的剩余Fc变体，且导致具有高于90％纯度和具有大于70℃的CH3结构域熔解温度的增加稳定性的Fc变体异源二聚体。在某些实施方案中，Fc变体包含选自AZ1至AZ 136的氨基酸突变。在进一步实施方案中，Fc变体包含选自表4中列出的Fc变体的氨基酸突变。
从第一和第二设计阶段鉴定了两个核心支架，支架1和支架2，其中将额外的氨基酸修饰引入这些支架以微调Fc变体异源二聚体的纯度和稳定性。对于开发支架1包括AZ8、AZ17-62和表6中列出的变体的详细描述，请参见实施例5。对于开发支架2包括AZ15和AZ63-101和表7中列出的变体的详细描述，请参见实施例6。
支架1的核心突变包含L351Y_F405A_Y407V/T394W。支架1a包含氨基酸突变T366I_K392M_T394W/F405A_Y407V且支架1b包含氨基酸突变T366L_K392M_T394W/F405A_Y407V。参见，实施例5。
在某些实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T394W。在一个方面，变体CH3结构域进一步包含F405和/或K392位的点突变。K392位的这些突变包括但不限于K392V、K392M、K392R、K392L、K392F或K392E。F405位的这些突变包括但不限于F405I、F405M、F405S、F405S、F405V或F405W。在另一个方面，变体CH3结构域进一步包含T411和/或S400位的点突变。T411位的这些突变包括但不限于T411N、T411R、T411Q、T411K、T411D、T411E或T411W。S400位的这些突变包括但不限于S400E、S400D、S400R或S400K。在又另一个实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T394W，其中所述第一和/或第二多肽包含T366和/或L368位的进一步氨基酸修饰。T366位的这些突变包括但不限于T366A、T366I、T366L、T366M、T366Y、T366S、T366C、T366V或T366W。在一个示例性实施方案中，T366位的氨基酸突变是T366I。在另一个示例性实施方案中，T366位的氨基酸突变是T366L。L368位的突变是L368D、L368R、L368T、L368M、L368V、L368F、L368S和L368A。
在某些实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T366L和T394W。在另一个实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T366I和T394W。
在某些其他实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T366L、K392M和T394W。在另一个实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T366I、K392M和T394W。
在又另一个实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T366L、K392M和T394W。在另一个实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽，其中第一多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T366I、K392M和T394W。
在某些实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T366L和T394W。在另一个实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽，其中第一多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V，且第二多肽包含氨基酸修饰T366I和T394W。
在示例性实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约74℃或更高的熔解温度(Tm)。在另一个实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约74℃或更高的熔解温度(Tm)并且异源二聚体具有约98％或更高的纯度。
在某些实施方案中，分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有高于70℃的熔解温度(Tm)并且变体CH3结构域选自表6。
支架2的核心突变包含L351Y_Y407A/T366A_K409F。支架2a包含氨基酸突变L351Y_Y407A/T366V_K409F并且支架2b包含氨基酸突变Y407A/T366A_K409F。参见实施例6。
在某些实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A，且第二多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F。在一个方面，变体CH3结构域进一步包含T366、L351和Y407位的点突变。T366位的这些突变包括但不限于T366I、T366L、T366M、T366Y、T366S、T366C、T366V或T366W。在一个特定的实施方案中，T366位的突变是T366V。L351位的突变包括但不限于L351I、L351D、L351R或L351F。Y407位的突变包括但不限于Y407V或Y407S。参见，表1和表4和实施例6中的CH3变体AZ63-AZ70。
在示例性实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A，且第二多肽包含氨基酸修饰T366V和K409F。
在示例性实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约75.5℃或更高的熔解温度(Tm)。在另一个实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约75℃或更高的熔解温度(Tm)并且异源二聚体具有约90％或更高的纯度。
在其他某些实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A，且第二多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F，其中变体CH3结构域包含T411、D399、S400、F405、N390、和/或K392位的一个或多个氨基酸修饰。D399位的这些突变包括但不限于D399R、D399W、D399Y或D399K。T411位的突变包括但不限于T411N、T411R、T411Q、T411K、T411D、T411E或T411W。S400位的突变包括但不限于S400E、S400D、S400R或S400K。F405位的突变包括但不限于F405I、F405M、F405S、F405S、F405V或F405W。N390位的突变包括但不限于N390R、N390K或N390D。K392位的突变包括但不限于K392V、K392M、K392R、K392L、K392F或K392E。参见，表1和表4和实施例6中的CH3变体AZ71-101。
在示例性实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽(本文也称为链A和链B)，其中第一多肽包含氨基酸修饰Y407A，且第二多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F。在一个方面，该变体CH3结构域进一步包含氨基酸修饰K392E、T411E、D399R和S400R。在进一步实施方案中，变体CH3结构域包含第一和第二多肽，其中第一多肽包含氨基酸修饰D399R、S400R和Y407A，且第二多肽包含氨基酸修饰T366A、K409F、K392E和T411E。
在示例性实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约74℃或更高的熔解温度(Tm)。在另一个实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约74℃或更高的熔解温度(Tm)并且异源二聚体具有约95％或更高的纯度。
在某些实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有高于70℃的熔解温度(Tm)并且变体CH3结构域选自表7。
此外，设计具有改进的稳定性和纯度的Fc变体异源二聚体的这种新方法可以应用于Fc区的其他类型和同种型。在某些实施方案中，Fc区是人IgG Fc区。在进一步实施方案中，人IgG Fc区是人IgGl、IgG2、IgG3、或IgG4Fc区。在一些实施方案中，Fc区来自选自IgG、IgA、IgD、IgE和IgM的免疫球蛋白。在一些实施方案中，IgG是选自IgG1、IgG2a、IgG2b、IgG3和IgG4的亚型。
Figure BDA0001575960910000251
Figure BDA0001575960910000261
Figure BDA0001575960910000271
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Figure BDA0001575960910000351
Figure BDA0001575960910000361
本文描述的Fc区包含CH3结构域或其片段，并且可以额外地包含一个或多个额外的恒定区结构域或其片段，包括铰链、CH1或CH2。将被理解的是，Fc氨基酸残基的编号是如Kabat等人,1991,NIH Publication 91-3242,National Technical InformationService,Springfield,Va中的EU索引的编号。如“Kabat中所述的EU索引”是指人IgG1Kabat抗体的EU索引编号。为了方便，表B提供了来自人lgG1的CH2和CH3结构域的根据Kabat中所述的EU索引编号的氨基酸。
表B
Figure BDA0001575960910000371
。
在某些实施方案中，Fc变体包含CH2结构域。在一些实施方案中，CH2结构域是变体CH2结构域。在一些实施方案中，变体CH2结构域在第一和/或第二多肽链中包含不对称氨基酸取代。在一些实施方案中，异源多聚体在CH2结构域中包含不对称氨基酸取代，使得所述异源多聚体的一条链选择性结合Fc受体。
在某些实施方案中，异源多聚体选择性结合Fc受体。在一些实施方案中，Fc受体是Fcγ受体家族的成员。在一些实施方案中，受体选自FcγRI、FcγRIIa、FcγRIIb、FcγRIIc、FcγRIIIa和FcγRIIIb。在一个实施方案中，CH2结构域包含促进与Fcγ受体的选择性结合的不对称氨基酸修饰。
在一些实施方案中，异源多聚体与FcγRIIIa选择性结合。在一些实施方案中，异源多聚体包含选自S267D、K392D和K409D的不对称氨基酸取代。在一些实施方案中，异源多聚体与FcγRIIa选择性结合。在一些实施方案中，异源多聚体包含选自S239D、K326E、A330L和I332E的不对称氨基酸取代。在一些实施方案中，异源多聚体与FcγRIIb选择性结合。在一些实施方案中，异源多聚体包含选自S239D、D265S、E269K和I332E的不对称氨基酸取代。在一些实施方案中，异源多聚体与FcγRIIIa和FcγRIIa选择性结合。在一些实施方案中，异源多聚体包含选自S239D、D265S和S298A的不对称氨基酸取代。在一些实施方案中，异源多聚体与FcγRIIIa和FcγRIIb选择性结合。在一些实施方案中，异源多聚体包含选自S239D、S298A、K326E、A330L和I332E的不对称氨基酸取代。在一些实施方案中，异源多聚体与FcγRIIa和FcγRIIb选择性结合。在一些实施方案中，异源多聚体包含选自S239D、D265S、S298A和I332E的不对称氨基酸取代。
在某些实施方案中是设计包含本文所述的异源多聚体的多功能治疗剂的方法。在一些实施方案中是设计包含变体Fc异源二聚体的双功能治疗剂的方法。在一些实施方案中是用于设计用CH2结构域中的突变衍生的变体Fc异源二聚体的CH3结构域中的不对称突变的方法。在一些实施方案中是基于不对称Fc中的突变设计对于不同Fcγ受体的选择性的方法。在某些实施方案中是设计偏爱Fcγ受体与Fc分子的一面结合的突变的方法。在某些实施方案中是设计偏爱Fcγ受体与本文所述异源多聚体的不对称Fc支架的仅一面相互作用的极性驱动者的方法。
在一些实施方案中，提供了包含不对称Fc的CH2结构域中的突变的多肽，所述突变导致优先的Fcγ受体选择性概况。在一些实施方案中，CH3结构域中的突变导致异源二聚的Fc的优先形成。在某些实施方案中是基于本文所述不对称Fc设计双特异性治疗实体的方法。在某些实施方案中是基于本文所述不对称Fc设计多特异性治疗实体的方法。
单克隆抗体如IgG是由两条等同重多肽链和两条轻多肽链构成的对称分子(图14)，每条包含多个免疫球蛋白(Ig)结构域。mAb的IgG类存在于四种同种型(lgG1、lgG2、lgG3、或lgG4)之一中。分别地，重链由四个Ig结构域(VH、CH1、CH2和CH3)构成，且轻链由两个(VL和CL)Ig结构域构成。来自每个重链的VH和CH1结构域与轻链的VL和CL结构域组合以形成mAb的两个Fab(“片段抗原结合”)臂。两条重链的CH3和CH2结构域经由跨CH3结构域的蛋白-蛋白接触和CH2结构域中的糖基化相互作用，以形成同源二聚的Fc(“可结晶的片段”)区。抗体的CH1和CH2结构域之间的接头区构成抗体分子的铰链区。除连接mAb的Fab和Fc区以外，铰链也保持跨越两条重链的二硫键链接，且使它们保持在一起。铰链区中的氨基酸和二硫化连接的数量在IgG的四种同种型之间是显著不同的。IgG分子中的糖基化模式可以是显著不同的，在IgG分子中已经观察到约30个不同的碳水化合物部分[Arnold J.N.；Wormald M.R.；Sim R.B.；Rudd P.M.和Dwek R.A.(2007)Annual Reviews of Immunology25,21-50]。
单克隆抗体结构的对称性质导致两条Fab臂都具有成熟以识别相同表位的抗原结合能力亲和力。在另一末端，抗体分子的Fc部分参与与免疫或“效应”细胞上的各种受体分子的相互作用，且这些相互作用中的一些负责介导效应功能如抗体依赖的细胞毒性(ADCC)、抗体依赖的细胞吞噬作用(ADCP)和补体活化。通常，效应功能涉及免疫应答，其导致病原体或毒素中和和消除、补体活化、和来自体液免疫系统的吞噬应答。效应细胞上的Fcγ受体(FcγR)分子接触参与完整抗原-抗体免疫复合物的活化的IgG抗体的Fc，以介导和调节效应应答。优化基于单克隆抗体的蛋白治疗剂与这些Fcγ受体的相互作用可以导致改进这些药物候选的效力。
在人中，有三种已知种类的FcγR，每一类内具有进一步的多态类型。已知lgG1分子中的Fc以纳摩尔范围内的解离常数结合FcγRI(CD64)，而FcγRII(CD32)和fcγRIII(CD16)结合以微摩尔范围发生[Bruhns P.；Iannascoli B.；England P.；Mancardi D.A.；Fernandez N.；Jorieux S.和Daeron M.(2009)Blood 113:3716-25]。高亲和力FcγRI受体可以结合单体形式的IgG，而低亲和力FcγRII和FcγRIII受体由于抗体亲抗原性效应仅可以结合抗原-抗体免疫复合物或IgG聚集体。不同IgG形式对于不同FcγR具有不同的亲和力；具体而言，IgG1和IgG3表现出更强的活性。Fcγ受体是跨膜蛋白的胞外结构域，且具有参与调节细胞内的信号传递途径的胞质结构域。当与抗体介导的免疫复合物结合后聚集在免疫细胞表面上时，根据与这些细胞表面受体的胞质端上的FcγR连接的信号传递单元的性质，这些分子调节效应应答[Nimmerjahn F.和Ravetch J.V.(2008)Nature Immu Rev 8(1):34-47]。
在人染色体水平，三个基因编码FcγRI(FcγRIA、FcγRIB、FcγRIC)和FcγRII(FcγRIIA、FcγRIIB、FcγRIIC)且两个基因编码FcγRIII(FcγRIIIA、FcγRIIIB)。在结合IgG的人Fcγ受体中，已经显示FcγRIA、FcγRIC和FcγRIIIA类型与共同γ-链信号衔接蛋白膜相关，其含有基于细胞质免疫受体酪氨酸的活化基序(ITAM)，所述活化基序导致效应功能的活化。FcγRIIA和FcγRIIC还包含细胞质ITAM，但没有共同γ-链信号衔接蛋白。同时，FcγRIIB连接至基于免疫受体酪氨酸的抑制基序(ITIM)。导致ITIM磷酸化的FcγRIIB活化导致活化信号传递级联的抑制。FcγRIIIB，尽管缺乏基于酪氨酸的免疫调节细胞质尾部，但是具有GPI(糖基-磷脂酰-肌醇)锚，且已经显示有助于在FcγRIIA存在的情况下活化一些粒细胞。
表C：Fcγ受体特征
Figure BDA0001575960910000401
。
ITAM：基于免疫受体酪氨酸的活化基序；ITIM：基于免疫受体酪氨酸的抑制基序；GPI糖基磷脂酰肌醇
尽管ITAM和ITIM基序和相关受体分子的功能作用是已知的，但是组合的信号传递的调节的性质和机制还没有完全理解，特别是当与参与信号转导的许多其他免疫细胞表面受体和衔接分子(例如BCR、CD22、CD45等)的活性相组合时。在该背景下，设计可以以精细的选择性概况与这些Fcγ受体相互作用的Fc样分子在去卷积和调节这种具有精细调节活性的受体分子的作用的任何尝试中是有价值的支架。
在设计可以区分Fcγ的抗体分子的背景中，下列事实使努力变得复杂：FcγRII和FcγRIII受体类型的细胞外Fc结合部分表现出高度序列相似性(图15)，这可以至少部分归因为祖传区段性重复。FcγRII受体两个主要类型A和B具有69％序列同一性，而FcγRIIA和FcγRIIIA表现出约44％序列同一性。FcγRIIB和FcγRIIC的差异仅在于胞外区的2个残基，尽管它们的胞内区显著不同，显著之处在于分别存在ITIM和ITAM基序。因此，可以预期的是，需要结合一种受体的治疗性抗体分子也可能与其他受体类型结合，可能导致不希望的治疗效果。
进一步使问题复杂化的是，每个受体类型呈现多个单核苷酸多态性(SNP)和拷贝数变化(CNV)。获得的受体多样性差异地影响其与IgG的亲和力和其作用机制。这些遗传变化可以影响特定IgG亚类对于Fcγ受体的亲和力，改变下游效应事件或影响改变受体表达水平的机制，导致功能相关的表型、非功能性或功能未知的受体变体(Bournazos S.；WoofJ.M.；Hart S.P.和Dransfield I.(2009)Clinical and Experimental Immunology 157(2):244-54)。它们可能导致复杂效果，改变活化和抑制受体信号传递之间的平衡，导致疾病易患表型的生成。
这些等位基因变化中的一些列举在表C中。值得注意的是，FcγRIIa中的R131变体是用lgG1的高响应者，而可替代的H131变体显示出与IgG2和IgG3的更有效相互作用。在FcγRIIIa的情况下，对于158位V纯合的供体表现出与纯合F/F158个体相比增加的NK细胞活性，这是由于前者同种异型对于人lgG1、lgG3和lgG4的更高亲和力。FcγRIIIb的等位基因变体NA1和NA2是四氨基酸取代的结果，其依次导致受体糖基化的差异。NA1等位基因呈现出由中性粒细胞的免疫复合物的增强的结合和吞噬作用。FcγRIIB具有两种已知的等位基因变体232I和232T。已知232T变体的阴性调节活性强烈受损。已经报道了FcγR多态性的频率和其与对感染或疾病状况的易感性的差异响应的关联，所述疾病状况如系统性红斑狼疮(SLE)、类风湿性关节炎(RA)、血管炎、免疫介导的血小板紫癜(ITP)、重症肌无力、多发性硬化症(MS)、和免疫神经病变(吉兰-巴雷综合征(GBS))。
已经表明了FcγR基因、特别是对于FcγRIIIB、FcγRIIc和FcγRIIIA的基因座中拷贝数变化，且已经注意到这些差异与这些受体的细胞表面表达的进一步关联。相比之下，FcγRIIa和FcγRIIb没有显示基因拷贝数变化。事实上，FcγRIIIb的低拷贝数已经与自身免疫性疾病系统性红斑狼疮(SLE)中的肾小球肾炎相关[Aitman TJ等人.(2006)Nature16；439(7078):851-5]。鉴于非信号传递GPI模块锚定FcγRIIIb受体的事实，这是特别有趣的。可以推测这些FcγRIIIb受体的存在可以潜在地充当Fc与其他信号传递FcγR的相互作用的竞争性抑制剂。FcγRIIc中的拷贝数变化的影响也是特别有趣的。FcγRIIc中202位处的C/T SNP将谷氨酰胺残基转换为终止密码子，防止了功能蛋白的生成。FcγRIIc的功能开放阅读框在9％的健康个体(白人群体)中表达，且在ITP群体中该等位基因有显著过高比例的呈现(19％)，暗示这些表型对于ITP的倾向[Breunis WB等人.(2008)Blood111(3):1029-38]。已经表明，在NK细胞上表达功能FcγRIIc的个体中，这些受体以比FcγRIIIa更大的程度介导实现的ADCC。这样的与这些多态性和遗传变化相关的复杂性突出了个性化治疗策略的需要，要求高度定制的治疗剂。
各种效应细胞在这些Fcγ受体以及在它们的体液和组织分布中不同，因此有助于它们的活化和作用机制中的变化[表D]。调谐治疗性抗体对识别特定FcγR类型的选择性和调节某些类别的效应细胞的影响，导致对于特定疾病状况的效应机制的优化。根据所治疗的疾病状况，这意在选择性活化或抑制特定效应物形式。
表D：FcγR的细胞分布
Figure BDA0001575960910000421
。
此外，FcγR也由滤泡树突状细胞、内皮细胞、小胶质细胞、破骨细胞和系膜细胞表达。目前，这些其他细胞上FcγR表达的功能意义是未知的。
高亲和力FcγRI由三个C型免疫球蛋白超家族(IgSF)结构域构成，而低亲和力FcγRII和FcγRIII各自由两个C型IgSF结构域构成。已经通过晶体学解析了FcγRIIa、FcγRIIb、FcγRIIIa和FcγRIIIb受体蛋白的结构。在这些结构中的两个IgSF结构域相对于彼此50-55度定位，且通过铰链连接。
Fc-FcγR共复合物的公开可获得的结构是Fc-FcγRIIIb系统的结构，且复合物中的FcγR几何学保持与蛋白的apo状态中观察到的非常接近[Sondermann P.；Huber R.；Oosthuizen V.和Jacob U.(2000)Nature 406,267-273.；Radaev S.；Motyaka S.；FridmanW.；Sautes-Fridman C.和Sun P.D.(2001)J Biol Chem 276,16469-16477；Sondermann P.等人.Biochem Soc Trans.2002Aug；30(4):481-6；Sondermann P,Oosthuizen V.ImmunolLett.2002Jun 3；82(1-2):51-6；Radaev S,Sun P.Mol Immunol.2002May；38(14):1073-83.][图16]。受体之间的强序列和结构相似性形成了与其他受体结合的Fc的比较模型的基础。另一方面，这些受体分子之间的序列和结构相似性也使设计在受体和其不同同种型之间具有精细选择性的Fc变得具有挑战性。
在基于晶体学评价Fc-FcγR复合物的结构之前，存在如下问题：Fc分子中的2倍对称轴是否意味着对于Fc-FcγR结合的两个潜在结合位点和有效的2:1化学计量比。Fc-FcγR相互作用的基于核磁共振(NMR)的结构研究表明，Fc与在分子的一个面上的一个FcγR的结合诱导了构象变化，所述构象变化排除了第二个FcγR分子与相同抗体分子的Fc的结合[Kato K.等人(2000)J Mol Biol.295(2):213-24]。Fc-FcγRIIIb的可获得的共晶体复合物的几何学验证了以1：1化学计量的不对称取向的FcγR与Fc的结合。如图16中所示，FcγR结合至马蹄形Fc分子的一个末端上的裂口，且与来自两条链的CH2结构域接触。
丙氨酸扫描诱变[Shields RL等人.(2001)JBC 276(9):6591-604]提供了关于Fc与不同受体类型相互连接且因此参与Fc-FcγR相互作用和识别的残基的见解。传统上，已经将治疗性抗体的优化聚焦在表现出与活化受体FcγRIII结合增加[美国专利号6,737,056]或与FcγRIIb亲和力降低[US2009/0010920A1]的突变。在所有这些可替代的变体中，同时在两条链中引入突变。
单克隆抗体经常通过诱导靶标和效应免疫细胞的空间定位而表现出它们的治疗活性。天然抗体通过与使用其Fab结构域的靶标和使用Fc结构域的效应细胞相互作用而介导这个。它们能够面对面并置免疫复合物和效应细胞，使得可以诱导细胞介导的应答。对于FcγR信号传递所需的抗体亲抗原性(其起源于免疫复合物的形成，所述形成涉及多个抗体分子靶向单个靶标)是免疫作用的时空组织的重要性的另一个实例。
对于作为mAb分子的效应活性的部分诱导的细胞信号传递还存在时空方面。细胞信号传递如基于FcγR分子活化的那些涉及相关受体分子在被称为脂质筏的膜结构域区域内的定位。脂质筏富含鞘糖脂和胆固醇和几类上游信号转导分子，包括Src家族激酶。细胞刺激之后，招募各种信号分子、衔接蛋白和信号传递激酶以及磷酸酶。脂质筏处的分子组装对于信号转导是重要的。
非天然设计策略，组合不同的抗原特异性和增加的亲和力以提供更好的结合特性是双特异性治疗剂设计的基础。设计双特异性抗体或其他形式的双功能或多功能蛋白治疗剂以介导靶标和各种效应细胞之间的相互作用[Müller&Kontermann(2010)BioDrugs 24(2):89-98]。将多特异性治疗分子工程改造以便使辅助性T细胞或其他免疫效应细胞重新针对特定靶细胞。
在另一个实施方案中，本发明涉及基于与FcγRIIa、FcγRIIb和/或FcγRIIIa的计算的结合亲和力在计算机芯片上鉴定Fc变体多肽的方法。在另一个实施方案中，所述方法进一步包括在计算机芯片上计算所述Fc变体多肽的静电、溶剂化作用、包装、包装密度、氢结合和熵效应。在又另一个实施方案中，本发明的方法进一步包括构建Fc变体多肽和在哺乳动物细胞中表达治疗性抗体背景中的所述多肽且进一步表达所述抗体。在又另一个实施方案中，本发明的方法包括：通过位点定向诱变、基于PCR的诱变、盒式诱变或从头合成而构建在计算机芯片上鉴定的Fc变体多肽。
在合成Fc支架的设计中考虑的因素包括在计算机芯片上计算立体排斥、埋藏的接口区域的改变、相对接触密度、相对溶剂化作用和静电影响。所有这些基质用来达到亲和力评分。
在一个方面，本申请描述了经由设计建立在异源二聚体Fc上的不对称支架而实现精细的FcγR选择性概况的分子设计。该支架允许CH2结构域中的不对称突变以实现多种新的选择性概况。此外，支架具有用于工程改造多功能(双、三、四或五功能)治疗分子的固有特征。
可以对于对新生Fc受体(FcRn)的pH依赖性结合特性将不对称支架进行优化，从而能够更好地再循环分子且增强其半衰期和相关的药代动力学特性。
可以对于与功能相关的FcγRI受体同种异型的结合将不对称支架进行优化。FcγRI是参与慢性炎性病症的巨噬细胞上的主要标记，所述慢性炎性病症如类风湿关节炎、特应性皮炎、银屑癣和多种肺病。
可以对于蛋白A结合对不对称支架进行优化。蛋白A结合经常用于分离和纯化抗体分子。可以将突变引入不对称支架以避免治疗剂在储存过程中的聚集。
因此，特别考虑本发明的Fc变体可以尤其含有一种或多种额外的氨基酸残基取代、突变和/或修饰，其导致具有优选特征的抗体，所述特征包括但不限于：增加的血清半衰期、增加结合亲和力、降低的免疫原性、增加的产量、增强或降低的ADCC和CDC活性、改变的糖基化和/或二硫键和修饰的结合特异性。
可以考虑，本发明的Fc变体可以具有相对于可比较的分子的其他改变的特性，包括在哺乳动物、特别是人中增加的体内半衰期(例如，血清半衰期)，在体内(例如，血清半衰期)和/或在体外(例如，保质期)增加的稳定性和/或增加的熔解温度(Tm)。在一个实施方案中，本发明的Fc变体具有下列的体内半衰期：大于15天、大于20天、大于25天、大于30天、大于35天、大于40天、大于45天、大于2个月、大于3个月、大于4个月、或大于5个月。在另一个实施方案中，本发明的Fc变体具有下列的体外半衰期(例如，液体或粉末制剂)：大于15天、大于30天、大于2个月、大于3个月、大于6个月、或大于12个月、或大于24个月、或大于36个月、或大于60个月。
本领域技术人员还将理解的是，本发明的Fc变体当施用于受试者时可以具有改变的免疫原性。相应地，可以考虑使Fc变体的免疫原性的最小化的变体CH3结构域通常对于治疗应用是更期望的。
本发明的Fc变体可以与其他Fc修饰组合，包括但不限于改变效应物功能的修饰。本发明包括组合本发明的Fc变体与其他Fc修饰来提供抗体或Fc融合蛋白中累加的、协同的或新的特性。这种修饰可以是在铰链、CH1、或CH2、(或CH3，条件是它没有阴性改变本发明的变体CH3结构域的稳定性和纯度特性)结构域或它们的组合中。考虑到，本发明的Fc变体增强与它们相组合的修饰的特征。例如，如果本发明的Fc变体与突变体组合(已知所述突变体以比包含野生型Fc区的可比较分子更高的亲合力结合FcγRIIIA)；那么与本发明的突变体的组合导致FcγRIIIA亲合力方面更高倍数的增强。
在一个实施方案中，本发明Fc变体可以与其他已知的Fc变体组合，其他已知的Fc变体如下列参考文献中公开的那些：Duncan等人，1988，Nature 332:563-564；Lund等人，1991，J Immunol 147:2657-2662；Lund等人，1992，Mol Immunol 29:53-59；Alegre等人，1994，Transplantation 57：1537-1543；Hutchins等人，1995，Proc Natl.Acad Sci USA92:11980-11984；Jefferis等人，1995，Immunol Lett.44:111-117；Lund等人，1995，FasebJ 9:115-119；Jefferis等人，1996，Immunol Lett 54:101-104；Lund等人，1996，Immunol157:4963-4969；Armour等人，1999，Eur J Immunol 29:2613-2624；Idusogie等人，2000，JImmunol 164:4178-4184；Reddy等人，2000，J Immunol 164:1925-1933；Xu等人，2000，CellImmunol 200:16-26；Idusogie等人，2001，J Immunol 166:2571-2575；Shields等人，2001，J Biol Chem 276:6591-6604；Jefferis等人，2002，Immunol Lett 82:57-65；Presta等人，2002，Biochem Soc Trans 30:487-490)；美国专利号5,624,821；5,885,573；6,194,551；美国专利公开号60/601,634和60/608,852；PCT公开号WO00/42072和WO99/58572。
本领域技术人员将理解，本发明的Fc变体可以具有改变的Fc的配体(例如，FcγR，C1q)结合特性(结合特性的实例包括但不限于：结合特异性、平衡解离常数(KD)、解离和结合速率(分别是Koff和Kon)、结合亲和力和/或抗体亲抗原性)，并且某些改变或多或少是期望的。本领域中众所周知的是，平衡解离常数(KD)被定义为koff/kon。通常应理解，具有低KD的结合分子(例如，和抗体)比具有高KD的结合分子(例如，和抗体)更优选。然而，在一些情况下，Kon或Koff值可能比KD值更相关。本领域技术人员可以确定对给定抗体应用而言哪一个动力学参数最重要。例如，增强Fc与一种或多种阳性调节物(例如，FcγRIIIA)的结合同时未改变或甚至降低Fc与阴性调节物FcγRIIB的结合的修饰的CH3和/或CH2对于增强ADCC活性将是更有利的。可替代地，降低与一种或多种阳性调节物的结合和/或增强与FcγRIIB的结合的修饰的CH3和/或CH2对于降低ADCC活性将是有利的。相应地，结合亲和力的比值(例如，平衡解离常数(KD))可以表明Fc变体的ADCC活性是否增强或降低。例如，FcγRIIIA/FcγRIIB平衡解离常数的比值(KD)的降低将与改进的ADCC活性相关，而比值的增加将与ADCC活性的下降相关。
作为Fc变体的表征的部分，测试它们与FcγRIIIA(CD16a)和FcγRIIB(CD32b)的结合亲和力，其报告为与野生型lgG1相比的比值。(参见实施例4和表5)在这样的情况下，可能评价CH3结合域突变对与这些激活和抑制Fc受体的结合的影响。在一个实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有高于70℃的熔解温度(Tm)，其中与野生型同源二聚体相比，异源二聚体与CD16a的结合约相同。在某些实施方案中，与野生型同源二聚体相比，异源二聚体与CD16a的结合是增加的。在可替代的实施方案中，与野生型同源二聚体相比，异源二聚体与CD16a的结合是减少的。
在某些实施方案中，本文提供了分离的包含异源二聚体Fc区的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有高于70℃的熔解温度(Tm)，其中与野生型同源二聚体相比，异源二聚体与CD32b的结合约相同。在某些实施方案中，与野生型同源二聚体相比，异源二聚体与CD32b的结合是增加的。在可替代的实施方案中，与野生型同源二聚体相比，异源二聚体与CD32b的结合是减少的。
本领域技术人员将理解，可以将KD报道作为Fc变体与CD16a的结合和Fc变体与CD32b的结合的比值(数据未显示)，而不是报道结合CD16a和CD32b的KD作为Fc变体与野生型同源二聚体的比值。该比值可以提供与野生型相比变体CH3结构域突变对ADCC或不变、或增加或降低的指示，如下面更详细地描述的。
本发明的Fc变体对FcγR的亲和力和结合性质最初使用本领域已知用于测定Fc-FcγR相互作用，即，Fc区与FcγR的特异性结合的体外测定(基于生物化学或免疫学的测定)来测定，包括但不限于ELISA测定、表面等离子共振测定、免疫沉淀测定(参见下面题为“表征和功能测定”的部分)和其他方法如间接结合测定、竞争性抑制测定、荧光共振能量转移(FRET)、凝胶电泳和层析法(例如凝胶过滤)。这些和其他方法可利用所检测的一种或多种组分上的标记和/或利用各种检测方法，包括但不限于发色、荧光、发光或同位素标记。有关结合亲和力和动力学的详细描述可参见Paul，W.E.编，Fundamental Immunology，第4版，Lippincott-Raven，Philadelphia(1999)，其关注于抗体-免疫原相互作用。
考虑到，本发明的分子的结合性质也通过用于测定一种或多种FcγR介体效应细胞功能的体外功能性测定来表征(参见下面题为“表征和功能测定”的部分)。在某些实施方案中，本发明的分子在体内模型(例如，本文中描述和公开的那些)中具有与基于体外的测定的那些所类似的结合性质。然而，本发明不排除在基于体外的测定中不展现期望的表型、但在体内展现期望的表型的本发明的分子。
本发明涵盖相对于可比较的分子以增加的亲和力结合FcγRIIIA(CD16a)的Fc变体。在特定的实施方案中，相对于可比较的分子，本发明的Fc变体以增加的亲和力结合FcγRIIIA且以不变或降低的结合亲和力结合FcγRIIB(CD32b)。在又另一实施方案中，相对于可比较的分子，本发明的Fc变体具有降低的FcγRIIIA/FcγRIIB平衡解离常数(KD)的比值。
本发明还考虑了相对于可比较的分子以降低的亲和力结合FcγRIIIA(CD16a)的Fc变体。在特定的实施方案中，相对于可比较的分子，本发明的Fc变体以降低的亲和力结合FcγRIIIA，且相对于可比较的分子，以不变或增加的结合亲和力结合FcγRIIB。
在一个实施方案中，Fc变体以增加的亲和力与FcγRIIIA结合。在特定的实施方案中，所述Fc变体对于FcγRIIIA的亲和力比可比较分子的高至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少30倍、或至少40倍、或至少50倍、或至少60倍、或至少70倍、或至少80倍、或至少90倍、或至少100倍、或至少200倍。在其他实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIIA的亲和力增加至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。
在另一个实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于Fc配体(例如，FcγR、C1q)的平衡解离常数(KD)降低约2倍和10倍之间、或约5倍和50倍之间、或约25倍和250倍之间、或约100倍和500倍之间、或约250倍和1000倍之间。
在另一个实施方案中，相对于可比较的分子，所述Fc变体对于FcγRIIIA的平衡解离常数(KD)降低至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少30倍、或至少40倍、或至少50倍、或至少60倍、或至少70倍、或至少80倍、或至少90倍、或至少100倍、或至少200倍、或至少400倍、或至少600倍。在另一个实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIIA的平衡解离常数(KD)降低至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。
在一个实施方案中，Fc变体以不变或降低的亲和力与FcγRIIB结合。在特定实施方案中，相对于可比较的分子，所述Fc变体对于FcγRIIB的亲和力不变或降低至少1倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在其他实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIB的亲和力不变或降低至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。
在另一个实施方案中，相对于可比较的分子，所述Fc变体对于FcγRIIB的平衡解离常数(KD)不变或增加至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少30倍、或至少40倍、或至少50倍、或至少60倍、或至少70倍、或至少80倍、或至少90倍、或至少100倍、或至少200倍。在另一个特定实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIB的平衡解离常数(KD)不变或增加至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。
在又另一个实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体以增加的亲和力结合FcγRIIIA，且相对于可比较的分子，以不变或降低的结合亲和力结合FcγRIIB。在特定实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIIA的亲和力增加至少1倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在另一个特定实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIB的亲和力或不变或降低至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在其他实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIIA的亲和力增加至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％并且相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIB的亲和力或不变或增加至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。
在又另一个实施方案中，Fc变体相对于可比较的分子的FcγRIIIA/FcγRIIB平衡解离常数(KD)的比值降低。在特定实施方案中，Fc变体相对于可比较的分子的FcγRIIIA/FcγRIIB平衡解离常数(KD)的比值降低至少1倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在另一个特定实施方案中，Fc变体相对于可比较的分子的FcγRIIIA/FcγRIIB平衡解离常数(KD)的比值降低至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。
在另一个实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体以降低的亲和力结合FcγRIIIA。在特定实施方案中，相对于可比较的分子，所述Fc变体对于FcγRIIIA的亲和力降低至少1倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在其他实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIIA的亲和力降低至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。
在又另一个实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体以降低的亲和力结合FcγRIIIA，且以不变或增加的亲和力结合FcγRIIB。在特定实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIIA的亲和力降低至少1倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在另一个特定实施方案中，Fc变体对于FcγRIIB的亲和力比可比较的分子高至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在其他实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIIA的亲和力降低至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％并且相对于可比较的分子，Fc变体对于FcγRIIB的亲和力增加至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。
在又另一个实施方案中，当与可比较的分子比较时，Fc变体对于FcγRIIIA的平衡解离常数(KD)增加至少1倍、或至少3倍、或至少5倍或至少10倍或至少20倍、或至少50倍。在特定实施方案中，相对于可比较的分子，所述Fc变体对于FcγRIIB的平衡解离常数(KD)降低至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍或至少100倍。
对于FcγR选择性的CH2变化
该复合物中Fc-FcγR蛋白-蛋白相互作用表明Fc分子中的两条链与FcγR分子上的两个不同位点相互作用。尽管天然Fc分子中的两条重链中存在对称性，但是一条链上的残基附近的局部FcγR环境不同于在相对Fc链上相同残基位置周围的FcγR残基。两个对称相关位置与FcγR残基的不同选择相互作用。
鉴于Fc与FcγR结合中的不对称性，Fc分子的链A和B中的同时突变不会以对称的方式影响与FcγR的相互作用。当引入突变以优化Fc的一条链上与其局部FcγR环境的相互作用时，在同源二聚体Fc结构中，第二条链中的对应突变对于所需的FcγR结合和选择性概况可以是有利的、不利或没有帮助的。
使用结构和计算引导的方法，将不对称突变在Fc的两条链中进行工程改造以克服传统Fc工程改造策略的这些限制，所述传统Fc工程改造策略在Fc的两条链上引入相同的突变。如果对于与受体分子的其对应面的增强的结合将Fc的两条链独立地进行优化，那么可以获得受体之间更好的结合选择性。
例如，可以设计Fc的一条链上特定位置处的突变以增强对特定残基的选择性，这是阳性设计努力，同时可以将相同的残基位置突变以便与可替代的Fcγ受体类型中的其局部环境不利地相互作用，这是阴性设计努力，从而实现两种受体之间更好的选择性。在某些实施方案中，提供了用于在CH2结构域中设计不对称氨基酸修饰的方法，其与不同的Fcγ受体相比，选择性结合一种Fcγ受体(例如选择性结合FcgRIIIa而非FcgRIIb)。在其他某些实施方案中，提供了用于在变体Fc异源二聚体的CH2结构域中设计不对称氨基酸修饰的方法，其包含CH3结构域中的氨基酸修饰以促进异源二聚体形成。在另一个实施方案中，提供了基于变体Fc异源二聚体设计对于不同Fcγ受体的选择性的方法，所述变体Fc异源二聚体包含CH2结构域中的不对称氨基酸修饰。在又另一个实施方案中，提供了用于设计偏爱Fcγ受体与Fc分子的一面结合的不对称氨基酸修饰的方法。在其他某些实施方案中，提供了用于设计偏爱Fcγ受体以便与变体Fc异源二聚体的仅一面相互作用的极性驱动者的方法，所述变体Fc异源二聚体包含CH2结构域中的不对称氨基酸修饰。
可以定制CH2结构域中的突变的不对称设计以识别Fc分子的一面上的FcγR。这构成了不对称Fc支架的产生面，而相对面呈现野生型样相互作用倾向型，而没有设计的选择性概况，且可以视为非产生面。可以采用阴性设计策略以便在非产生面上引入突变以阻断FcγR与不对称Fc支架的该面的相互作用，在那里通过迫使Fcγ受体具有期望的相互作用倾向。
表E：Fc对于不同Fcγ受体的可能有趣的选择性概况
Figure BDA0001575960910000511
(↑/-)表明表现出与特定受体类型或其同种异型之一的增加的或野生型样结合的变体。(×)表明与受体或子集同种异型没有明显的结合。
本发明还涉及融合多肽，其包含与Fc区融合的结合结构域，其中所述Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有高于70℃的熔解温度(Tm)。特别考虑的是，可以通过本领域技术人员众所周知的方法生成包含含有变体CH3结构域的异源二聚体的分子。简而言之，这些方法包括但不限于将具有期望特异性的可变区或结合结构域(例如，从噬菌体展示或表达文库分离的，或者源自受体的人或非人抗体或结合结构域的可变区)与变体Fc异源二聚体相组合。可替代地，本领域技术人员可以通过修饰包含Fc区的分子(例如抗体)的Fc区中的CH3结构域而生成变体Fc异源二聚体。
在一个实施方案中，Fc变体是抗体或Fc融合蛋白。在特定的实施方案中，本发明提供了包含Fc区的抗体，所述Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有高于70℃的熔解温度(Tm)。这样的抗体包括，可以进行修饰以生成Fc变体的天然包含含有CH3结构域的Fc区的IgG分子，或已经工程改造以含有包含变体CH3结构域的Fc区的抗体衍生物。本发明的Fc变体包括任何抗体分子，所述抗体分子结合，优选地，特异性结合(即，通过本领域众所周知用于测定特异性抗原-抗体结合的免疫测定法测定的、竞争排除非特异性结合)抗原，所述抗原包含并入变体CH3结构域的Fc区。这种抗体包括但不限于，多克隆的、单克隆的、单特异性的、双特异性的、多特异性的、人类的、人源化的、嵌合的抗体、单链抗体、Fab片段、F(ab’)2片段、二硫化物连接的Fvs、以及含有VL或VH结构域甚至特异性结合抗原的互补决定区(CDR)、在某些情况下进行工程改造以含有或融合到变体Fc异源二聚体的片段。
“抗体依赖性细胞介导的细胞毒性”或“ADCC”指分泌的抗体结合于某些细胞毒性细胞(如天然杀伤(NK)细胞、中性粒细胞和巨噬细胞)上的Fc受体(FcR)，使得这些细胞毒性效应细胞特异性结合于携带抗原(antigen-healing)的靶细胞，随后用细胞毒素杀死该靶细胞的细胞毒性形式。靶向靶细胞表面的特异性高亲和力IgG抗体将细胞毒性细胞“武装”起来，是进行这种杀伤作用绝对需要的。靶细胞裂解是细胞内过程，需要直接的细胞间接触，并且不涉及补体。
可以测定任何具体抗体通过ADCC介导靶细胞裂解的能力。为了评价ADCC活性，将感兴趣的抗体和免疫效应细胞一起加到靶细胞中，通过抗原抗体复合物可以激活该效应细胞，进而导致该靶细胞的细胞裂解。通常通过裂解细胞释放标记(如放射性底物、荧光染料或天然的细胞内蛋白质)来检测细胞裂解。可以用于这类测定的效应细胞包括外周血单核细胞(PBMC)和自然杀伤(NK)细胞。体外ADCC测定的具体实例参见Wisecarver等人，1985，79:277；Bruggemann等人，1987，J Exp Med 166:1351；Wilkinson等人，2001，J ImmunolMethods 258:183；Patel等人，1995J Immunol Methods 184:29和本文所述(参见下面题为“表征和功能测定”的部分)。或者或此外，可以在体内评价感兴趣的抗体的ADCC活性，例如在如Clynes等人，1998，PNAS USA 95:652所述的动物模型中评价。
考虑本发明的Fc变体通过用于测定一种或多种FcγR介体效应细胞功能的体外功能性测定来表征。在特定的实施方案中，本发明的分子在体内模型(例如，本文中描述和公开的那些)中具有与基于体外的测定的那些所类似的结合性质和效应细胞功能。然而，本发明不排除在基于体外的测定中不展现期望的表型、但在体内展现期望的表型的本发明的分子。
本发明进一步提供了具有增强的CDC功能的Fc变体。在一个实施方案中，Fc变体具有增加的CDC活性。在一个实施方案中，Fc变体的CDC活性比可比较的分子高至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少10倍、或至少50倍、或至少100倍。在另一个实施方案中，Fc变体结合C1q的亲和力比可比较的分子高至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在又另一个实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体的CDC活性增加至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。在特定的实施方案中，本发明的Fc变体以增加的亲和力结合C1q；具有增强的CDC活性且与至少一种抗原特异性结合。
本发明还提供了具有降低的CDC功能的Fc变体。在一个实施方案中，Fc变体具有降低的CDC活性。在一个实施方案中，Fc变体的CDC活性比可比较的分子低至少2倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少10倍、或至少50倍或至少100倍。在另一个实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体结合C1q的亲和力降低至少1倍、或至少3倍、或至少5倍、或至少10倍、或至少20倍、或至少50倍、或至少100倍。在另一个实施方案中，相对于可比较的分子，Fc变体的CDC活性降低至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少100％、或至少150％、或至少200％。在特定的实施方案中，Fc变体以降低的亲和力结合C1q，具有降低的CDC活性且与至少一种抗原特异性结合。
在一些实施方案中，Fc变体包含一种或多种工程改造的糖形式，即共价连接于含有Fc区的分子的糖组成。工程改造的糖形式可以用于各种目的，包括但不限于提高或降低效应物功能。可以通过本领域技术人员已知的任何方法产生工程改造的糖形式，例如，采用工程改造或变体表达株，通过与一种或多种酶如β(1,4)-N-乙酰葡糖胺基转移酶III(GnTI11)共同表达，通过在各种生物体或来自各种生物体的细胞系中表达含有Fc区的分子，或者通过在含有Fc区的分子表达后修饰碳水化合物。产生工程改造的糖形式的方法是本领域已知的，包括但不限于Umana等人，1999，Nat.Biotechnol 17:176-180；Davies等人，20017Biotechnol Bioeng 74:288-294；Shields等人，2002，J Biol Chem 277:26733-26740；Shinkawa等人，2003，J Biol Chem 278:3466-3473)；美国专利号6,602,684；美国序列号10/277,370；美国序列号10/113,929；PCT WO 00/61739A1；PCT WO 01/292246A1；PCTWO 02/311140A1；PCT WO 02/30954A1所述的方法；PotillegentTM技术(Biowa，Inc.Princeton，N.J.)；GlycoMAbTM糖基化工程改造技术(GLYCART biotechnology AG，Zurich，Switzerland)。参见例如WO 00061739；EA01229125；US 20030115614；Okazaki等人，2004，JMB，336:1239-49。
考虑Fc变体包括包含可变区和异源二聚体Fc区的抗体，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有高于70℃的熔解温度(Tm)。是抗体的Fc变体可以通过将特异性结合至少一种抗原的其片段的可变结构域与包含变体CH3结构域的异源二聚体Fc区相组合而“重新”产生。可替代地，可以通过修饰结合抗原的含有Fc区的抗体的CH3结构域而产生异源二聚体Fc变体。
本发明的抗体可以包括但不限于合成抗体、单克隆抗体、重组产生的抗体、胞内抗体、单特异性抗体、多特异性抗体、双特异性抗体、人抗体、人源化抗体、嵌合抗体、合成抗体、单链FvFc(scFvFc)、单链Fv(scFv)和抗-独特型(抗-Id)抗体。具体而言，用于本发明方法中的抗体包括免疫球蛋白分子和免疫球蛋白分子的免疫活性部分。本发明免疫球蛋白分子可以是任何类型(如IgG、IgE、IgM、IgD、IgA和IgY)、类别(如IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgA1和IgA2)或亚类的免疫球蛋白分子。
本发明的抗体可以来自任何动物来源，包括鸟类和哺乳动物(如人、鼠、驴、绵羊、兔、山羊、豚鼠、骆驼、马或鸡)。在一个特定的实施方案中，该抗体是人或人源化单克隆抗体，特别地双特异单克隆抗体。本文所使用的“人”抗体包括具有人免疫球蛋白氨基酸序列的抗体，并且包括由人免疫球蛋白文库或由人基因表达抗体的小鼠分离的抗体。
抗体如所有多肽都具有等电点(pI)，等电点(pI)通常定义为多肽不带净电荷时的pH。本领域已知一般当溶液的pH等于该蛋白的等电点(pI)时该蛋白的溶解度最低。可能通过改变抗体中可电离残基的数量和位置以调节pI，从而优化溶解度。例如，可通过进行适当的氨基酸取代(例如用带电氨基酸如赖氨酸取代不带电残基如丙氨酸)操纵多肽的pI。不受任何具体理论的束缚，导致所述抗体pI改变的抗体的氨基酸取代可提高该抗体的溶解度和/或稳定性。本领域技术人员可以理解何种氨基酸取代最适合特定抗体获得所需pI。可以通过各种方法测定蛋白质的pI，这些方法包括但不限于：等电聚焦和各种计算机算法(参见例如，Bjellqvist等人，1993，Electrophoresis 14:1023)。在一个实施方案中，本发明Fc变体PI是介于pH 6.2和pH 8.0之间。在另一个实施方案中，本发明抗体PI是介于pH 6.8和pH7.4之间。在一个实施方案中，导致本发明Fc变体pI改变的取代将不会显著降低它与抗原的结合亲和力。可以考虑，具有增加稳定性的变体CH3结构域也可以导致pI的变化。在一个实施方案中，特异性选择变体Fc异源二聚体以影响增加稳定性和纯度和，任何期望的pI变化。
本发明的抗体可以是单特异性、双特异性、三特异性或具有更多特异性的。多特异性抗体可以特异性结合于所需靶分子的不同表位，或者可以特异性结合于靶分子和异源表位，如异源多肽或固体支持物。参见例如国际公开号WO 94/04690、WO 93/17715、WO 92/08802、WO91/00360和WO 92/05793；Tutt等人，1991，J.Immunol.147:60-69；美国专利号4,474,893、4,714,681、4,925,648、5,573,920和5,601,819；以及Kostelny等人，1992，J.Immunol.148:1547)。
可以基于如图20中所示的这种不对称支架设计多功能靶向分子的各种实施方案。
多特异性抗体对至少两种不同抗原具有结合特异性。虽然这类分子通常只结合两种抗原(即双特异性抗体，BsAb)，但本发明也包括具有额外的特异性的抗体如三特异性抗体。BsAb的实例包括但不限于一个臂针对肿瘤细胞抗原且另一个臂针对细胞毒性分子，或两个臂针对两个不同的肿瘤细胞抗原，或两个臂针对两种不同的可溶性配体，或一个臂针对可溶性配体且另一臂针对细胞表面受体，或两个臂针对两种不同的细胞表面受体的那些。制备双特异性抗体的方法是本领域已知的。
根据不同方法，将具有所需结合特异性的抗体可变结构域(抗体-抗原组合位点)融合于免疫球蛋白恒定结构域序列。可以与含有铰链、CH2和CH3区的至少部分的免疫球蛋白重链恒定区融合。考虑含有结合轻链所必需的位点的第一重链恒定区(CH1)存在于至少一种融合物中。将编码免疫球蛋白重链融合物，如果需要，还有免疫球蛋白轻链的DNA，插入分开的表达载体中，共同转染到合适的宿主生物体中。在当用于构建的三条多肽链的不等比例提供了最佳产量的实施方案中，这为调整所述三个多肽片段的相互比例提供了很大的灵活性。参见，实施例1和表2。然而，当表达比例相同的至少两种多肽链导致高产率或该比例不是特别重要时，可能将两种或所有三种多肽链的编码序列插入一个表达载体中。
双特异性抗体包括交联或“异源缀合”的抗体。例如，异源缀合物中的一种抗体可以偶联于抗生物素蛋白，另一种抗体缀合于生物素。提议用这类抗体(例如)使免疫系统细胞靶向不良细胞(美国专利号4,676,980)，并用于治疗HIV感染(WO 91/00360、WO 92/200373和EP 03089)。可以采用任何常规的交联方法制备异源缀合物抗体。合适的交联剂是本领域众所周知的，参见美国专利号4,676,980以及许多交联技术。
考虑具有多于两价且并入变体CH3结构域和获得的本发明的Fc异源二聚体的抗体。例如，可以制备三特异性抗体。参见例如Tutt等人，J.Immunol.147:60(1991)。
本发明的抗体也包括在哺乳动物(如人)中的半衰期(如血清半衰期)大于15天、大于20天、大于25天、大于30天、大于35天、大于40天、大于45天、大于2个月、大于3个月、大于4个月或大于5个月的抗体。本发明的抗体在哺乳动物(如人)中的半衰期延长导致所述抗体或抗体片段在该哺乳动物中的血清滴度较高，因此降低施用所述抗体或抗体片段的频率和/或降低施用所述抗体或抗体片段的浓度。可以通过本领域技术人员已知的技术产生体外半衰期延长的抗体。例如，可通过修饰(如取代、缺失或加入)经鉴定参与Fc结构域和FcRn受体之间的相互作用的氨基酸残基，产生体内半衰期延长的抗体(参见例如，国际公开号WO97/34631；WO 04/029207；美国专利号6,737,056和美国专利公开号2003/0190311)。
在一个特定实施方案中，包含CH3结构域的变体Fc异源二聚体是多特异性抗体(本文中被称为本发明的抗体)，本发明的抗体与感兴趣的抗原特异性结合。具体而言，本发明的抗体是双特异性抗体。在一个实施方案中，本发明的抗体特异性结合多肽抗原。在另一个实施方案中，本发明的抗体特异性结合非多肽抗原。在又另一个实施方案中，将本发明的抗体施用于患有疾病或病症的哺乳动物可以导致在该哺乳动物中的治疗益处。
基本上任何分子都可以被变体Fc异源二聚体蛋白靶向和/或并入变体Fc异源二聚体蛋白中，所述变体Fc异源二聚体蛋白(例如抗体、Fc融合蛋白)包括但不限于以下蛋白质列表以及属于以下蛋白质列表的亚基、结构域、基序和表位：肾素；生长激素，包括人生长激素和牛生长激素；生长激素释放因子；甲状旁腺激素；促甲状腺激素；脂蛋白；α-1-抗胰蛋白酶；胰岛素A-链；胰岛素B-链；胰岛素原；促卵泡激素；降钙素；黄体生成素；胰高血糖素；凝集因子如因子VII、因子VIIIC、因子IX、组织因子(TF)和冯维勒布兰德因子；抗凝因子如蛋白C；心钠素；肺表面活性剂；纤溶酶原激活物，如尿激酶或人尿或组织类型纤溶酶原激活物(t-PA)；铃蟾肽；凝血酶；造血生长因子；肿瘤坏死因子-α和-β；脑啡肽酶；RANTES(活化后可调节的、通常T细胞表达和分泌的)；人巨噬细胞炎性蛋白(MIP-1-α)；血清白蛋白如人血清白蛋白；苗勒管(Muellerian)-抑制物；松弛素A-链；松弛素B-链；松弛素原；小鼠促性腺素-相关肽；微生物蛋白质，如β-内酰胺酶；DNA酶；IgE；细胞毒性T-淋巴细胞相关抗原(CTLA)，如CTLA-4；抑制素；活化素；血管内皮生长因子(VEGF)；激素或生长因子的受体，例如，EGFR、VEGFR；干扰素，如α干扰素(α-IFN)、β干扰素(β-IFN)和γ干扰素(γ-IFN)；蛋白A或D；类风湿性因子；神经营养因子如骨源性的神经营养因子(BDNF)，神经营养因子-3、-4、-5或-6(NT-3、NT-4、NT-5或NT-6)或神经生长因子；血小板源性生长因子(PDGF)；成纤维细胞生长因子，如AFGF和PFGF；表皮生长因子(EGF)；转化生长因子(TGF)如TGF-α和TGF-β，包括TGF-1、TGF-2、TGF-3、TGF-4或TGF-5；胰岛素样生长因子-I和-II(IGF-I和IGF-II)；des(1-3)-IGF-I(脑IGF-I)、胰岛素样生长因子结合蛋白；CD蛋白，如CD2、CD3、CD4、CD8、CD11a、CD14、CD18、CD19、CD20、CD22、CD23、CD25、CD33、CD34、CD40、CD40L、CD52、CD63、CD64、CD80和CD147；红细胞生成素；成骨诱导因子；免疫毒素；骨形态发生蛋白(BMP)；干扰素如干扰素-α、β和γ；集落刺激因子(CSF)，如M-CSF、GM-CSF和G-CSF；白介素(IL)，如IL-1至IL-13；TNFα，超氧化物歧化酶；T细胞受体；表面膜蛋白；衰变加速因子；病毒抗原，例如AIDS包膜的一部分，如gp120；转移蛋白；归巢受体；地址素；调控蛋白；细胞粘附分子如LFA-1、Macl、p150.95、VLA-4、ICAM-1、ICAM-3和VCAM、a4/p7整联蛋白和Xv/p3整联蛋白包括任一种或其亚基，整联蛋白α亚基，如CD49a、CD49b、CD49c、CD49d、CD49e、CD49f、α7、α8、α9、αD、CD11a、CD11b、CD51、CD11c、CD41、αIIb、αIELb；整联蛋白β亚基，如CD29、CD18、CD61、CD104、β5、β6、β7和β8；整联蛋白亚基组合，包括但不限于：αVβ3、αVβ5和α4β7；凋亡途径成员；IgE；血型抗原；flk2/flt3受体；肥胖(OB)受体；mp1受体；CTLA-4；蛋白C；Eph受体如EphA2、EphA4、EphB2等；人白细胞抗原(HLA)如HLA-DR；补体蛋白如补体受体CR1、C1Rq和其他补体因子如C3和C5；糖蛋白受体如GpIbα、GPIIb/IIIa和CD200；以及任何上述多肽的片段。
还考虑特异性结合癌抗原的本发明的抗体，所述癌抗原包括但不限于：ALK受体(多效营养因子受体)、多效营养因子、KS1/4泛癌抗原；卵巢癌抗原(CA125)；前列腺酸磷酸酯；前列腺特异性抗原(PSA)；黑色素瘤-相关抗原p97；黑色素瘤抗原gp75；高分子量黑色素瘤抗原(HMW-MAA)；前列腺特异性膜抗原；癌胚抗原(CEA)；多形上皮粘蛋白抗原；人乳脂球抗原；结直肠肿瘤相关抗原，如：CEA、TAG-72、CO17-1A、GICA19-9、CTA-1和LEA；伯基特淋巴瘤抗原-38.13；CD19；人B-淋巴瘤抗原-CD20；CD33；黑色素瘤特异性抗原如神经节苷脂GD2、神经节苷脂GD3、神经节苷脂GM2和神经节苷脂GM3；肿瘤特异性移植类型细胞表面抗原(TSTA)；病毒诱导的肿瘤抗原，包括T-抗原、DNA肿瘤病毒和RNA肿瘤病毒的包膜抗原；癌胚抗原-甲胎蛋白如结肠的CEA、5T4癌胚滋养层糖蛋白和膀胱肿瘤癌胚抗原；分化抗原，如人肺癌抗原L6和L20；纤维肉瘤抗原；人白血病T细胞抗原-Gp37；新糖蛋白(neoglycoprotein)；鞘脂；乳腺癌抗原如EGFR(表皮生长因子受体)；NY-BR-16；NY-BR-16和HER2抗原(p185HER2)；多形性上皮粘蛋白(PEM)；恶性人淋巴细胞抗原-APO-1；分化抗原，如胎儿红细胞中发现的I抗原；成年人红细胞中发现的原内胚层I抗原；着床前胚胎；胃腺癌中发现的I(Ma)；乳腺上皮中发现的M18、M39；骨髓细胞中发现的SSEA-1；VEP8；VEP9；Myl；Va4-D5；结直肠癌中发现的D156-22；TRA-1-85(血型H)；睾丸和卵巢癌中发现的SCP-1；结肠腺癌中发现的C14；肺腺癌中发现的F3；胃癌中发现的AH6；Y半抗原；胚胎癌细胞中发现的Ley；TL5(血型A)；A431细胞中发现的EGF受体；胰腺癌中发现的E1系列(血型B)；胚胎癌细胞中发现的FC10.2；胃腺癌抗原；腺癌中发现的CO-514(血型Lea)；腺癌中发现的NS-10；CO-43(血型Leb)；A431细胞EGF受体中发现的G49；结肠腺癌中发现的MH2(血型ALeb/Ley)；结肠癌中发现的19.9；胃癌粘蛋白；骨髓细胞中发现的T5A7；黑色素瘤中发现的R24；胚胎癌细胞中发现的4.2、GD3、D1.1、OFA-1、GM2、OFA-2、GD2和M1：22：25：8以及4-8细胞期胚胎中发现的SSEA-3和SSEA-4；皮肤T细胞淋巴瘤抗原；MART-1抗原；唾液酸Tn(STn)抗原；结肠癌抗原NY-CO-45；肺癌抗原NY-LU-12变体A；腺癌抗原ART1；副肿瘤性相关性脑-睾丸-癌症抗原(癌神经元抗原MA2；副肿瘤性神经元抗原)；神经肿瘤腹侧抗原2(NOVA2)；肝细胞癌抗原基因520；肿瘤相关抗原CO-029；肿瘤相关抗原MAGE-C1(癌症/睾丸抗原CT7)、MAGE-B1(MAGE-XP抗原)、MAGE-B2(DAM6)、MAGE-2、MAGE-4-a、MAGE-4-b和MAGE-X2；癌症-睾丸抗原(NY-EOS-1)以及任何上述多肽的片段。
在某些实施方案中，本文所述的异源多聚体包含至少一种治疗性抗体。在一些实施方案中，治疗性抗体结合癌靶抗原。在一个实施方案中，治疗性抗体可以是选自下列中的一种：阿巴伏单抗(abagovomab)、阿达木单抗(adalimumab)、阿伦珠单抗、aurograb、巴匹珠单抗、巴利昔单抗、贝利木单抗(belimumab)、贝伐珠单抗、briakinumab、卡那单抗(canakinumab)、卡妥索单抗(catumaxomab)、塞舍珠单抗(certolizumab pegol)、西妥昔单抗、达克珠单抗、地舒单抗(denosumab)、依法珠单抗、加利昔单抗(galiximab)、吉妥珠单抗奥佐米星、戈利木单抗(golimumab)、替伊莫单抗、英利昔单抗、伊匹木单抗、鲁昔单抗、美泊利单抗、莫他珠单抗、莫罗单抗、mycograb、那他珠单抗、尼妥珠单抗、奥瑞珠单抗(ocrelizumab)、奥法木单抗(ofatumumab)、奥马珠单抗、帕利珠单抗、帕尼单抗、培妥珠单抗、雷珠单抗、瑞利珠单抗、利妥昔单抗、替利珠单抗(teplizumab)、托珠单抗/atlizumab、托西莫单抗、曲妥珠单抗、ProxiniumTM、RencarexTM、优特克单抗、扎芦木单抗(zalutumumab)和任何其他抗体。
本发明的抗体包括修饰的衍生物(即，通过将任何类型的分子共价结合到抗体上，从而共价结合)。例如但不限于，抗体衍生物包括通过，例如糖基化、乙酰化、聚乙二醇化、磷酸化、酰胺化、通过已知保护/封闭基团衍生化、蛋白水解切割、连接于细胞配体或其他蛋白质等方法修饰的抗体。可以通过已知技术进行任何许多化学修饰，这些技术包括但不限于：特定化学切割、乙酰化、甲酰化、衣霉素的代谢合成等。此外，该衍生物可以含有一个或多个非经典氨基酸。
可以通过将聚合物分子如高分子量聚乙二醇(PEG)连接到抗体或抗体片段，产生体内半衰期延长的抗体或其片段。可以通过PEG与所述抗体或抗体片段的N末端或C末端的位点特异性缀合，或通过赖氨酸残基上存在的ε-氨基、利用或不利用多功能接头，将PEG连接于抗体或抗体片段。可以利用导致生物活性损失最小的直链或支链聚合物衍生化。通过SDS-PAGE和质谱密切监测缀合程度，以保证PEG分子适当地缀合于所述抗体。可以通过，例如大小排阻或离子交换层析将未反应的PEG与抗体-PEG缀合物分离开。
另外，可以将抗体缀合于白蛋白，以制备体内更稳定且具有更长的体内半衰期的抗体或抗体片段。本领域众所周知这些技术，参见例如国际公开号WO 93/15199、WO 93/15200和WO 01/77137；和欧洲专利号EP 413,622。本发明涵盖与一个或多个部分融合或缀合的抗体或其片段的用途，所述部分包括但不限于：肽、多肽、蛋白质、融合蛋白、核酸分子、小分子、模拟剂、合成药物、无机分子和有机分子。
本发明涵盖与异源蛋白或多肽(或其部分，例如，至少10、至少20、至少30、至少40、至少50、至少60、至少70、至少80、至少90或至少100个氨基酸的多肽)重组地融合或化学地缀合(包括共价和非共价缀合)的抗体或其片段以产生融合蛋白的用途。融合不一定需要直接融合，但可以通过接头序列进行。例如，可以采用抗体，通过将抗体融合或缀合于特定细胞表面受体的特异性抗体，使异源多肽在体外或体内靶向至特定细胞类型。也可以将融合或缀合于异源多肽的抗体用于使用本领域已知方法的体外免疫测定和纯化方法。参见例如，国际公开号WO 93/21232；欧洲专利号EP 439,095；Naramura等人，1994，Immunol.Lett.39:91-99；美国专利号5,474,981；Gillies等人，1992，PNAS 89:1428-1432；和Fell等人，1991，J.Immunol.146:2446-2452。
本发明进一步包括包含与抗体片段融合或缀合的异源蛋白、肽或多肽的组合物。例如，可以将异源多肽融合或缀合于Fab片段、Fd片段、Fv片段、F(ab)2片段、VH结构域、VL结构域、VH CDR、VL CDR或其片段。本领域众所周知融合或缀合多肽到抗体部分的方法。参见例如，美国专利号5,336,603、5,622,929、5,359,046、5,349,053、5,447,851和5,112,946；欧洲专利号EP 307,434和EP 367,166；国际公开号WO 96/04388和WO 91/06570；Ashkenazi等人，1991，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88：10535-10539；Zheng等人，1995，J.Immunol.154:5590-5600；和Vil等人，1992，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:11337-11341。
通过基因改组、基序改组、外显子改组和/或密码子改组(共同称为“DNA改组”)的技术，可以产生其他的融合蛋白，如，特异性结合抗原(如，同上)的抗体。可以采用DNA改组来改变本发明抗体或其片段的活性(例如，具有更高亲和力和更低离解速率的抗体或其片段)。参见，一般地，美国专利号5,605,793、5,811,238、5,830,721、5,834,252和5,837,458，和Patten等人，1997，Curr.Opinion Biotechnol.8：724-33；Harayama，1998，TrendsBiotechnol.16(2)：76-82；Hansson等人，1999，J.Mol.Biol.287：265-76；以及Lorenzo和Blasco，1998，BioTechniques24(2)：308-313。可以在重组之前通过易错PCR、随机核苷酸插入或其他方法经历随机诱变来改变抗体或其片段、或编码的抗体或其片段。编码其部分特异性结合抗原的抗体或抗体片段的多核苷酸的一个或多个部分可以与一种或多种异源分子的一个或多个成分、基序、段、部分、结构域、片段等等重组。
本发明还包括缀合于治疗剂的变体Fc异源二聚体或其片段的用途。
可以将抗体或其片段缀合于治疗部分，例如细胞毒素，如细胞抑制剂或杀细胞剂、治疗剂或放射性金属离子，如α-发射体。细胞毒素或细胞毒性剂包括对细胞有害的任何试剂。实例包括核糖核酸酶、monomethylauristatin E和F、紫杉醇、松胞菌素B、短杆菌肽D、溴乙锭、吐根碱、丝裂霉素、依托泊甙、替诺泊甙(tenoposide)、长春新碱、长春碱、秋水仙素、多柔比星、道诺霉素、二羟炭疽菌素二酮、米托蒽醌、光神霉素、放线菌素D、1-去氢睾酮、糖皮质激素类、普鲁卡因、丁卡因、利多卡因、普萘洛尔、嘌呤霉素、表柔比星和环磷酰胺和它们的类似物或同系物。治疗剂包括但不限于抗代谢剂(如甲氨蝶呤、6-巯基嘌呤、6-硫鸟嘌呤、阿糖胞苷、5-氟尿嘧啶、氨烯咪胺)、烷化剂(如双氯乙基甲胺、塞替派(thioepa)苯丁酸氮芥、美法仑、卡莫司汀(BCNU)和洛莫司汀(CCNU)、环磷酰胺(cyclophosphamide)、白消安、二溴甘露醇、链脲霉素、丝裂霉素C和顺二氯二胺铂(II)(DDP)顺铂)、蒽环霉素(如道诺霉素和多柔比星)、抗生素(如放线菌素D(以前为放线菌素)、博来霉素、光神霉素和氨茴霉素(AMC))和抗-有丝分裂剂(如长春新碱和长春碱)。更详细的治疗剂列表可参见PCT公开WO03/075957。
另外，可将抗体及其片段缀合于改变给定生物应答的治疗剂或药物部分。治疗剂或药物部分不应解释为仅限于经典化疗剂。例如，药物部分可以是具有所需生物学活性的蛋白质或多肽。这类蛋白质可以包括，例如，毒素，如相思豆毒蛋白，蓖麻毒蛋白A，昂科酶(Onconase)(或另一种细胞毒性RNA酶)，假单胞菌外毒素，霍乱毒素或白喉毒素；蛋白质如肿瘤坏死因子，α-干扰素，β-干扰素，神经生长因子，血小板源性生长因子，组织纤溶酶原激活物，凋亡剂，如TNF-α、TNF-β、AIM I(参见国际公开号WO 97/33899)、AIM II(参见国际公开号WO 97/34911)、Fas配体(Takahashi等人，1994，J.Immunol.，6:1567)和VEGI(参见国际公开号WO 99/23105)，血栓形成剂(thrombotic agent)或抗-血管生成剂，如血管抑制素或内皮抑制素；或者，生物应答改变剂，例如，淋巴因子(如白介素-1(“IL-1”)、白介素-2(“IL-2”)、白介素-6(“IL-6”)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(“GM-CSF”)和粒细胞集落刺激因子(“G-CSF”))或生长因子(如生长激素(“GH”))。
而且，可以将抗体缀合于治疗部分如放射性物质或用于缀合放射性金属离子的大环螯合剂(参见上述放射性物质的实例)。在某些实施方案中，大环螯合剂是可以通过接头分子连接于抗体的1,4,7,10-四氮杂环十二烷-N,N’,N”,N”-四乙酸(DOTA)。本领域通常已知这类接头分子，参见Denardo等人，1998，Clin Cancer Res.4:2483；Peterson等人，1999，Bioconjug.Chem.10:553；和Zimmerman等人，1999，Nucl.Med.Biol.26:943。
本领域已知将抗体融合或缀合于多肽部分的方法。参见例如，美国专利号5,336,603；5,622,929；5,359,046；5,349,053；5,447,851和5,112,946；EP 307,434；EP 367,166；PCT公开WO 96/04388和WO 9I/06570；Ashkenazi等人，1991，PNAS USA 88:10535；Zheng等人，1995，J Immunol 154:5590；和Vil等人，1992，PNAS USA 89:11337。抗体与部分的融合不一定需要直接融合，但可通过接头序列融合。本领域通常知道这类接头分子，参见Denardo等人，1998，Clin Cancer Res 4:2483；Peterson等人，1999，Bioconjug Chem 10:553；Zimmerman等人，1999，Nucl Med Biol 26:943；Garnett，2002，Adv Drug Deliv Rev53:17l。
Fc变体、其衍生物、类似物或片段(如本发明的抗体或融合蛋白)的重组表达需要构建含有编码Fc变体(如抗体或融合蛋白)的多核苷酸的表达载体。一旦获得编码Fc变体(如抗体或融合蛋白)的多核苷酸，可以利用本领域众所周知技术通过重组DNA技术产生用于产生Fc变体(如抗体或融合蛋白)的载体。因此，本文描述了通过表达含有Fc变体(如抗体或融合蛋白)编码核苷酸序列的多核苷酸制备蛋白质的方法。可以利用本领域技术人员众所周知的方法构建含有Fc变体(如抗体或融合蛋白)编码序列和合适的转录和翻译控制信号的表达载体。这些方法包括例如，体外重组DNA技术、合成技术和体内遗传重组。因此，本发明提供包含可操作连接于启动子的编码本发明Fc变体的核苷酸序列的可复制载体。这类载体可以包括编码抗体分子恒定区(参见例如国际公开号WO 86/05807；国际公开号WO 89/01036；和美国专利号5,122,464)和抗体可变区的核苷酸序列，或者可以将产生Fc变体的多肽克隆到这类载体中，用于表达全长抗体链(如重链或轻链)，或者含有非抗体衍生多肽和并入至少变体CH3结构域的Fc区的融合物的完整Fc变体。
通过常规技术将该表达载体转移到宿主细胞中，然后通过常规技术培养该转染细胞，产生本发明的Fc变体。因此，本发明包括含有可操作连接于异源启动子的编码本发明的Fc变体的多核苷酸的宿主细胞。在特定的实施方案中，为了表达含有双链抗体的Fc变体，可以在宿主细胞中共同表达编码重链和轻链的载体，以表达整个免疫球蛋白分子，如下所详述。
可以利用各种宿主表达载体系统来表达本发明的Fc变体(如抗体或融合蛋白分子)(参见例如，美国专利号5,807,715)。这类宿主表达系统代表可以产生并随后纯化感兴趣编码序列的载体，但也代表用合适的核苷酸编码序列转化或转染时，可以原位表达本发明的Fc变体的细胞。这些包括但不限于微生物，例如用含有Fc变体编码序列的重组噬菌体DNA、质粒DNA或粘粒DNA表达载体转化的细菌(如大肠杆菌(E.coli)和枯草芽孢杆菌(B.subtilis))；用含有Fc变体编码序列的重组酵母表达载体转化的酵母(如毕赤酵母(Saccharomyces Pichia))；用含有Fc变体编码序列的重组病毒表达载体(如杆状病毒)感染的昆虫细胞系统；用含有Fc变体编码序列的重组病毒表达载体(如花椰菜花叶病毒，CaMV；烟草花叶病毒，TMV)感染的或用含有Fc变体编码序列的重组质粒表达载体(如Ti质粒)转化的植物细胞系统；或者哺乳动物细胞系统(如COS、CHO、BHK、293、NS0和3T3细胞)，其携带含有衍生自哺乳动物细胞基因组(如金属硫蛋白启动子)或哺乳动物病毒(如腺病毒晚期启动子；牛痘病毒7.5K启动子)的启动子的重组表达构建体。在某些实施方案中，利用细菌细胞如大肠杆菌，或真核细胞来表达作为重组抗体或融合蛋白分子的Fc变体。例如，哺乳动物细胞如中国仓鼠卵巢细胞(CHO)与载体如来自人巨细胞病毒的主要中间早期基因启动子元件的组合，是抗体的有效表达系统(Foecking等人，1986，Gene 45:101；和Cockett等人，1990，Bio/Technology 8:2)。在一个特定实施方案中，编码本发明的Fc变体(如抗体或融合蛋白)的核苷酸序列的表达受到组成型启动子、诱导型启动子或组织特异性启动子的调节。
在细菌系统中，可以根据所表达Fc变体(如抗体或融合蛋白)的所需用途有利地选择许多表达载体。例如，当待产生大量这类蛋白质而用于产生Fc变体药物组合物时，可能需要指导表达容易纯化的高水平融合蛋白产物的载体。这类载体包括但不限于，大肠杆菌表达载体pUR278(Ruther等人，1983，EMBO 12:1791)，其中Fc变体编码序列可以单独连接到载体中，其与lac Z编码区同框，以便产生lac Z-融合蛋白；pIN载体(Inouye和Inouye，1985，Nucleic Acids Res.13:3101-3109；Van Heeke和Schuster，1989，J.Biol.Chem.24:5503-5509)；等等。也可以采用pGEX载体表达外来多肽与谷胱甘肽5-转移酶(GST)的融合蛋白。这种融合蛋白一般是可溶性的，通过与基质谷胱甘肽-琼脂糖珠吸附和结合然后在游离谷胱甘肽存在下洗脱而容易地从裂解的细胞中纯化。设计pGEX载体以包括凝血酶或因子Xa蛋白酶切割位点，以便可以由GST部分释放克隆的靶基因产物。
在昆虫系统中，苜蓿银纹夜蛾(Autographa californica)核多面体病病毒(AcNPV)用作表达外来基因的载体。该病毒在草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)细胞中生长。可将Fc变体(如抗体或融合蛋白)编码序列单独克隆到病毒的非必需区(如多角体蛋白基因)中，并置于AcNPV启动子(如多角体蛋白启动子)的控制下。
在哺乳动物宿主细胞中，可以利用许多基于病毒的表达系统。在腺病毒用作表达载体的情况下，可以将感兴趣的Fc变体(如抗体或融合蛋白)编码序列连接于腺病毒转录/翻译控制复合物，例如晚期启动子和三联前导序列。然后，可以通过体外或体内重组将该嵌合基因插入腺病毒基因组中。插入病毒基因组的非必需区(如E1或E3区)将产生活的且能够在感染宿主中表达Fc变体(如抗体或融合蛋白)的重组病毒(参见例如Logan和Shenk，1984，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 81:355-359)。插入的抗体编码序列的有效翻译也可能需要特定的起始信号。这些信号包括ATG启动密码子和相邻序列。另外，该启动密码子必须与所需编码序列的阅读框同相，以保证完整插入物的翻译。这些外源性翻译控制信号和启动密码子可以来自各种来源，包括天然的和合成的。可以通过包括合适的转录增强子元件、转录终止子等提高表达效率(参见例如Bittner等人，1987，Methods in Enzymol.153:516-544)。
可以通过本领域已知的任何启动子或增强子元件控制Fc变体(如抗体或融合蛋白)的表达。可以用于控制编码Fc变体(如抗体或融合蛋白)的基因表达的启动子包括但不限于：SV40早期启动子区(Bernoist和Chambon，1981，Nature 290:304-310)、劳氏肉瘤病毒3’长末端重复中含有的启动子(Yamamoto等人，1980，Cell 22:787-797)、疱疹胸苷激酶启动子(Wagner等人，1981，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.78:1441-1445)、金属硫蛋白基因的调控序列(Brinster等人，1982，Nature 296:39-42)、四环素(Tet)启动子(Gossen等人，1995，Proc.Nat.Acad.Sci.USA 89:5547-5551)；原核表达载体如β-内酰胺酶启动子(Villa-Kamaroff等人，1978，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.75:3727-3731)，或tac启动子(DeBoer等人，1983，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.80:21-25；也参见“Useful proteinsfrom recombinant bacteria”，刊于Scientific American，1980，242:74-94)；含有胭脂碱合成酶启动子区的植物表达载体(Herrera-Estrella等人，Nature 303:209-213)或花椰菜花叶病毒35S RNA启动子(Gardner等人，1981，Nucl.Acids Res.9:2871)和光合作用酶二磷酸核酮糖羧化酶的启动子(Herrera-Estrella等人，1984，Nature310：115-120)；来自酵母或其他真菌的启动子元件如Gal 4启动子、ADC(醇脱氢酶)启动子、PGK(磷酸甘油激酶)启动子、碱性磷酸酶启动子和以下动物转录控制区，它们表现出组织特异性并被用于转基因动物：在胰腺腺细胞中有活性的弹性蛋白酶I基因控制区(Swift等人，1984，Cell 38:639-646；Ornitz等人，1986，Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.50:399-409；MacDonald，1987，Hepatology 7:425-515)；在胰腺β细胞中有活性的胰岛素基因控制区(Hanahan，1985，Nature 315:115-122)，在淋巴细胞中有活性的免疫球蛋白基因控制区(Grosschedl等人，1984，Cell 38:647-658；Adames等人，1985，Nature 318:533-538；Alexander等人，1987，Mol.Cell.Biol.7:1436-1444)，在睾丸、乳腺、淋巴和肥大细胞中有活性的小鼠乳腺肿瘤病毒控制区(Leder等人，1986，Cell 45:485-495)，在肝中有活性的白蛋白基因控制区(Pinkert等人，1987，Genes and Devel.1:268-276)，在肝中有活性的甲胎蛋白基因控制区(Krumlauf等人，1985，Mol.Cell.Biol.5:1639-1648；Hammer等人，1987，Science 235:53-58；在肝中有活性的α1-抗胰蛋白酶基因控制区(Kelsey等人，1987，Genes and Devel.1:161-171)，在骨髓细胞中有活性的β-珠蛋白基因控制区(Mogram等人，1985，Nature 315:338-340；Kollias等人，1986，Cell 46:89-94；在脑的少突胶质细胞中有活性的髓磷脂碱性蛋白基因控制区(Readhead等人，1987，Cell 48:703-712)；在骨骼肌中有活性的肌球蛋白轻链-2基因控制区(Sani，1985，Nature 314:283-286)；在神经元细胞中有活性的神经元特异性烯醇酶(NSE)(Morelli等人，1999，Gen.Virol.80:571-83)；在神经元细胞中有活性的脑源性神经营养因子(BDNF)基因控制区(Tabuchi等人，1998，Biochem.Biophysic.Res.Com.253:818-823)；在星形细胞中有活性的胶质细胞原纤维酸性蛋白(GFAP)启动子(Gomes等人，1999，Braz J Med Biol Res 32(5):619-631；Morelli等人，1999，Gen.Virol.80:571-83)和在下丘脑中有活性的促性腺释放激素基因控制区(Mason等人，1986，Science 234:1372-1378)。
可以通过三种通用方法鉴定含有编码本发明Fc变体(如抗体或融合蛋白)的基因插入物的表达载体：(a)核酸杂交，(b)是否存在“标记”基因功能，和(c)插入序列的表达。在第一种方法中，可以通过核酸杂交利用含有分别与编码肽、多肽、蛋白质或融合蛋白的插入基因同源的序列的探针，来检测表达载体中是否存在编码肽、多肽、蛋白质或融合蛋白的基因。在第二种方法中，可以根据是否存在因载体中插入编码抗体或融合蛋白的核苷酸序列所致的某些“标记”基因功能(如胸苷激酶活性、抗生素抗性、转化表型、杆状病毒中形成包涵体等)，来鉴定和选择重组载体/宿主系统。例如，如果编码Fc变体(如抗体或融合蛋白)的核苷酸序列被插入载体的标记基因序列中，那么可以通过不存在标记基因功能来鉴定含有编码抗体或融合蛋白插入物的基因的重组体。在第三种方法中，可以通过测定该重组体表达的基因产物(如抗体或融合蛋白)来鉴定重组表达载体。这类测定可以基于(例如)该融合蛋白在体外测定系统(如与抗-生物活性分子抗体的结合)中的物理或功能特性。
此外，可以选择以期望的特定形式调节插入序列表达或修饰并加工基因产物的宿主细胞品系。可以在某些诱导物的存在下提高某些启动子引起的表达；因此，可以控制遗传工程改造的融合蛋白的表达。而且，不同宿主细胞的翻译和翻译后加工和修饰具有特征性和特定的机制(如蛋白质的糖基化、磷酸化)。可以选择合适的细胞系或宿主系统，以保证对所表达的外来蛋白进行所需的修饰和加工。例如，在细菌系统中表达将产生无糖基化的产物，在酵母中表达将产生糖基化产物。可以采用包含具有合适地加工基因产物的初始转录物(如糖基化和磷酸化)的细胞机制的真核宿主细胞。这类哺乳动物宿主细胞包括但不限于：CHO、VERY、BHK、Hela、COS、MDCK、293、3T3、WI38、NS0，具体而言，神经元细胞系，例如SK-N-AS、SK-N-FI、SK-N-DZ人神经母细胞瘤(Sugimoto等人，1984，J.Natl.Cancer Inst.73:51-57)、SK-N-SH人神经母细胞瘤(Biochim.Biophys.Acta，1982，704:450-460)、Daoy人小脑髓母细胞瘤(He等人，1992，Cancer Res.52:1144-1148)、DBTRG-05MG胶质母细胞瘤细胞(Kruse等人，1992，In vitro Cell.Dev.Biol.28A:609-614)、IMR-32人神经母细胞瘤(Cancer Res.，1970，30:2110-2118)、1321N1人星形细胞瘤(Proc.Natl.Acad.Sci.USA，1977，74:4816)、MOG-G-CCM人星形细胞瘤(Br.J.Cancer，1984，49：269)、U87MG人胶质母细胞瘤-星形细胞瘤(Acta Pathol.Microbiol.Scand.，1968，74:465-486)、A172人胶质母细胞瘤(Olopade等人，1992，Cancer Res.52:2523-2529)、C6大鼠胶质瘤细胞(Benda等人，1968，Science 161:370-371)、Neuro-2a小鼠神经母细胞瘤(Proc.Natl.Acad.Sci.USA，1970，65:129-136)、NB41A3小鼠神经母细胞瘤(Proc.Natl.Acad.Sci.USA，1962，48:1184-1190)、SCP绵羊脉络丛(Bolin等人，1994，J.Virol.Methods 48:211-221)、G355-5，PG-4猫正常星形细胞(Haapala等人，1985，J.Virol.53:827-833)、Mpf白鼬脑(Trowbridge等人，1982，In Vitro 18:952-960)和正常细胞系，例如，CTX TNA2大鼠正常脑皮层(Radany等人，1992，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:6467-6471)，如CRL7030和Hs578Bst。另外，不同载体/宿主表达系统可以不同程度地影响加工反应。
为了长期、高产率地生产重组蛋白，常常优选稳定的表达。例如，可以工程改造稳定表达本发明的Fc变体(如抗体或融合蛋白)的细胞系。与其使用含有病毒复制起点的表达载体，不如用合适表达控制元件(如启动子、增强子、序列、转录终止子、聚腺苷酸化位点等)控制的DNA和选择性标记来转化宿主细胞。引入外来DNA后，使工程改造细胞在富营养培养基中生长1-2天，然后换到选择性培养基中。重组质粒中的选择性标记对选择赋予抗性，使得细胞能够将该质粒稳定整合到其染色体中，生长形成细胞灶，进而可克隆并扩增成细胞系。这种方法可以有利地用于工程改造表达特异性结合抗原的Fc变体的细胞系。这类工程改造的细胞系在筛选和评估影响特异性结合抗原的Fc变体(如多肽或融合蛋白)活性的化合物中特别有用。
可以采用许多选择系统，包括但不限于单纯疱疹病毒胸苷激酶(Wigler等人，1977，Cell 11:223)、次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶(Szybalska和Szybalski，1962，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 48:2026)和腺嘌呤磷酸核糖基转移酶(Lowy等人，1980，Cell22:817)基因，它们分别可用于tk-、hgprt-或aprt-细胞。另外，抗代谢物抗性可用作选择dhfr、gpt、neo和hygro基因的基础，dhfr赋予甲氨蝶呤抗性(Wigler等人，1980，Natl.Acad.Sci.USA 77:3567；O’Hare等人，1981，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78:1527)；gpt赋予霉酚酸抗性(Mulligan和Berg，198l，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78:2072)；neo赋予氨基糖苷G-418抗性(Colberre-Garapin等人，1981，J.Mol.Biol.150:1)；hygro赋予潮霉素抗性(Santerre等人，1984，Gene 30:147)。
一旦通过重组表达产生Fc变体(如抗体或融合蛋白)后，可通过本领域已知的任何蛋白质纯化方法进行纯化，例如层析(如离子交换层析、亲和力层析、特别是使用蛋白A后对特定抗原的亲和力层析，以及大小柱层析)、离心、差异溶解度或任何其他标准蛋白质纯化技术。
Fc变体一般作为分泌的多肽从培养基中回收，尽管当没有分泌信号直接产生时它也可以从宿主细胞裂解物中回收。如果Fc变体是膜结合的，它可以用合适的去污剂溶液(例如，Triton-X 100)从膜中释放。
当Fc变体在除一种人来源以外的重组细胞中产生时，它完全不含人来源的蛋白或多肽。然而，有必要从重组细胞蛋白或多肽纯化Fc变体，以获得对于Fc变体基本上同质的制剂。作为第一个步骤，通常将培养基或裂解物离心以除去颗粒细胞碎片。
可以通过羟磷灰石层析、凝胶电泳、透析、或亲和层析(亲和层析是优选的纯化技术)方便地纯化具有抗体恒定区的Fc异源二聚体。根据待回收的多肽，也可使用其他蛋白纯化技术诸如离子交换柱上的分级、乙醇沉淀、反相HPLC、二氧化硅上的层析、肝素琼脂糖上的层析、阴离子或阳离子交换树脂(诸如聚天冬氨酸柱)上的层析、层析聚焦、SDS-PAGE和硫酸铵沉淀。蛋白A作为亲和配体的适用性取决于使用的免疫球蛋白Fc结构域的种类和同种型。蛋白A可用于纯化免疫球蛋白Fc区，其基于人γ1、γ2、或γ4重链(Lindmark等人,J.Immunol.Meth.62:1-13(1983))。推荐G蛋白用于所有小鼠亚型和用于人γ3(Guss等人，EMBO J.5:15671575(1986))。亲和配体所结合的基质最常用的是琼脂糖，但是可使用其他基质。物理稳定的基质诸如可控孔径玻璃或聚(苯乙烯二乙烯)苯能获得比琼脂糖更快的流速和更短的处理时间。用于将免疫粘附分子与蛋白A或G亲和柱结合的条件完全取决于Fc结构域的特征；即其种类和同种型。通常，当选择适当配体时，从无条件的培养液直接发生有效结合。可以在酸性pH(3.0或3.0以上)，或在含有温和离液序列高的盐的中性pH缓冲液中有效地洗脱结合的变体Fc异源二聚体。这种亲和层析步骤可以导致>95％纯的变体Fc异源二聚体制剂。
可通过载体扩增提高Fc变体(如抗体或融合蛋白)的表达水平(综述参见Bebbington和Hentschel，The use of vectors based on gene amplification for theexpression of cloned genes in mammalian cells in DNA cloning，第3卷(AcademicPress,New York,1987))。例如，当表达抗体或融合蛋白的载体系统中的标记扩增时，宿主细胞培养物中存在的抑制剂水平提高将提高标记基因的拷贝数。由于扩增区域与抗体基因相连，所以也将提高抗体或融合蛋白的产量(Crouse等人，1983，Mol.Cell.Biol.3:257)。
可利用两种本发明表达载体共转染宿主细胞。例如，第一种载体编码重链衍生的多肽，第二种载体编码轻链衍生的多肽。这两种载体可含有相同的选择性标记，使得能够等同地表达重链和轻链多肽。或者可采用编码并能够表达融合蛋白或者重链与轻链多肽的单一载体。融合蛋白或重链与轻链的编码序列可包含cDNA或基因组DNA。
表征和功能测定
可以以各种方式表征本发明的Fc变体(例如，抗体或融合蛋白)。在一个实施方案中，使用本领域众所周知的技术评估变体Fc异源二聚体的纯度，所述技术包括但不限于SDS-PAGE凝胶、western印迹、密度测定法或质谱法。可以使用一系列技术表征蛋白稳定性，所述技术不限于，大小排阻层析法、UV可见和CD光谱法、质谱法、差示光散射、台式稳定性测定、冻融加上其他表征技术、差示扫描量热法、差示扫描荧光测定法、疏水相互作用层析法、等电聚焦、受体结合测定或相对蛋白表达水平。在一个示例性实施方案中，使用本领域众所周知的技术诸如差示扫描量热法或差示扫描荧光测定法，与野生型CH3结构域相比，通过变体Fc异源二聚体的熔解温度评估变体CH3结构域的稳定性。
也可以测定本发明的Fc变体的特异性结合配体(例如，FcγRIIIA、FcγRIIB、C1q)的能力。这样的测定可以在溶液中(例如,Houghten,Bio/Techniques,13:412-421,1992)、珠粒上(Lam,Nature,354:82-84,1991、芯片上(Fodor,Nature,364:555-556,1993)、细菌上(美国专利号5,223,409)、质粒上(Cull等人.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,89:1865-1869,1992)、或噬菌体上(Scott和Smith,Science,249:386-390,1990；Devlin,Science,249:404-406,1990；Cwirla等人.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,87:6378-6382,1990；和Felici,J.Mol.Biol.,222:301-310,1991)进行。然后可以测定已经鉴定特异性结合配体(例如，FcγRIIIA、FcγRIIB、C1q或抗原)的分子的对于配体的亲和力。
可以通过本领域已知的任何方法测定本发明的Fc变体与分子如抗原(例如，癌抗原和与其他抗原的交叉反应性)或配体(例如，FcγR)的特异性结合。可用于分析特异性结合和交叉反应性的免疫测定包括但不限于使用下列技术的竞争性和非竞争性测定系统：如western印迹、放射性免疫测定、ELISA(酶联免疫吸附测定)、“夹心”免疫测定、免疫沉淀测定、沉淀素反应、凝胶扩散沉淀素反应、免疫扩散测定、凝集测定、补体-固定测定、免疫放射测定、荧光免疫测定、蛋白A免疫测定、仅举几个实例。这些测定是常规的和本领域众所周知的(参见例如，Ausubel等人编辑，1994，Current Protocols in Molecular Biology，第一版，John Wiley&Sons,Inc.,New York)。
可以通过竞争性结合测定来确定本发明的Fc变体与分子，如抗原或配体(例如FcγR)的结合亲和力和相互作用的解离速率。竞争性结合测定的一个实例是放射免疫测定法，其包括在渐增量的未标记配体如FcγR存在的情况下将标记的配体如FcγR(例如3H或125I)与感兴趣的分子(例如，本发明的Fc变体)孵育，且检测与标记的配体结合的分子。可以通过scatchard分析从饱和数据确定本发明的分子与配体的亲和力和结合解离速率。
也可以使用本领域已知的任何基于表面等离子共振(SPR)的测定(例如，BIAcore动力学分析)来确定Fc变体的动力学参数。基于SPR技术的综述参见Mullet等人，2000，Methods 22:77-91；Dong等人，2002,Review in Mol.Biotech.,82:303-23；Fivash等人，1998,Current Opinion in Biotechnology 9:97-101；Rich等人，2000,Current Opinionin Biotechnology 11:54-61。此外，在美国专利号6,373,577；6,289,286；5,322,798；5,341,215；6,268,125中描述用于测量蛋白-蛋白相互作用的任何SPR仪器和基于SPR的方法涵盖在本发明的方法中。
使用本领域技术人员已知的任何技术的荧光活化的细胞分选(FACS)，可以用于表征Fc变体与细胞表面上表达的分子(例如，FcγRIIIA,FcγRIIB)的结合。流式分选仪能够快速地检查大量的含有文库插入物的单独的细胞(例如，10-10000万个细胞/每小时)(Shapiro等人，Practical Flow,Cytometry,1995)。用于分选和检查生物细胞的流式细胞仪是本领域众所周知的。例如，在美国专利号4,347,935、5,464,581、5,483,469、5,602,039、5,643,796和6,211,477中描述了已知的流式细胞仪。其他已知的流式细胞仪是BectonDickinson and Company制造的FACS VantageTM系统，和Union Biometrica制造的COPASTM系统。
可以通过本发明的Fc变体介导FcγR介导的效应细胞功能来表征本发明的Fc变体。可以测定的效应细胞功能的实例包括但不限于，抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(ADCC)、吞噬作用、调理作用、调理吞噬作用(opsonophagocytosis)、C1q结合以及补体依赖性细胞介导的细胞毒性(CDC)。可以使用本领域技术人员已知用于确定效应细胞功能活性的任何基于细胞的或无细胞的测定(对于效应细胞测定，参见Perussia等人，2000，MethodsMol.Biol.121:179-92；Baggiolini等人，1998Experientia,44(10):841-8；Lehmann等人，2000J.Immunol.Methods,243(1-2):229-42；Brown E J.1994,Methods Cell Biol.,45:147-64；Munn等人，1990J.Exp.Med.,172:231-237,Abdul-Majid等人，2002Scand.J.Immunol.55:70-81；Ding等人，1998,Immunity 8:403-411)。
具体而言，可以使用本领域技术人员已知的任何标准方法，在效应细胞(如天然杀伤细胞)中测定本发明的Fc变体的FcγR介导的ADCC活性(参见例如，Perussia等人，2000，Methods Mol.Biol.121:179-92)。确定本发明的分子的ADCC活性的示例性测定基于51Cr释放测定，包括：用[51Cr]Na2CrO4(这种细胞膜可透过的分子一般被用于标记，因为它结合胞浆蛋白，虽然以缓慢动力学从细胞自发释放，但是在靶细胞坏死之后大量地释放)标记靶细胞；用本发明的Fc变体调理靶细胞；在微量滴定板上以合适的靶细胞对效应细胞比例来组合调理的放射性标记的靶细胞和效应细胞；在37℃培养细胞的混合物16-18小时；收集上清液；并分析放射性。随后可以确定本发明的分子的细胞毒性，例如，使用以下公式：裂解％＝(实验的cpm-靶渗漏cpm)/(去污剂裂解cpm-靶渗漏cpm)xl00％。可替代的，裂解％＝(ADCC-AICC)/(最大释放-自发释放)。特异性裂解可以使用以下公式计算：特异性裂解＝本发明的分子的裂解％-不存在本发明分子时的裂解％。通过改变靶细胞：效应细胞比例或抗体浓度，可以产生图表。
表征Fc变体结合C1q和介导补体依赖的细胞毒性(CDC)的能力的方法是本领域中众所周知的。例如，为了确定C1q结合，可以进行C1q结合ELISA。示例性的测定可以包含以下：在包被缓冲液中用多肽变体或起始多肽(对照)在4C过夜包被测定板。然后可以洗涤和封闭平板。在洗涤之后，将人C1q的等分试样添加到每个孔，在室温下孵育2小时。进一步的洗涤之后，可以将100uL绵羊抗补体C1q过氧化物酶缀合的抗体添加到每个孔，在室温下孵育1小时。可以再次用洗涤缓冲液洗涤平板，将含有OPD(O-苯二胺二氢氯化物(Sigma))的100uL底物缓冲液添加到每个孔中。可以容许通过黄色的出现观察到的氧化反应进行30分钟，并且通过添加100ul 4.5NH2SO4来停止。然后可以在(492-405)nm读取吸光度。
为了评估补体活化，可以进行补体依赖性细胞毒性(CDC)测定(例如Gazzano-Santoro等人，1996，J.Immunol.Methods 202:163中所描述)。简而言之，可以用缓冲液稀释各种浓度的Fc变体和人补体。表达Fc变体所结合的抗原的细胞可以被稀释到约1×106细胞/ml的密度。Fc变体、稀释的人补体和表达抗原的细胞的混合物可以添加到平底组织培养96孔平板上，容许在37℃、5％C02下孵育2小时以促进补体介导的细胞裂解。然后可以向每个孔添加50uL的阿尔玛蓝(Accumed International)，并在37℃孵育过夜。用530nm的激发和590nm的发射，使用96孔荧光计测量吸光度。结果可以相对荧光单位(RFU)表示。可以从标准曲线计算样品浓度，对于感兴趣的Fc变体报告相对于可比较分子(即，包含具有未修饰或野生型CH3结构域的Fc区的分子)的百分比活性。
可以用豚鼠、兔或人血清进行补体测定。可以通过监测细胞内的酶诸如乳酸脱氢酶(LDH)来检测靶细胞的补体裂解，如描述于Korzeniewski等人，1983,Immunol.Methods64(3):313-20；和Decker等人.,1988,J.Immunol Methods 115(1):61-9；或其中靶细胞标记的细胞内标记如铕、铬51或铟111的释放。
方法
本发明包括将一种或多种本发明的Fc变体(如抗体)施用于动物，特别是哺乳动物，特别是人，以预防、治疗或改善与疾病、病症或感染相关的一种或多种症状。本发明的Fc变体尤其可用于治疗或预防需要改变效应细胞功能功效(如ADCC、CDC)的疾病或病症。Fc变体及其组合物特别可用于治疗或预防原发性或转移性肿瘤疾病(即癌症)和感染性疾病。本发明的分子可以提供于本领域已知的或如本文所述的药学可接受的组合物中。如下所详述，本发明分子可用于治疗或预防癌症(特别是被动免疫治疗)、自身免疫病、炎性病症或感染性疾病的方法中。
本发明Fc变体也可以有利地与本领域已知的其他治疗剂联用，以治疗或预防癌症、自身免疫病、炎性病症或感染性疾病。在一个特定实施方案中，本发明Fc变体可以与单克隆或嵌合抗体、淋巴因子或造血生长因子(如IL-2、IL-3和IL-7)联用，以提高与该分子相互作用的效应细胞的数量或活性并提高免疫应答。本发明Fc变体也可以有利地与治疗疾病、病症或感染的一种或多种药物联用，这些药物包括例如抗癌药、抗炎药或抗病毒药。
相应地，本发明提供了用于通过施用本发明的一种或多种Fc变体而预防、治疗或改善与癌症和相关状况相关的一种或多种症状的方法。尽管不期望被任何作用机制所束缚，本发明的Fc变体(其以高于可比较分子的亲和力结合FcγRIIIA和/或FcγRIIA，且进一步以低于可比较分子的亲和力结合FcγRIIB，和/或所述Fc变体具有增强的效应功能，例如，ADCC、CDC、吞噬作用、调理作用等)将导致癌细胞的选择性靶向和有效破坏。
本发明还包括将本发明一种或多种Fc变体与本领域技术人员已知的其他疗法联合施用，以治疗或预防癌症，这些疗法包括但不限于：目前标准和实验性的化疗、激素治疗、生物治疗、免疫治疗、放疗或手术。在一些实施方案中，本发明分子可与治疗或预防有效量的一种或多种抗癌药、治疗性抗体或本领域技术人员已知用于治疗和/或预防癌症的其他药物联合施用。可以与本发明Fc变体联用的给药方案和治疗的实例是本领域众所周知的，详见其他文献(参见例如，PCT公开WO 02/070007和WO 03/075957)。
可用本发明方法和组合物治疗或预防的癌症和相关病症包括但不限于：白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤、骨和结缔组织肉瘤、脑瘤、乳腺癌、肾上腺癌、甲状腺癌、胰腺癌、垂体癌、眼癌、阴道癌、外阴癌、宫颈癌、子宫癌、卵巢癌、食道癌、胃癌、结肠癌、直肠癌、肝癌、胆囊癌、胆管癌、肺癌、睾丸癌、前列腺癌、阴茎癌(penal cancer)；口腔癌、唾液腺癌、咽喉癌、皮肤癌、肾癌、膀胱癌(这些病症的综述参见Fishman等人，1985，Medicine，第2版，J.B.Lippincott Co.，Philadelphia和Murphy等人，1997，Informed Decisions：TheComplete Book of Cancer Diagnosis，Treatment,and Recovery，Viking Penguin，Penguin Books U.S.A.，Inc.，United States of America)。
本发明进一步考虑了工程改造本领域已知的任何抗体而用于治疗和/或预防癌症和相关病症，使得该抗体包含并入本发明的变体CH3结构域的Fc区。
在一个特定实施方案中，与不存在本发明所述分子时原发性肿瘤的生长或转移相比，本发明分子(如含有变体Fc异源二聚体)将原发性肿瘤的生长或癌细胞的转移抑制或降低至少99％、至少95％、至少90％、至少85％、至少80％、至少75％、至少70％、至少60％、至少50％、至少45％、至少40％、至少45％、至少35％、至少30％、至少25％、至少20％或至少10％。
本发明包括一种或多种本发明Fc变体用于预防、治疗或控制受试者中与炎性病症相关的一种或多种症状的用途。尽管不期望受任何作用机制所束缚，但是对于FcγRIIB具有增强亲和力的Fc变体将导致活化受体的抑制和因此免疫应答的抑制，且对于治疗和/或预防自身免疫性病症具有治疗效力。此外，结合多于一个与炎症病症相关的目标的抗体，如包含变体Fc异源二聚体的双特异性抗体，可以提供相对于单价治疗的增效剂效果。
本发明还包括将本发明Fc变体与治疗或预防有效量的一种或多种抗炎药联合施用。本发明也提供预防、治疗或控制与自身免疫病有关的一种或多种症状的方法，还包括将本发明Fc变体与治疗或预防有效量的一种或多种免疫调节剂联合施用于所述受试者。可通过施用本发明Fc变体治疗的自身免疫病的实例包括但不限于：斑秃、强直性脊柱炎、抗磷脂综合征、自身免疫性阿狄森病、肾上腺的自身免疫性贫血、自身免疫性溶血性、自身免疫性肝炎、自身免疫性卵巢炎和睾丸炎、自身免疫性血小板减少、贝切特病、大泡性类天疱疮、心肌病、脂肪便症-皮炎、慢性疲劳免疫机能障碍综合征(CFIDS)、慢性炎性脱髓鞘性多神经病、丘-施综合征、疤痕性类天疱疮、CREST综合征、冷凝集素病、克罗恩氏病、盘状狼疮、特发性混合型冷球蛋白血症、纤维肌痛-纤维肌炎、肾小球肾炎、格雷夫斯病、格-巴综合征(Guillain-Barre)、桥本甲状腺炎、特发性肺纤维化、特发性血小板减少性紫癜(ITP)、IgA神经病、青少年关节炎、扁平苔藓、红斑狼疮、梅尼尔病、混合型结缔组织病、多发性硬化、l型或免疫介导的糖尿病、重症肌无力、寻常天疱疮、恶性贫血、结节性多动脉炎、多发性软骨炎、多腺体综合征、风湿性多肌痛、多肌炎和皮肌炎、原发性无丙种球蛋白血症、原发性胆汁性肝硬化、牛皮癣、牛皮癣性关节炎、雷诺现象(Raynauld′s phenomenon)、莱特尔综合征、类风湿性关节炎、结节病、硬皮病、斯耶格伦综合征、全身肌强直综合征、系统性红斑狼疮、红斑狼疮、大动脉炎、颞动脉炎/巨细胞性动脉炎、溃疡性结肠炎、葡萄膜炎、血管炎如疱疹样皮炎血管炎、白癫风和韦格纳肉芽肿病。炎性病症的实例包括但不限于：哮喘、脑炎、炎性肠病、慢性阻塞性肺病(COPD)、变应性病症、感染性休克、肺纤维化、未分化脊椎关节病、未分化关节病、关节炎、炎性骨质溶解和慢性病毒或细菌感染所致的慢性炎症。一些自身免疫性病症与炎性疾病有关，因此，所认为的自身免疫性病症和炎性病症有重叠。因此，一些自身免疫性病症可被表征为炎性病症。可按照本发明方法预防、治疗或控制的炎性病症的实例包括但不限于：哮喘、脑炎、炎性肠病、慢性阻塞性肺病(COPD)、变应性病症、感染性休克、肺纤维化、未分化脊椎关节病、未分化关节病、关节炎、炎性骨质溶解和慢性病毒或细菌感染所致的慢性炎症。
也可以利用本发明Fc变体减轻患有炎性病症的动物，特别是哺乳动物的炎症。在一个特定实施方案中，与未施用所述分子的动物的炎症相比，本发明Fc能将动物的炎症减轻至少99％、至少95％、至少90％、至少85％、至少80％、至少75％、至少70％、至少60％、至少50％、至少45％、至少40％、至少45％、至少35％、至少30％、至少25％、至少20％或至少10％。
本发明进一步考虑了工程改造本领域已知的任何抗体而用于治疗和/或预防自身免疫性疾病或炎性病症，使得该抗体包含本发明的变体Fc异源二聚体。
本发明也包括治疗或预防受试者的感染性疾病的方法，所述方法包括施用治疗或预防有效量的本发明一种或多种Fc变体。可用本发明Fc变体治疗或预防的感染性疾病是包括但不限于病毒、细菌、真菌、原生动物和病毒等感染物引起的。
可用本发明Fc变体与本发明方法一起治疗或预防的病毒性疾病包括但不限于以下所致的疾病：甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、流感病毒、水痘病毒、腺病毒、I型单纯疱疹病毒(HSV-I)、II型单纯疱疹病毒(HSV-II)、牛疫病毒、鼻病毒、艾柯病毒、轮状病毒、呼吸道合胞病毒、乳头瘤病毒、乳多空病毒、巨细胞病毒、棘状病毒、虫媒病毒、汉他病毒(hunta virus)、柯萨奇病毒、腮腺炎病毒、麻疹病毒、风疹病毒、脊髓灰质炎病毒、天花病毒、EB病毒、I型人体免疫缺陷病毒病毒(HIV-I)、II型人体免疫缺陷病毒病毒(HIV-II)以及病毒性疾病如病毒性脑膜炎、脑炎、登革热或天花的病原体。
可用本发明Fc变体和本发明方法一起治疗或预防的细菌所致的细菌性疾病包括但不限于：分枝杆菌立克次体病、支原体病、奈瑟菌病、肺炎链球菌(S.pneumonia)病、布氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)病(莱姆病)、炭疽杆菌(Bacillus antracis)病(炭疽)、破伤风、链球菌病、葡萄球菌病、分支杆菌病、破伤风、百日咳、霍乱、鼠疫、白喉、衣原体病、金黄色葡萄球菌(S.aureus)病和军团菌病。可用本发明分子和本发明方法一起治疗或预防的原生动物所致的原生动物病包括但不限于：利什曼原虫病、克氏原虫病(kokzidioa)、锥虫病或疟疾。可用本发明分子和本发明方法一起治疗或预防的寄生虫所致的寄生虫疾病包括但不限于：衣原体病和立克次体病。
在一些实施方案中，本发明Fc变体可与治疗或预防有效量的一种或多种本领域技术人员已知用于治疗和/或预防感染性疾病的其他治疗剂联合施用。本发明考虑将本发明分子与本领域技术人员已知用于治疗和/或预防感染性疾病的其他分子联用，所述其他分子包括但不限于抗生素、抗真菌剂和抗病毒剂。
本发明提供了方法和药物组合物，所述组合物包含本发明的Fc变体(例如抗体、多肽)。本发明还提供了通过将有效量的至少一种本发明的Fc变体，或包含至少一种本发明的Fc变体的药物组合物施用于受试者而治疗、预防和改善一种或多种与疾病、病症或感染相关的症状的方法。一方面，该Fc变体是基本纯化的(即基本不含限制其作用或产生不良副作用的物质，这包括同源二聚体和其他细胞材料)。在一个特定实施方案中，受试者是动物，如哺乳动物，包括非灵长动物(如牛、猪、马、猫、狗、大鼠等)和灵长动物(例如猴，如猕猴和人)。在一个特定实施方案中，受试者是人。在又另一个特定实施方案中，本发明抗体是来自与受试者相同的物种。
组合物的施用途径取决于所治疗的疾病。例如，静脉内注射可优选用于治疗全身性病症，如淋巴癌或已经转移的肿瘤。技术人员无需过多实验，结合标准的剂量反应研究，即可确定该组合物的施用剂量。在作出那些确定中考虑的相关环境因素包括所治疗的疾病，所施用组合物的选择，患者个体的年龄、体重和反应，以及患者症状的严重性。根据状况，可通过口服、肠胃外、鼻内、阴道、直肠、舌、舌下、含服、颊内和/或透皮途径将该组合物施用于患者。
因此，无需过多实验，可以通过本领域众所周知方式将组合物设计成口服、舌、舌下、含服或颊内施用的形式，例如用惰性稀释剂或用可食用载体。该组合物可以包封在明胶胶囊中，或者压成片剂。出于口服治疗性施用的目的，本发明的药物组合物可掺入赋形剂，以片剂、含片、胶囊剂、酏剂、悬浮剂、糖浆剂、薄片、咀嚼剂等形式使用。
片剂、丸剂、胶囊剂、含片等也可含有粘合剂、接受剂(recipient)、崩解剂、润滑剂、甜味剂和/或调味剂。粘合剂的一些实例包括微晶纤维素、黄蓍胶和明胶。赋形剂的实例包括淀粉和乳糖。崩解剂的一些实例包括海藻酸、玉米淀粉等。润滑剂的实例包括硬脂酸镁和硬脂酸钾。助流剂的实例是胶体二氧化硅。甜味剂的一些实例包括蔗糖、糖精等。调味剂的实例包括薄荷、水杨酸甲酯、橙调味剂等。用于制备这些各种组合物的材料应该是药物纯的，且在所用含量下无毒的。
可以通过肠胃外途径，如静脉内、肌肉内、鞘内和/或皮下注射施用本发明的药物组合物。可以通过将本发明组合物掺入溶液或悬浮液中进行肠胃外施用。这类溶液或悬浮液还可包含无菌稀释剂，如注射用水、盐水溶液、固定油、聚乙二醇、甘油、丙二醇和/或其他合成溶剂。肠胃外制剂还可包含抗菌剂如苄醇和/或对羟基苯甲酸甲酯，解毒剂如抗坏血酸和/或亚硫酸氢钠，以及螯合剂如EDTA。也可添加缓冲剂，如乙酸盐、柠檬酸盐和磷酸盐，以及涨度调节剂，如氯化钠和右旋糖。肠胃外制剂可封装在安瓿、一次性注射器和/或玻璃或塑料制成的多剂量小瓶中。直肠施用包括将该组合物施用于直肠和/或大肠。可使用栓剂和/或灌肠剂来实现这种施用。可用本领域已知方法制备栓剂。透皮施用包括通过皮肤经皮吸收该组合物。透皮制剂包括贴剂、油膏剂、乳膏剂、凝胶剂、软膏剂等。本发明组合物可经鼻施用于患者。如本文所使用，经鼻施用或鼻施用包括将该组合物施用于患者鼻孔和/或鼻腔的粘膜。
可以根据本发明的方法使用本发明的药物组合物而用于预防、治疗或改善一种或多种与疾病、病症或感染相关的症状。可以考虑，本发明的药物组合物是无菌的，且是用于施用于受试者的合适形式。
在一个实施方案中，本发明组合物是基本不含内毒素和/或相关热原物质的无热原制剂。内毒素包括限定在微生物内并且在微生物破坏或死亡时释放的毒素。热原物质也包括来自细菌和其他微生物外膜的诱导发热的热稳定性物质(糖蛋白)。如果施用于人，这些物质都可以引起发热、低血压和休克。由于潜在的有害作用，从静脉内施用的药物溶液中除去即使很少量的内毒素，也是有利的。食品药品管理局(＂FDA＂)已经规定，在静脉内施用应用中，每小时上限是5内毒素单位(EU)/剂量/千克体重(The United StatesPharmacopeial Convention，Pharmacopeial Forum 26(1):223(2000))。当治疗性蛋白质施用量为几百或几千毫克/千克体重时，正如单克隆抗体的情况，除去甚至痕量的内毒素也是有利的。在特定的实施方案中，该组合物中的内毒素和热原水平小于10EU/mg，或小于5EU/mg，或小于1EU/mg，或小于0.1EU/mg，或小于0.01EU/mg，或小于0.001EU/mg。
本发明提供预防、治疗或改善与疾病、病症或感染有关的一种或多种症状的方法，所述方法包括：(a)将一个剂量的预防或治疗有效量的含有一种或多种Fc变体的组合物施用于需要其的受试者，和(b)随后施用一个或多个剂量的所述Fc变体，以将Fc变体的血浆浓度维持在所需水平(如约0.1-100μg/ml)，它连续结合抗原。在一个特定实施方案中，将Fc变体的血浆浓度维持在10μg/ml、15μg/ml、20μg/ml、25μg/ml、30μg/ml、35μg/ml、40μg/ml、45μg/ml或50μg/ml。在一个特定实施方案中，所述待施用Fc变体的有效量为每剂量至少1mg/kg至8mg/kg。在另一个特定实施方案中，所述待施用Fc变体的有效量为每剂量至少4mg/kg至5mg/kg。在又另一个特定实施方案中，所述待施用Fc变体的有效量为每剂量50mg至250mg。在仍另一个特定实施方案中，所述待施用Fc变体的有效量为每剂量100mg至200mg。
本发明也包括预防、治疗或改善与疾病、病症或感染有关的一种或多种症状的方案，其中将Fc变体与Fc变体和/或变体融合蛋白以外的治疗(如预防或治疗剂)联用。本发明部分基于下列认识：本发明Fc变体能加强其他癌症治疗(包括现有的标准治疗和实验性化疗)的作用、与其协同作用、提高其有效性、提高其耐受性和/或降低其副作用。本发明联合疗法具有累加效力、累加治疗作用或协同作用。本发明联合疗法使得能够与Fc变体联合采用低剂量治疗(如预防或治疗剂)来预防、治疗或改善与疾病、病症或感染有关的一种或多种症状，和/或以较低频率将这类预防或治疗剂施用于患有疾病、病症或感染的受试者，以提高所述受试者的生活质量和/或实现预防或治疗作用。另外，本发明的联合疗法降低或避免与施用现有单一药物治疗和/或现有联合治疗有关的不良或有害的副作用，进而提高患者对该治疗方案的顺应性。可与本发明Fc变体联用的许多分子是本领域众所周知的。参见例如，PCT公开WO 02/070007、WO 03/075957和美国专利公开2005/064514。
本发明提供了试剂盒，所述试剂盒在一个或多个容器中包含一种或多种Fc变体，所述Fc变体具有改变的与FcγR和/或C1q的结合亲和力和改变的特异性结合抗原的ADCC和/或CDC活性，所述Fc变体与可检测试剂、治疗剂或药物缀合或融合，其用于监测、诊断、预防、治疗或改善一种或多种与疾病、病症、或感染相关的症状。
仅仅出于举例的目的，本发明包括但不限于如下技术方案：
技术方案1.分离的异源多聚体，其包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述变体CH3结构域具有约70℃或更高的熔解温度(Tm)。
技术方案2.分离的异源多聚体，其包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含变体CH3结构域，所述CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，其中所述异源二聚体Fc区进一步包含变体CH2结构域，所述变体CH2结构域包含不对称氨基酸修饰以促进Fcγ受体的选择性结合。
技术方案3.根据技术方案2所述的分离的异源多聚体，其中与野生型CH2结构域相比，所述变体CH2结构域选择性结合FcγIIIa受体。
技术方案4.根据技术方案2或技术方案3所述的分离的异源多聚体，其中所述变体CH3结构域具有约70℃或更高的熔解温度(Tm)。
技术方案5.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中相对于野生型Fc区，所述异源二聚体Fc区在CH3结构域中不包含额外二硫键。
技术方案6.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中相对于野生型Fc区，所述异源二聚体Fc区在变体CH3结构域中包含额外二硫键，条件是所述约70℃或更高的熔解温度(Tm)是在不存在额外二硫键的情况下。
技术方案7.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中相对于野生型Fc区，所述异源二聚体Fc区在变体CH3结构域中包含额外二硫键，且其中所述变体CH3结构域具有约77.5℃或更高的熔解温度(Tm)。
技术方案8.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区具有大于约90％的纯度。
技术方案9.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区具有约95％或更高的纯度。
技术方案10.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区具有约98％或更高的纯度。
技术方案11.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述Tm为约71℃或更高。
技术方案12.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述Tm为约74℃或更高。
技术方案13.根据技术方案1-3中任一项所述的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区具有约98％或更高的纯度，且所述Tm为约73℃。
技术方案14.根据技术方案1-3中任一项所述的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区具有约90％或更高的纯度，且所述Tm为约75℃。
技术方案15.根据技术方案1所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F。
技术方案16.根据技术方案15所述的分离的异源多聚体，其中所述第一CH3结构域多肽或所述第二CH3结构域多肽在位置T411、D399、S400、F405、N390、或K392包含进一步氨基酸修饰。
技术方案17.根据技术方案16所述的分离的异源多聚体，其中所述T411位的氨基酸修饰选自T411N、T411R、T411Q、T411K、T411D、T411E或T411W。
技术方案18.根据技术方案16所述的分离的异源多聚体，其中所述D399位的氨基酸修饰选自D399R、D399W、D399Y或D399K。
技术方案19.根据技术方案16所述的分离的异源多聚体，其中所述S400位的氨基酸修饰选自S400E、S400D、S400R、或S400K。
技术方案20.根据技术方案16所述的分离的异源多聚体，其中所述F405位的氨基酸修饰选自F405I、F405M、F405T、F405S、F405V或F405W。
技术方案21.根据技术方案16所述的分离的异源多聚体，其中所述N390位的氨基酸修饰选自N390R、N390K或N390D。
技术方案22.根据技术方案16所述的分离的异源多聚体，其中所述K392位的氨基酸修饰选自K392V、K392M、K392R、K392L、K392F或K392E。
技术方案23.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366V和K409F。
技术方案24.根据技术方案1中任一项所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰Y407A且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F。
技术方案25.根据技术方案24所述的分离的异源多聚体，其中所述第一CH3结构域多肽或所述第二CH3结构域多肽包含进一步氨基酸修饰K392E、T411E、D399R和S400R。
技术方案26.根据技术方案24所述的分离的异源多聚体，其中所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰D399R、S400R和Y407A且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A、K409F、K392E和T411E。
技术方案27.根据技术方案24-26中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述变体CH3结构域具有约74℃或更高的熔解温度(Tm)且所述异源二聚体具有约95％或更高的纯度。
技术方案28.根据技术方案1所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽在L351和Y407位包含氨基酸修饰且第二CH3结构域多肽包含T366位的氨基酸修饰和氨基酸修饰K409F。
技术方案29.根据技术方案28所述的分离的异源多聚体，其中所述L351位的氨基酸修饰选自L351Y、L351I、L351D、L351R或L351F。
技术方案30.根据技术方案28所述的分离的异源多聚体，其中所述Y407位的氨基酸修饰选自Y407A、Y407V或Y407S。
技术方案31.根据技术方案28所述的分离的异源多聚体，其中所述T366位的氨基酸修饰选自T366A、T366I、T366L、T366M、T366Y、T366S、T366C、T366V或T366W。
技术方案32.根据技术方案28-31中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述变体CH3结构域具有约75℃或更高的熔解温度(Tm)且所述异源二聚体具有约90％或更高的纯度。
技术方案33.根据技术方案1所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含F405位的氨基酸修饰和氨基酸修饰L351Y和Y407V且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T394W。
技术方案34.根据技术方案33所述的分离的异源多聚体，其中所述第一CH3结构域多肽或所述第二CH3结构域多肽在位置K392、T411、T366、L368或S400包含氨基酸修饰。
技术方案35.根据技术方案33所述的分离的异源多聚体，其中所述F405位的氨基酸修饰是F405A、F405I、F405M、F405T、F405S、F405V或F405W。
技术方案36.根据技术方案34所述的分离的异源多聚体，其中所述K392位的氨基酸修饰是K392V、K392M、K392R、K392L、K392F或K392E。
技术方案37.根据技术方案34所述的分离的异源多聚体，其中所述T411位的氨基酸修饰是T411N、T411R、T411Q、T411K、T411D、T411E或T411W。
技术方案38.根据技术方案34所述的分离的异源多聚体，其中所述S400位的氨基酸修饰是S400E、S400D、S400R、或S400K。
技术方案39.根据技术方案34所述的分离的异源多聚体，其中所述T366位的氨基酸修饰是T366A、T366I、T366L、T366M、T366Y、T366S、T366C、T366V或T366W。
技术方案40.根据技术方案34所述的分离的异源多聚体，其中所述L368位的氨基酸修饰是L368D、L368R、L368T、L368M、L368V、L368F、L368S和L368A。
技术方案41.根据技术方案1所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T394W。
技术方案42.根据技术方案41所述的分离的异源多聚体，其中所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L或T366I。
技术方案43.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366I、K392M和T394W。
技术方案44.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L、K392M和T394W。
技术方案45.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L和T394W。
技术方案46.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V且第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366I和T394W。
技术方案47.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中变体CH3结构域包含选自表4中所列变体的氨基酸突变。
技术方案48.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中变体CH3结构域包含选自表6中所列变体的氨基酸突变。
技术方案49.根据技术方案1-3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中变体CH3结构域包含选自表7中所列变体的氨基酸突变。
技术方案50.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F。
技术方案51.根据技术方案50所述的分离的异源多聚体，其中所述第一CH3结构域多肽或所述第二CH3结构域多肽在位置T411、D399、S400、F405、N390、或K392包含进一步氨基酸修饰。
技术方案52.根据技术方案51所述的分离的异源多聚体，其中所述T411位的氨基酸修饰选自T411N、T411R、T411Q、T411K、T411D、T411E或T411W。
技术方案53.根据技术方案51所述的分离的异源多聚体，其中所述D399位的氨基酸修饰选自D399R、D399W、D399Y或D399K。
技术方案54.根据技术方案51所述的分离的异源多聚体，其中所述S400位的氨基酸修饰选自S400E、S400D、S400R、或S400K。
技术方案55.根据技术方案51所述的分离的异源多聚体，其中所述F405位的氨基酸修饰选自F405I、F405M、F405T、F405S、F405V或F405W。
技术方案56.根据技术方案51所述的分离的异源多聚体，其中所述N390位的氨基酸修饰选自N390R、N390K或N390D。
技术方案57.根据技术方案51所述的分离的异源多聚体，其中所述K392位的氨基酸修饰选自K392V、K392M、K392R、K392L、K392F或K392E。
技术方案58.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y和Y407A且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366V和K409F。
技术方案59.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰Y407A且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A和K409F。
技术方案60.根据技术方案59所述的分离的异源多聚体，其中所述第一CH3结构域多肽或所述第二CH3结构域多肽包含进一步氨基酸修饰K392E、T411E、D399R和S400R。
技术方案61.根据技术方案59所述的分离的异源多聚体，其中所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰D399R、S400R和Y407A且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366A、K409F、K392E和T411E。
技术方案62.根据技术方案59-61中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述变体CH3结构域具有约74℃或更高的熔解温度(Tm)且所述异源二聚体具有约95％或更高的纯度。
技术方案63.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含L351位的氨基酸修饰和氨基酸修饰Y407A且所述第二CH3结构域多肽包含T366位的氨基酸修饰和氨基酸修饰K409F。
技术方案64.根据技术方案63所述的分离的异源多聚体，其中所述L351位的氨基酸修饰选自L351Y、L351I、L351D、L351R或L351F。
技术方案65.根据技术方案63所述的分离的异源多聚体，其中所述Y407位的氨基酸修饰选自Y407A、Y407V或Y407S。
技术方案66.根据技术方案63所述的分离的异源多聚体，其中所述T366位的氨基酸修饰选自T366A、T366I、T366L、T366M、T366Y、T366S、T366C、T366V或T366W。
技术方案67.根据技术方案63-66中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述变体CH3结构域具有约75℃或更高的熔解温度(Tm)且所述异源二聚体具有约90％或更高的纯度。
技术方案68.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含F405位的氨基酸修饰和氨基酸修饰L351Y和Y407V且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T394W。
技术方案69.根据技术方案68所述的分离的异源多聚体，其中所述第一CH3结构域多肽或所述第二CH3结构域多肽在位置K392、T411、T366、L368或S400包含氨基酸修饰。
技术方案70.根据技术方案68所述的分离的异源多聚体，其中所述F405位的氨基酸修饰是F405A、F405I、F405M、F405T、F405S、F405V或F405W。
技术方案71.根据技术方案69所述的分离的异源多聚体，其中所述K392位的氨基酸修饰是K392V、K392M、K392R、K392L、K392F或K392E。
技术方案72.根据技术方案69所述的分离的异源多聚体，其中所述T411位的氨基酸修饰是T411N、T411R、T411Q、T411K、T411D、T411E或T411W。
技术方案73.根据技术方案69所述的分离的异源多聚体，其中所述S400位的氨基酸修饰是S400E、S400D、S400R、或S400K。
技术方案74.根据技术方案69所述的分离的异源多聚体，其中所述T366位的氨基酸修饰是T366A、T366I、T366L、T366M、T366Y、T366S、T366C、T366V或T366W。
技术方案75.根据技术方案69所述的分离的异源多聚体，其中所述L368位的氨基酸修饰是L368D、L368R、L368T、L368M、L368V、L368F、L368S和L368A。
技术方案76.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰L351Y、F405A和Y407V且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T394W。
技术方案77.根据技术方案76所述的分离的异源多聚体，其中所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L或T366I。
技术方案78.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366I、K392M和T394W。
技术方案79.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L、K392M和T394W。
技术方案80.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366L和T394W。
技术方案81.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸修饰F405A和Y407V且所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸修饰T366I和T394W。
技术方案82.根据技术方案1-3、50、58、59、63、68、76、78、79、80或81中任一项所述的异源多聚体，其中所述异源多聚体是双特异性抗体。
技术方案83.根据技术方案1-3、50、58、59、63、68、76、78、79、80或81中任一项所述的异源多聚体，其中所述异源多聚体是多特异性抗体。
技术方案84.组合物，包含根据技术方案1-3、50、58、59、63、68、76、78、79、80或81中任一项所述的异源多聚体和药学可接受的载体。
技术方案85.宿主细胞，包含编码根据技术方案1-3、50、58、59、63、68、76、78、79、80或81中任一项所述的异源多聚体的核酸。
技术方案86.根据技术方案1-3、50、58、59、63、68、76、78、79、80或81中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述异源多聚体包含至少一种治疗性抗体。
技术方案87.根据技术方案1所述的分离的异源多聚体，其中所述异源多聚体包含至少一种选自下列的治疗性抗体：阿巴伏单抗、阿达木单抗、阿伦珠单抗、aurograb、巴匹珠单抗、巴利昔单抗、贝利木单抗、贝伐珠单抗、briakinumab、卡那单抗、卡妥索单抗、塞舍珠单抗、西妥昔单抗、达克珠单抗、地舒单抗、依法珠单抗、加利昔单抗、吉妥珠单抗奥佐米星、戈利木单抗、替伊莫单抗、英利昔单抗、伊匹木单抗、鲁昔单抗、美泊利单抗、莫他珠单抗、莫罗单抗、mycograb、那他珠单抗、尼妥珠单抗、奥瑞珠单抗、奥法木单抗、奥马珠单抗、帕利珠单抗、帕尼单抗、培妥珠单抗、雷珠单抗、瑞利珠单抗、利妥昔单抗、替利珠单抗、托珠单抗/atlizumab、托西莫单抗、曲妥珠单抗、ProxiniumTM、RencarexTM、优特克单抗和扎芦木单抗。
技术方案88.治疗患有由癌抗原表征的癌症的患者中的癌症的方法，所述方法包括将治疗有效量的技术方案86的异源多聚体施用于所述患者。
技术方案89.治疗患有由免疫抗原表征的免疫病症的患者中的免疫病症的方法，所述方法包括将治疗有效量的技术方案86的异源多聚体施用于所述患者。
技术方案90.分离的异源多聚体，包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含具有增加稳定性的变体CH3结构域，所述变体CH3结构域包含促进异源二聚体形成的氨基酸突变，且其中所述变体CH3结构域选自表1、表6或表7中所列的变体。
5.实施例
给出下列实施例用来说明本发明的实施。它们不是用来限制或定义本发明的整个范围。
实施例1：具有异源二聚体Fc结构域的二价单特异性抗体的产生。
使用针对人/哺乳动物表达优化的密码子经由基因合成构建编码抗体重链和轻链的基因。从已知Her2/neu结合Ab生成Fab序列(Carter P.等人(1992)Humanization of ananti P185Her2antibody for human cancer therapy.Proc Natl Acad Sci 89,4285.)且Fc是IgG1同种型(SEQ ID NO:1)。将最终基因产物亚克隆到哺乳动物表达载体pTT5中(NRC-BRI,Canada)(Durocher,Y.,Perret,S.&Kamen,A.High-level and high-throughputrecombinant protein production by transient transfection of suspension-growing human HEK293-EBNA1cells.Nucleic acids research 30,E9(2002))。经由pTT5模板载体的位点定向诱变引入CH3结构域中的突变。对于进行的变体CH3结构域突变的列表，参见表1和表6和表7。
为了估计异源二聚体的形成和确定同源二聚体相比于异源二聚体的比例，设计了两条具有不同大小的C-末端延伸的异源二聚体重链(具体地，具有C-末端的His标记的A链和具有C-末端mRFP加StrepTagII的B链)。该分子量的差异使在非还原性SDS-PAGE中同源二聚体相比于异源二聚体存在差异，如图25A中所示。
用1mg/mL 25kDa聚乙烯亚胺(PEI,Polysciences)以2.5:1的PEI:DNA比例在指数生长期(1.5至2百万个细胞/mL)转染HEK293细胞。(Raymond C.等人.A simplifiedpolyethylenimine-mediated transfection process for large-scale and high-throughput applications.Methods.55(1):44-51(2011))。为了确定用于形成异源二聚体的最佳浓度范围，以三个不同比例的两条重链转染DNA。例如，以2ml培养体积和转染DNA进行该步骤，所述转染DNA由下列构成：5％GFP、45％鲑精DNA、25％轻链和25％总重链，其中以10％/65％；20％/55％；40％/35％的3个不同相对比例(链_A(His)/链_B(mRFP))取样重链A质粒(具有C末端His标记)和重链B质粒(具有C-末端StrepTagII加RFP)以65％/55％/35％或10％/20％/40％)(确定WT_His/WT_mRFP异源二聚体的表观1:1表达比例接近于DNA比例20％/55％)。在转染后4至48小时，在F17无血清培养基(Gibco)中，添加TN1蛋白胨至0.5％的终浓度。通过SDS-PAGE分析表达的抗体，以确定用于形成最佳异源二聚体的重链和轻链的最佳比例(参见图25B和C)。
如上所述选择的DNA比例，例如AZ33和AZ34的50％轻链质粒、25％重链A质粒、25％重链B，与5％GFP以及45％鲑精DNA，用于转染150mL细胞培养物。5-6天后收获转染的细胞，以4000rpm离心后收集培养液且用0.45μm滤器澄清。对于用于进一步分析生成的具有CH3突变的每种抗体，对于在按比例放大转染测定中使用的轻和重链A和B质粒的百分比列表，包括纯度和熔解温度的测定值，参见下表2。
Figure BDA0001575960910000851
Figure BDA0001575960910000861
实施例2：具有异源二聚体Fc结构域的二价单特异性抗体的纯化。
将澄清的培养液上样到MabSelect SuRe(GE Healthcare)蛋白A柱上，且用10倍柱体积的PBS缓冲液pH 7.2进行洗涤。用10倍柱体积的柠檬酸盐缓冲液pH 3.6洗脱抗体，合并的级分含有用pH 11的TRIS中和的抗体。最后使用Econo-Pac 10DG柱(Bio-Rad)将蛋白脱盐。通过在25℃在PBS中以1:10,000的比例将抗体与肠激酶(NEB)孵育过夜而去除在重链B上的C末端mRFP标记。通过凝胶过滤从混合物纯化抗体。对于凝胶过滤，将3.5mg抗体混合物浓缩至1.5ml，且以1mL/min的流速经由AKTA Express FPLC上样至Sephadex 200 HiLoad16/600 200pg柱(GE Healthcare)。以1mL/min的流速使用pH 7.4的PBS缓冲液。收集对应于纯化抗体的级分，浓缩至～1mg/mL且储存于-80℃。
使用非还原性SDS-PAGE和质谱测定与同源二聚体相比异源二聚体的形成。在肠激酶(EK)处理前，在4-12％梯度SDS-PAGE、非还原凝胶上运行蛋白A纯化的抗体，以确定形成的异源二聚体的百分比(参见图26)。对于质谱，在与Waters Q-TOF2质谱仪连接的Agilent1100 HPLC系统上进行所有Trap LC/MS(ESI-TOF)实验。将5μg凝胶过滤纯化的抗体注射到蛋白MicroTrap(1.0X 8.0mm)中，用1％乙腈洗涤8分钟，1至20％乙腈/0.1％甲酸的梯度2分钟，然后用20至60％乙腈/0.1％甲酸的梯度洗脱20分钟。将洗脱物(30-50μL/min)引导至光谱仪，每秒获得谱(m/z 800至4,000)。(参见图28)。除了AZ12和AZ14(其中每种具有大于85％异源二聚体形成)，选择具有大于90％异源二聚体的变体用于进一步分析。
实施例3：使用差示扫描量热法(DSC)确定具有异源二聚体Fc结构域的二价单特异性抗体的稳定性。
使用GE VP-毛细管仪器进行所有DSC实验。将蛋白缓冲交换至PBS(pH 7.4)中，且稀释至0.4至0.5mg/m，将0.137ml上样至样品室，且用1℃/min的扫描速率20至100℃测量。使用Origin软件(GE Healthcare)分析数据，减去PBS缓冲液背景。(参见图27)。对于测试的变体和确定的熔解温度的列表，参见表3。对于具有70℃和以上的熔解温度的变体和对于每种变体的特定Tm的列表，参见表4。
Figure BDA0001575960910000881
Figure BDA0001575960910000891
Figure BDA0001575960910000901
Figure BDA0001575960910000911
实施例4：使用表面等离子共振评价FcγR结合
使用BioRad ProteOn XPR36仪器在25℃用10mM HEPES,150mM NaCl,3.4mM EDTA,和0.05％Tween 20pH 7.4进行所有结合实验。通过以25μL/min将4.0μg/mL注入10mM NaOAc(pH 4.5)中而将重组HER-2/neu(p185,ErbB-2(eBiosciences,Inc.))捕获在活化的GLM传感芯片上，直到固定约3000共振单位(RU)，猝灭剩余的活性基团。通过在注射缓冲液以建立稳定基线后当以25μL/min注射240s(导致约500RU)时结合Her-2/neu蛋白而将40μg/mL纯化的包含变体CH3结构域的抗HER-2/neu抗体间接捕获在传感芯片上。以60μL/min注射FcγR(CD16a(f同种异型)和CD32b)浓度(6000、2000、667、222、和74.0nM)持续120s，和180s解离相，以获得一组结合传感图。使用平衡拟合模型从结合等温线确定获得的KD值，报告值作为三次独立运行的平均值。用野生型IgG1Fc结构域进行比较，且结合表示为WT kD与变体kD的比值(参见，表5)。
表5：不依赖于CD16a和CD32b的野生型lgG1与变体CH3结构域抗体结合的kD比值
Figure BDA0001575960910000921
Figure BDA0001575960910000931
Figure BDA0001575960910000941
。
实施例5:使用Fc_CH3工程改造–支架1(1a和1b)合理设计Fc变体且开发AZ17-62和AZ133-AZ2438
为了改进最初的阴性设计Fc变体AZ8的稳定性和纯度，采用了上述结构和计算策略。(参见图24)。例如，AZ8的深入结构-功能分析提供了对于与野生型人lgG1相比AZ8,L351Y_V397S_F405A_Y407V/K392V_T394W的每个引入突变的详细理解，且表明重要的核心异源二聚体突变是L351Y_F405A_Y407V/T394W，而V397S,K392V对于异源二聚体形成是无关的。核心突变(L351Y_F405A_Y407V/T394W)在本文中被称为“支架1”突变。此外，分析显示，相对于野生型(WT)同源二聚体形成丢失的重要接口热点是WT-F405-K409、Y407-T366的相互作用和Y407-Y407和-F405的包装(参见图29)。这反映在包装、腔和MD分析中，其显示在环区D399-S400-D401(参见图30)和在K370的相关的β-折叠中的较大构象差异。这导致K409-D399的链间相互作用的损失(参见图30)和K370与E357强氢键的减弱(K370不再与S364和E357直接接触，但完全是溶剂暴露的)。在WT IgG1CH3结构域中，这些区域拴系在边缘处的接口，保护核心相互作用免于大量溶剂竞争，且增加有利的疏水性范德华相互作用的动态发生。其结果是与WT相比AZ8的更低埋藏的表面区域和疏水核心的更高的溶剂可接近性。这表明对于AZ8相比于WT稳定性的更低稳定性的最重要因素是a)WT-F405-K409相互作用和F405的包装的损失，和b)Y407-Y407和Y407-T366的强包装相互作用的损失。参见，图29。
因此，我们鉴定了负责AZ8相比于WT的低稳定性的关键残基/序列基序。为了改进AZ8的稳定性和异源二聚体特异性，因此将随后的阳性设计工程改造努力专注于将399-401位的环构象稳定在更'封闭'–WT样构象中(参见图30)且对于在T366和L368位的疏水核心的总体稍微减少的(更松散的)包装进行补偿(参见图29)。
为了实现399-401位的环构象的这种稳定性，使用所述计算方法来评价不同的靶向设计思路。具体而言，分析对于Fc变体AZ8的3种不同的独立选择，以优化鉴定的关键区域用于改进稳定性。首先，评价K409和F405A位附近的腔的更好的疏水性包装以便既保护疏水核心又稳定399-400的环构象(参见图30)。这些包括但不限于F405和K392位的额外点突变。其次，评价用于改进399-409位的静电相互作用的选择，以稳定399-400的环构象且保护疏水核心。这包括但不限于T411和S400位的额外点突变。第三，评价在T366、T394W和L368核心包装位置的腔以改进核心疏水包装(参见图29)。这些包括但不限于T366和L368位的额外点突变。在计算机芯片上测试不同独立的阳性设计思路，且实验验证使用计算工具的排序最佳的变体(AZ17-AZ62)，用于如实施例1-4中所述的表达和稳定性。对于来自该设计阶段的具有70℃或更高的熔解温度的Fc变体的列表，参见表4。
Fc变体AZ33是开发Fc变体的实例，其中支架1进行修饰，导致支架1a突变以改进稳定性和纯度。基于AZ8设计该Fc变体，其目标在于改进392-394-409和366位的疏水包装以便既保护疏水核心又稳定399-400的环构象。该Fc变体AZ33异源二聚体具有两个不同于核心突变AZ8、K392M和T366I的额外点突变。突变T366I_K392M_T394W/F405A_Y407V在本文中被称为“支架1a”突变。设计突变K392M以改进K409和F405A位附近的腔的包装以便保护疏水核心且稳定399-400的环构象(参见图31)。设计T366I以改进核心疏水包装且消除T394W链的同源二聚体的形成(参见图29)。对于AZ33的实验数据显示相对于初始阴性设计Fc变体AZ8(Tm 68℃)的显著改进的稳定性，其中AZ33具有74℃的Tm和>98％的异源二聚体含量。(参见，图25C)。
在Fc变体异源二聚体的第三阶段设计中使用支架1突变开发Fc变体
尽管AZ33提供了相对于初始起始变体AZ8的显著的稳定性和特异性(或纯度)改进，但是我们的分析表明，可以用进一步氨基酸修饰且使用AZ33的实验数据和上述设计方法进行对Fc变体异源二聚体的稳定性的进一步改进。已经独立地测试了不同设计思路的表达和稳定性，但是独立的设计思路是可转移的，且最成功的异源二聚体将含有不同设计的组合。具体而言，为了优化AZ8包装，已经不依赖于优化残基L366T-L368处的核心包装的突变而评价K409-F405A-K392附近的腔处的突变。这两个区域366-368和409-405-392相互远离，且被认为是独立的。例如，已经关于在409-405-392、但不是在366-368处的包装对Fc变体AZ33进行优化，因为这些优化突变是分开评价的。366-368突变的比较表明，相比于T366和还有T366I(在Fc变体AZ33的开发中使用的点突变)，T366L具有改进的稳定性。因此，提出的实验数据立即表明通过引入T366L而非T366I(例如)的AZ33的进一步优化。因此，CH3结构域中的氨基酸突变T366L_K392M_T394W/F405A_Y407V在本文中被称为“支架1b”突变。
以类似的方式，已经分析了完整的实验数据以鉴定可以用于进一步改进目前的Fc变体异源二聚体AZ33的点突变。通过上述计算方法对这些鉴定的突变进行分析，且排序以产生基于AZ33的额外Fc变体异源二聚体的列表，如表6中所示。
实施例6：使用Fc_CH3工程改造–支架2(a和b)合理设计Fc变体且开发AZ63-101和AZ2199-AZ2524
为了改进初始阴性设计阶段Fc变体AZ15的稳定性和纯度，采用了上述结构和计算策略(参见，图24)。例如，Fc变体AZ15的深入结构-功能分析提供了对于与野生型(WT)人lgG1相比AZ15,L351Y_Y407A/E357L_T366A_K409F_T411N的每个引入突变的详细理解，且表明重要的核心异源二聚体突变是L351Y_Y407A/T366A_K409F，而E357L,T411N对于异源二聚体形成和稳定性不是直接相关的。核心突变(L351Y_Y407A/T366A_K409F)在本文中被称为“支架2”突变。此外，分析显示，相对于野生型(WT)同源二聚体形成丢失的重要接口热点是盐桥D399-K409、氢键Y407-T366和包装Y407-Y407。下面提供的我们的详细分析描述了我们如何改进我们的初始Fc变体AZ15和获得这些改进稳定性的Fc变体进行的位置和氨基酸修饰。
使用支架2突变开发Fc变体和进一步开发支架2a突变
我们的计算机芯片上分析表明，由于WT-Y407-Y407相互作用的损失，Fc变体AZ15突变K409F_T366A_Y407A的非最佳包装和疏水核心的总体减少的包装。在后续的工程改造阶段的阳性设计努力集中在点突变以补偿初始Fc变体AZ15中的这些包装缺陷。靶向的残基包括T366、L351、和Y407位。在计算机芯片上测试这些的不同组合，且关于表达和稳定性实验验证使用计算工具的排序最佳的Fc变体(AZ63-AZ70)，如实施例1-4中所述。
Fc变体AZ70是开发Fc变体的实例，其中支架2进行修饰，导致支架2a突变以改进稳定性和纯度。基于AZ15设计该Fc变体，其目标实现如上所述的疏水核心的更好包装。Fc变体AZ70具有与上述相同的支架2核心突变(L351Y_Y407A/T366A_K409F)，除了将T366突变为T366V而非T366A(图33)。L351Y突变将366A_409F/407A变体熔解温度从71.5℃改进至74℃，且366A至366V的额外改变将Tm改进至75.5℃。(参见，表4中的AZ63、AZ64和AZ70，其分别具有71.5℃、74℃和75.5℃的Tm)。核心突变(L351Y_Y407A/T366V_K409F)在本文中被称为“支架2a”突变。对于Fc变体AZ70的实验数据显示相比于初始阴性设计Fc变体AZ15(Tm 71℃)的显著改进的稳定性，其中AZ70具有75.5℃的Tm和>90％的异源二聚体含量(图33和27)。
使用支架2突变开发Fc变体和进一步开发支架2b突变。
分子动力学模拟(Molecular Dynamics simulation,MD)和包装分析显示环399-400的优选的更'开放'构象，这可能是由于WT盐桥K409-D399的损失。这也导致不满意的D399，这依次优选与K392的补偿性相互作用，且诱导环的更'开放'构象。这种更'开放'环构象导致核心CH3结构域接口残基的总体下降的包装和更高的溶剂可接近性，这依次使异源二聚体的稳定性显著下降。因此，针对性的阳性设计努力之一是通过补偿D399-K409盐桥和K409的包装相互作用的损失的额外点突变而将该环拴系在更'封闭的'WT样构象中。靶向残基包括T411、D399、S400、F405、N390、K392以及它们的组合。在计算机芯片上针对上述位置测试不同包装、疏水性和静电阳性工程改造策略，且关于表达和稳定性实验验证使用计算工具测定的排序最佳的Fc变体(AZ71-AZ101)，如实施例1-4中所述。
Fc变体AZ94是开发Fc变体的实例，其中支架2进行修饰，导致支架2b突变连同额外的点突变以改进稳定性和纯度。基于AZ15设计该Fc变体，目标是将环399-400拴系在更'封闭的'WT样构象中且补偿如上所述的D399-K409盐桥的损失。Fc变体AZ94具有对于支架2的4个额外点突变(L351Y_Y407A/T366A_K409F)，且将L351Y回复为野生型L351，留下(Y407A/T366A_K409F)作为用于该Fc变体的核心突变。核心突变Y407A/T366A_K409F在本文中被称为“支架2b”突变。AZ94的四个额外点突变是K392E_T411E/D399R_S400R。将突变T411E/D399R工程改造以形成额外的盐桥且弥补K409/D399相互作用的损失(图34)。此外，设计这种盐桥以通过排除两个潜在同源二聚体中的电荷-电荷相互作用以防止同源二聚体形成。额外突变K392E/S400R意在形成另一种盐桥，且因此进一步将399_400环拴系在更“封闭”的WT样构象中(图34)。对于AZ94的实验数据显示相对于初始阴性设计Fc变体AZ15(Tm 71℃,>90％纯度)的改进的稳定性和纯度，其中Fc变体AZ94具有74℃的Tm和>95％的异源二聚体含量或纯度。
在Fc变体异源二聚体的第三阶段设计中使用支架2突变开发Fc变体
Fc变体AZ70和AZ94提供了相对于初始阴性设计Fc变体AZ15的稳定性和纯度的显著改进，但是我们的分析和AZ70和AZ94的比较直接表明，可以用进一步氨基酸修饰进行对Fc变体异源二聚体的稳定性的进一步改进。例如，设计Fc变体AZ70和AZ94靶向初始变体AZ15中的两个不同的非优化区域，这是通过改进疏水核心的包装和在核心接口残基的外部进行突变来完成的，导致额外的盐桥和氢键键合来使399-401位的环构象稳定。Fc变体AZ70和AZ94的额外点突变相互远离，且因此对于设计在相同支架2核心突变(包括2a和2b突变)附近设计的其他Fc变体是独立的且是可转移的。具体而言，AZ70只携带优化的核心突变L351Y_Y407A/T366A_K409F，但没有额外的盐桥，而AZ94包含四个额外静电突变(K392E_T411E/D399R_S400R)，但在疏水核心接口中少一个突变(Y407A/T366A_K409F)。这些支架2b突变比AZ70稳定性更差(参见，例如AZ63，其具有和AZ94等同的核心突变和72℃的Tm)，但是通过添加K392E_T411E/D399R_S400R突变而补偿。提供的实验稳定性和纯度数据表明，结合AZ70的突变(其优化了AZ94的疏水核心和静电突变)应当进一步改进Fc变体异源二聚体的稳定性和纯度。以类似的方式，已经分析了支架2Fc变体(AZ63-101)完整的实验数据以鉴定可以用于进一步改进Fc变体异源二聚体AZ70和AZ94的点突变。通过上述计算方法对这些鉴定的突变进行进一步分析，且排序以产生基于AZ70和AZ94的额外Fc变体异源二聚体的列表，如表7中所示。
实施例7：异源二聚体CH3对FcgR结合的影响
作为异源二聚体Fc与FcgR的活性的典型实例，我们已经如实施例4中对于FcgR结合所述在SPR测定中测试了两种具有含有Her2结合Fab臂的异源二聚体Fc区A的变体抗体A:K409D_K392D/B:D399K_D356K(对照1(图35中的het 1))和A:Y349C_T366S_L368A_Y407V/B:S354C_T366W(对照4(图35中的het 2))。如图35中所示，我们观察到，两种异源二聚体Fc区都以与野生型lgG1Fc区相同的相对强度结合不同的Fcγ受体，但是总体而言，异源二聚体Fc区与每种FcgR的结合略优于野生型抗体。这表明，Fc的CH3接口处的突变可以影响Fc区横跨CH2结构域对于Fcγ受体的结合强度，正如分子动力学模拟和分析中观察到的。
实施例8：异源二聚体Fc的CH2中的不对称突变对FcgR结合的影响
已知Fc区的CH2结构域中267位的丝氨酸突变为天冬氨酸(S267D)当以同源二聚的方式引入CH2结构域的两条链中时增强与FcγIIbF、IIbY&IIaR受体的结合。可以将这种突变引入异源二聚体Fc分子的仅一个CH2结构域中以获得相对于当这种突变引入同源二聚体CH2Fc时约一半的结合强度的改进，如在图36A中提供的数据所表明的。另一方面，Fc的同源二聚体CH2结构域中的E269K突变防止了Fc区与FcgR的结合。我们提出了通过在Fc的CH2结构域中的两条链之一上不对称引入这些有利和不利突变而增强操作Fc区对于Fcg受体的结合强度的方案。以不对称方式将E269K突变引入异源二聚体Fc的一条CH2链上通过阻断FcGR在其存在的面处的结合、同时使Fc的另一面与FcgR以正常方式相互作用而充当极性驱动者。来自这些实验的结果提供在图36A中。经由Fc的两条链以独立方式选择性改变结合强度的机会提供了操作Fc和Fcg受体之间的结合强度和选择性的增加的机会。因此，CH2结构域中突变的这种不对称设计使我们能够引入阳性和阴性设计策略以支持或不支持某些结合模型，提供了引入选择性的更多的机会。
在随后的实验中，我们已经改变了基础Fc突变体S239D_D265S_I332E_S298A的选择性概况，其显示与FcγIIIaF和IIIaV受体的增加的结合强度，同时继续表现出与FcγIIaR、IIbF和IIbY受体更弱的结合。这显示在图36B中显示的结合概况中。通过在链A中引入不对称突变E269K和在链B中避免I332E突变，我们能够生成新的FcgR结合概况，其进一步减弱IIa和IIb受体结合，且使Fc对于IIIa受体结合更加特异性。
在图36C中显示的另一个实例中，突出了相对于同源二聚体Fc的不对称突变，其涉及CH2结构域中的突变S239D/K326E/A330L/I332E/S298A。相对于野生型lgG1Fc，这种变体显示了与IIIa受体结合的增加，但也比野生型Fc略强地结合IIa和IIb受体。以不对称方式A:S239D/K326E/A330L/I332E和B:S298A引入这些突变、同时降低IIIa结合，也增加了IIa/IIb受体结合，在这个过程中失去了选择性。通过在这种异源二聚体变体中引入不对称E269K突变(即A:S239D/K326E/A330L/I332E/E269K和B:S298A)，我们能够将IIa/IIb结合降回至野生型水平。这突出了如下事实：在Fc的CH2结构域中使用不对称突变能够提供设计改进的FcγR选择性的重要机会。
实施例中采用的试剂是商业上可获得的，或者可以使用商业上可获得的仪器、方法、或本领域已知的试剂来制备。上述实施例说明了本发明的各个方面和本发明的方法的实施。实施例并不意在提供本发明的许多不同实施方案的详尽描述。因此，尽管为了理解清晰，已借助例证和实例相当详细地描述了上述发明，对本领域普通技术人员而言容易理解的是，在没有背离所附的权利要求的精神和范围的情况下，可以对本发明做一些改变和修饰。
本说明书中所提到的所有出版物、专利以及专利申请都如同每篇出版物、专利或专利申请被特别且单独指出通过引用并入本文一样的程度通过引用并入本说明书。
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Claims (10)

1.分离的异源多聚体，其包含异源二聚体Fc区，其中所述异源二聚体Fc区包含含有促进形成异源二聚体Fc区的氨基酸突变的变体CH3结构域，并且所述变体CH3结构域具有70℃或更高的熔解温度(Tm)，其中所述异源二聚体Fc
a)相对于对应的野生型Fc区在所述变体CH3结构域中不包含额外的二硫键，或
b)相对于对应的野生型Fc区在所述变体CH3结构域中包含额外的二硫键，条件是70℃或更高的熔解温度(Tm)是在额外的二硫键不存在的情况下，
其中所述变体CH3结构域包含第一CH3结构域多肽和第二CH3结构域多肽，
其中：
所述异源二聚体Fc区具有大于95％的纯度，所述第一CH3结构域多肽包含F405和Y407位的氨基酸突变，且所述第二CH3结构域多肽包含T366和T394位的氨基酸突变，并且其中：
(a)所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸突变F405A和Y407V，且进一步包含氨基酸突变L351Y，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸突变T366I和T394W，且进一步包含氨基酸突变K392M；或
(b)所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸突变F405A和Y407V，且进一步包含氨基酸突变L351Y，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸突变T366L和T394W，且进一步包含氨基酸突变K392M；或
(c)所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸突变F405A和Y407V，且进一步包含氨基酸突变L351Y，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸突变T366I和T394W，且进一步包含氨基酸突变K392L；或
(d)所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸突变F405A和Y407V，且进一步包含氨基酸突变L351Y，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸突变T366L和T394W，且进一步包含氨基酸突变K392L；或
(e)所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸突变F405A和Y407V，且进一步包含氨基酸突变L351Y和S400E，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸突变T366I和T394W，且进一步包含氨基酸突变N390R和K392M；或
(f)所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸突变F405A和Y407V，且进一步包含氨基酸突变L351Y和S400E，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸突变T366L和T394W，且进一步包含氨基酸突变N390R和K392M；或
(g)所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸突变F405A和Y407V，且进一步包含氨基酸突变L351Y和S400E，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸突变T366I和T394W，且进一步包含氨基酸突变N390R和K392L；或
(h)所述第一CH3结构域多肽包含氨基酸突变F405A和Y407V，且进一步包含氨基酸突变L351Y和S400E，所述第二CH3结构域多肽包含氨基酸突变T366L和T394W，且进一步包含氨基酸突变N390R和K392L；
其中所述异源二聚体Fc区基于人IgG1 Fc区、IgG2 Fc区或IgG4 Fc区,
并且其中氨基酸残基的编号依据Kabat中的EU索引。
2.根据权利要求1所述的分离的异源多聚体，其中所述Tm为74℃或更高。
3.根据权利要求1所述的分离的异源多聚体，其中所述异源二聚体Fc区基于人IgG1 Fc区。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的分离的异源多聚体，其中所述异源多聚体是抗体。
5.根据权利要求4所述的分离的异源多聚体，其中所述异源多聚体是双特异性或多特异性抗体。
6.根据权利要求4所述的分离的异源多聚体，其中所述抗体结合至少一种癌抗原。
7.根据权利要求4所述的分离的异源多聚体，其中所述抗体与治疗剂缀合。
8.组合物，其包含根据权利要求1至7中任一项所述的分离的异源多聚体和药学上可接受的载体。
9.在哺乳动物细胞中表达根据权利要求1-6中任一项所述的分离的异源多聚体的方法，所述方法包括：
(a)用编码权利要求1至6中任一项所述的异源多聚体的一种或多种多聚核苷酸转染至少一种哺乳动物细胞以生产至少一种瞬时地或稳定地转染的哺乳动物细胞，和
(b)在适合于表达所述分离的异源多聚体的条件下培养所述至少一种瞬时地或稳定地转染的哺乳动物细胞。
10.分离的多核苷酸，其编码根据权利要求1至6中任一项所述的分离的异源多聚体。
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Assignee: BEIGENE, Ltd.

Assignor: ZYMEWORKS Inc.

Contract record no.: X2020990000181

Denomination of invention: Stable heterodimeric antibody design with mutations in the Fc domain

License type: Exclusive License

Record date: 20200414

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