抗体人源化技术演进：从 CDR 移植到种系优化与噬菌体展示库的革新路径

       啮齿类单克隆抗体凭借易于制备、亲和力优异等优势，已产生大量具备临床转化潜力的候选分子。然而，小鼠抗体在人体内具有强免疫原性，直接应用会引发严重的人抗鼠抗体反应（HAMA），极大限制其临床使用。尽管鼠 - 人嵌合抗体通过保留鼠源可变区、替换人源恒定区，在一定程度上降低了免疫原性，但由于可变区仍为小鼠序列，HAMA 反应依然难以避免。在此背景下，抗体人源化技术应运而生，并在三十余年间持续迭代，从经典 CDR 移植逐步发展为种系人源化、框架优化及噬菌体展示人源抗体库等多元化策略，成为抗体药物走向临床的关键工程化环节。

一、抗体人源化的核心需求与结构基础

       抗体的抗原结合功能由 ** 重链、轻链可变区的 CDR（互补决定区）** 共同构成，而框架区（FR）作为支架维持 CDR 的空间构象。免疫原性主要来源于鼠源框架及可变区整体结构，而非仅 CDR 本身。因此，人源化的核心目标是：

• 最大限度保留亲本鼠单抗的抗原结合亲和力与特异性；
• 最大限度替换鼠源序列为人类同源序列，降低甚至消除免疫原性。

早期人源化即围绕这一矛盾展开，核心难点在于：框架残基与 CDR 存在紧密相互作用，单纯替换 CDR 极易导致亲和力下降甚至完全丧失。

二、经典人源化：CDR 移植与关键瓶颈

       CDR 移植的基本思路是：将鼠源单抗（供体）的 CDR 直接移植到人抗体（受体）的框架区上，从而构建人源化抗体。
       但在实践中出现了普遍问题：多数 CDR 移植抗体无法保留亲本鼠单抗的亲和力。原因在于：部分框架区残基直接参与维持 CDR 构象，或与抗原间接接触，仅转移 CDR 会破坏结合界面结构，导致结合能力显著下降。

       为解决这一问题，Queen 等研究者首次利用计算机模拟可变区三维结构，鉴定出影响 CDR 构象的关键框架残基，并将这些鼠源关键残基与 CDR 共同转移至人源框架中，显著改善了人源化抗体的亲和力保留能力，标志着计算机辅助人源化时代的开启。在此基础上发展出反向突变策略：将人源化抗体中部分框架残基突变回小鼠来源残基，以恢复抗原结合活性。例如在 EGFR 单抗人源化中，只有经过关键位点反向突变，才能重新获得可检测的结合信号，充分证明了框架区对亲和力的重要影响。

三、人源化技术的多元化演进

近三十年来，抗体人源化已从单一 CDR 移植发展为一系列精细化、高通量策略：

• 特异性决定残基（SDR）移植：仅移植直接参与抗原结合的最小关键残基，进一步减少鼠源序列；
• 换肤、框架洗牌（FR shuffling）：通过替换、重组不同人源框架，筛选结构兼容、低免疫原性的骨架；
• 框架文库与引导选择：构建大容量框架突变文库，结合筛选获得兼顾结构稳定性与人源化程度的变体。

尽管技术不断优化，传统人源化仍存在明显局限：

• 模板选择依赖经验，工作量大；
• 反向突变需要大量试错，耗时、成本高；
• 部分人源化抗体仍残留免疫原性。

四、新一代人源化：种系人源化策略

为进一步降低免疫原性，种系人源化成为重要方向。

 

其核心思路是：将鼠源 CDR 移植到序列同源性最高的人类种系（germline）基因框架中。

 

由于人类种系基因未经历体细胞高频突变，结构更接近天然人体抗体，因此可显著降低免疫原性。

 

多项研究验证了该策略的可行性：

• Tan 等采用种系人源化，将小鼠抗人 CD28 单抗 V 区与人种系基因精准比对构建人源化抗体；
• Pelat 等对 35PA83 抗体进行种系人源化，并配合少量反向突变成功恢复亲和力。

这些结果一致表明：

• 种系模板选择 + 关键位点反向突变是维持高亲和力的关键组合。
• 但种系模板筛选与位点优化仍需大量实验，仍是制约研发速度的主要瓶颈。

五、突破方向：噬菌体展示人源抗体库

       为摆脱对鼠源亲本抗体的依赖、实现真正意义上的全人源抗体开发，研究者开始使用噬菌体展示构建体外人抗体库。
该策略直接将人体全套抗体可变区基因展示于噬菌体表面，绕过鼠源免疫与人源化步骤，直接从大容量文库中筛选高亲和力全人源抗体，从根本上解决免疫原性问题，成为当前抗体药物开发的主流技术之一。

六、总结

       抗体人源化是连接鼠源单抗与临床应用的核心工程技术。从早期 CDR 移植到计算机辅助结构优化，再到种系人源化与反向突变体系，技术不断在 “降低免疫原性” 与 “保留亲和力” 之间寻求平衡。尽管传统人源化仍面临模板筛选繁琐、反向突变工作量大等问题，但随着噬菌体展示人源抗体库、高通量筛选、结构生物学与 AI 辅助设计的融合应用，抗体人源化正朝着更高效、更精准、更低免疫原性的方向快速发展，为全球抗体药物研发提供持续可靠的工程化支撑。