Fc-engineered antibody therapeutics with improved anti-SARS-CoV-2 efficacy

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Fc-engineered antibody therapeutics with improved anti-SARS-CoV-2 efficacy

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摘要：具有抗SARS-CoV-2中和活性的单克隆抗体在轻中度SARS-CoV-2感染病例中已经显示出临床益处，大大降低了住院治疗以及重症的风险。治疗通常需要使用高剂量的单克隆抗体，并且在预防COVID-19患者的疾病并发症或死亡方面的能力有限。在这里，我们报道了具有优化Fc结构域的抗SARS-CoV-2单克隆抗体的开发和评价，它们在预防或治疗COVID-19方面具有很高的效力。利用COVID-19的几种动物疾病模型，我们证明了选择性参与激活Fcγ受体可以改善预防和治疗疾病所引起的体重减轻和死亡率，显著减少了其充分抵御SARS-CoV-2挑战和治疗预感染动物所需的剂量。我们的研究结果强调了Fcγ受体通路在驱动抗体介导的抗病毒免疫中的重要性，并排除了其在参与感染后的抗SARS-CoV-2抗体致病性或疾病增强效应的可能性。这些抗体对开发具有最佳Fc-效应功能的Fc工程单克隆抗体和改善抗COVID-19疾病的临床疗效具有重要意义。

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背景：
IgG抗体的抗病毒活性是Fab介导的病毒中和的结果，以及Fc结构域通过与效应白细胞上表达的Fcγ受体(FcγRs)的相互作用来介导效应功能的能力。一些报告使用明确的SARS-CoV-2感染体内模型，独立证明了中和抗SARS-CoV-2抗体的抗病毒活性依赖于Fc-FcγR相互作用。此外，机制研究表明，这些保护作用主要是由CCR2+单核细胞以及浸润肺并赋予抗病毒活性的细胞毒性CD8+T细胞介导的 。
尽管有这些发现，但没有研究测试优化中和抗SARS-CoV-2单克隆抗体以增强FcγR结合是否可以提高其治疗活性，特别是在严重COVID-19的情况下。最大限度地提高中和抗SARS-CoV-2单克隆抗体参与和激活适当的FcγR通路的能力，有望降低治疗轻中度COVID-19所需的单克隆抗体剂量，并提高其在住院患者中的活性。
大多数临床使用或开发的单克隆抗体以人IgG1表达，尽管人IgG1具有激活FcγRs的亲和力，但也表现出与抑制性FcγRIIb的结合，从而限制了保护性Fc效应活性。此外，由于对抗体通过抗体依赖增强(ADE)机制加重疾病的能力的安全性考虑，一些临床单克隆抗体(etesevimab、AZD8895和AZD1061)已被设计为缺乏FcγR结合活性。

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仓鼠FcγRs和IgG Fc结构域的活性
为了评估Fc-FcγR相互作用对单克隆抗体介导的保护的贡献，我们选择了正在临床使用或开发的中和性单克隆抗体，并将其表达为人类IgG1或对仓鼠FcγRs有明确亲和力的Fc变体。可以看到，当预防性使用单克隆抗体时，Fc效应功能对其抗病毒活性的贡献最小(图片c)；相比之下，在治疗环境中，野生型，而不是FcR阴性(GRLR)变异，能够抑制肺病毒血症并防止体重减轻（图片d）；FcγRIV增强变体(GAALIE)显示出强大的抗病毒活性，但对V11（对仓鼠FcγRIV的亲和力最低）的无治疗活性（e-g）。

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在FcγR人源化小鼠中发现的SARS-CoV-2
尽管人类和FcγR人源化小鼠之间FcγR的绝对表达水平存在差异(例如，中性粒细胞上FcγRI的表达和单核细胞上FcγRIIb的表达，但该菌株为研究与人类翻译相关的人类IgG抗体功能提供了一个合适的平台。人类FcγR在不同白细胞群中的表达是稳定的，并且在幼龄和老年小鼠之间没有差异。用小鼠适应的SARS-CoV-2菌株MA10感染FcγR人源化小鼠（超过15周龄），而不是年轻小鼠（7周龄），会导致剂量依赖性的体重减轻和死亡率提升（图a,b);虽然MA10没有被归类为一种值得关注的变体，但它在目前临床使用或开发的单克隆抗体靶向的表位附近包含几个突变。

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Fc效应功能在抗体治疗中的作用
在单克隆抗体介导的治疗模型中，我们观察到REGN单克隆抗体混合物(表达为野生型人IgG1)在MA10致死刺激后1 天后给予5mg/kg时，对FcγR人源化小鼠具有充分保护作用。相比之下，在缺乏FcγRs的小鼠(FcγR-null)或当单克隆抗体作为对人类FcγRs亲和力最小的变体(GRLR)表达时，没有明显的治疗活性，这凸显了Fc效应功能在中和单克隆抗体的治疗活性中的重要性。

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文章又通过选择性参与激活FcγRs来证明哪些人源FcγRs有助于单克隆抗体介导的保护，提高抗sars-CoV-2单克隆抗体的治疗活性。

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抗体预防中的Fc结构域活性
虽然第一部分的研究表明当预防时使用中和单克隆抗体时，Fc-FcγR相互作用对它们的抗病毒活性并不重要，但是考虑到人和仓鼠的差异，文章又评估了激活FcγR参与对单克隆抗体介导的MA10攻击的FcγR人源化小鼠预防的贡献，如图表明选择性激活FcγR参与可以提高单克隆抗体在治疗中和预防环境中的有效性。

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总的来说，目前批准的单克隆抗体都没有充分利用IgG分子介导保护性抗病毒Fc效应功能的潜力。此篇研究结果为开发基于单克隆抗体的治疗方法提供了一个范例，通过选择性参与特异性FcγR途径，提高了其效力和对COVID-19的治疗效果。