基于框架突变的抗体稳定性与功能理性设计：整合计算与实验方法优化抗体工程

这篇综述创新性地提出整合计算模拟（Rosetta、分子动力学）与体外实验的抗体工程策略，聚焦免疫球蛋白框架区（FW）突变对稳定性（ΔΔGfolding）和功能（ADCC/HER2结合）的调控。研究以曲妥珠单抗（trastuzumab）为模型，揭示FW突变通过远端效应影响抗原结合和Fc介导的效应功能，突破传统CDR中心化设计局限，为抗体开发性（developability）优化提供新范式。

　　

抗体框架区工程的全景视角

抗体语言模型在FW突变设计中的局限性

当前抗体语言模型（AbLMs）如AntiBERTy和AbLang2虽能高效生成互补决定区（CDR）变异，但对免疫球蛋白框架区（FW）的突变预测存在明显偏差。分析显示，这些模型对FW野生型氨基酸的概率预测接近1，而通用蛋白语言模型ESM-2和结构导向的Rosetta则展现出更丰富的突变可能性。通过对比55种治疗性抗体和1988对B细胞受体序列，研究发现AbLMs过度依赖种系序列，限制了FW的理性设计空间。

结构导向的FW稳定化突变设计

以HER2靶向抗体曲妥珠单抗为例，Rosetta的ΔΔG_folding预测筛选出VH结构域的双突变体S85N+R87T和R50S+R59N。实验验证显示，S85N+R87T的熔解温度（T_m）提升2.3°C，且保留HER2结合能力（FACS验证p>0.05）和抗体依赖性细胞毒性（ADCC）。相反，靠近CDRH2的R50S+R59N虽提高稳定性，却因VH-VL结构域夹角偏差（MD显示>15°偏移）导致抗原结合和效应功能丧失。

分子动力学揭示的构效关系

通过3μs分子动力学模拟发现，S85N+R87T通过形成新的N-糖基化位点增强稳定性，而R50S+R59N扰动CDR-HER2界面距离（从1.5nm增至3.2nm）。AlloHubPy分析进一步识别出FW残基R50参与抗原未结合状态的特异性骨架运动“枢纽”，解释其功能敏感性的结构基础。

反向设计：基于动态特性的功能解耦突变

聚焦轻链（VL）Q89位点，MD模拟显示该残基与F98形成π-π堆叠，参与抗原结合态的特异构象传播。设计的Q89A突变虽维持HER2结合（SKBR3细胞结合率98% vs WT），但通过破坏F98-Y36相互作用网络，使ADCC活性降低40%（p<0.01）。这种功能选择性调控为抗体“减毒”设计提供了新思路。

框架区工程的临床转化意义

研究突破传统CDR中心化设计范式，证明FW突变可通过三种机制调控抗体功能：①直接稳定Ig折叠（如S85N+R87T）；②调节抗原结合构象传播（如R50S+R59N）；③远端调控Fc效应功能（如Q89A）。这些发现为优化抗体开发性（developability）、降低免疫原性提供了新靶点，尤其对乳腺癌等HER2靶向治疗具有重要应用价值。