治疗性蛋白质量与安全性中的糖基化

《Pharmacological Reviews》：Glycosylation in Quality and Safety of Therapeutic Proteins

约75%的美国食品药品监督管理局（FDA）批准的重组治疗性蛋白产品为糖基化蛋白，其中N-糖基化和O-糖基化为主要类型，此外还有四种其他类型也存在。

N-糖基化已被确立为一项关键质量属性（CQA），O-糖基化日益获得CQA地位的认可，而其他类型仍难以把握。

产品中的非人源糖表位会带来直接或间接的免疫原性/安全性风险。

必须控制糖基化以确保批次间一致性，并证明生物类似药的相似性。

产品的糖基化是选择重组表达系统的关键决定因素之一，因为各种表达系统已被用于产品制造。

糖工程作为一种重要策略已崭露头角，并在产品和生物制造的开发中日益被实施，以产生具有类似人源和/或所需糖基化谱的产品，从而生产质量和安全性更高的生物制剂。

从糖基化角度出发，通过糖工程和/或更优表达系统开发生物优效品，可能是最易实现的成果，鉴于目前成功产品在临床使用中的有效性，这一领域前景广阔，机遇巨大。

引言

20世纪70年代重组DNA（rDNA）技术的发展之后，20世纪80年代现代治疗性生物药时代正式开启。1 治疗性生物药技术随后于20世纪80年代应用于生物制造，这推动了从20世纪90年代起重组治疗药物在生物制药行业的快速扩展与发展。2 值得注意的是，胰岛素是第一种获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗糖尿病的治疗性蛋白，其获批时间为1923年，3 早于重组时代。? 继利用大肠杆菌通过rDNA技术合成的首个人源胰岛素重组形式之后，Humulin?于1982年获得FDA批准，成为首个源自rDNA技术的人胰岛素产品，用于治疗需要胰岛素的糖尿病。? 从1965年至2025年，FDA共批准了867种治疗性生物药，包括治疗性蛋白（462种）、过敏原和口服免疫治疗（22种）、血液及血液制品（190种）、细胞和基因治疗（46种）、组织产品（8种）以及疫苗（139种）。在462种治疗性蛋白中，48种源自天然来源，414种通过rDNA技术生产。这些重组治疗性蛋白药物约占所有治疗性生物药批准的48%。? 治疗性蛋白已针对广泛适应症进行了开发、制造、临床前和临床研究并获得批准，涵盖范围从罕见遗传性和遗传性疾病到更为常见的疾病，如自身免疫疾病、癌症及其他疾病。最重要的是，治疗性蛋白已被证明是安全有效的治疗手段。值得注意的是，大多数治疗性蛋白经历了一种翻译后修饰（PTM）——糖基化，这是一种将碳水化合物或糖链共价连接到蛋白质上的酶促过程。内源性蛋白上的糖基化在生物学中发挥许多关键作用。自然地，糖基化也会影响治疗性糖蛋白的疗效、药代动力学和药效学（PK/PD）、稳定性、安全性和免疫原性。?,?,?,1?,11,12 因此，糖基化常被指定为治疗性糖蛋白的关键质量属性（CQA），要求对相关重组蛋白药物的表达系统、生产工艺和放行检测进行仔细考量。新的技术和策略不断涌现，以改善治疗性糖蛋白的定量和定性分析。新型生物技术系统正在推进具有期望或目标糖基化谱的治疗性糖蛋白的表达，以确保其质量和安全性适用于人类用药，同时也从糖基化角度开发生物类似药和生物优效品。在本综述中，我们将提供一个高级别概述，重点关注重组治疗性糖蛋白药物，并总结过去四十年来获得的有关糖基化的知识。我们还将简要讨论与糖基化相关的治疗主题。

摘要片段

美国食品药品监督管理局批准的重组治疗性蛋白

治疗性蛋白通过两种主要方法进行制造：从天然来源分离和利用rDNA技术生产。用于制造药物产品的天然来源包括人血浆（例如血液制品、静脉注射免疫球蛋白（IVIG）和凝血因子）、动物组织（例如胰岛素、胰腺酶和肝素）以及细菌（例如胶原酶、天冬酰胺酶和肉毒杆菌毒素）。在获得FDA批准的462种治疗性蛋白中……

治疗性蛋白的糖基化

糖基化是一种将碳水化合物连接到蛋白质、脂质甚至RNA的某些残基上的酶促过程，分别形成糖蛋白、糖脂和糖RNA。???,???,??1 碳水化合物部分被称为糖链或寡糖。蛋白质的糖基化是最常见的翻译后修饰之一，在人类健康与疾病中发挥着关键作用。它参与多种生物过程，包括细胞黏附、分子转运和清除、受体……

糖基化途径

治疗性蛋白中发现四种主要糖基化类型：N-糖基化、O-糖基化、GAG和O-木糖基化。以下简要讨论这四条生物合成途径。由于O-岩藻糖基化、O-葡萄糖基化和C-甘露糖基化仅在上述少数产品中发现，对其产品质量和安全的临床意义知之甚少，受文章篇幅限制，将不予讨论。

糖基化作为关键质量属性（CQA）

人和哺乳动物糖蛋白及其他生物分子上的糖链在许多关键生物过程中发挥重要作用，包括细胞识别、免疫应答、细胞黏附、信号传导和发育，这些过程主要通过糖链与对应的糖结合蛋白（GBPs）的特异性相互作用来介导。???,??? 因此，糖基化作为治疗性蛋白CQA的作用已得到充分确立并易于理解。一般来说，生物功能和活性……

表达系统

重组蛋白依赖rDNA技术并使用多种表达系统，从大肠杆菌等原核生物到猪和山羊等哺乳动物。常用的治疗性蛋白生产表达系统包括仓鼠、小鼠、人、细菌、酵母、植物和昆虫细胞系。??? 哺乳动物表达系统占主导地位，约占获批重组蛋白产品的74%（图3A）。??? 生产中多种表达系统的运用在安全性与……之间取得了平衡。

治疗性蛋白中非人源糖表位的安全性担忧

治疗性糖蛋白引发的非预期免疫反应称为免疫原性，可能导致不良反应，如过敏反应、药物半衰期缩短以及治疗药物及其内源性人同源物的中和作用。??? 即使是人源化和全人源序列衍生的治疗性蛋白也可引发免疫原性反应，导致抗药物抗体（ADAs）的形成。就糖蛋白药物的糖基部分而言，ADAs可由非人源糖链部分……诱导。

治疗性蛋白糖基工程的策略

治疗性蛋白糖基工程的三大主要策略包括：糖工程化表达系统、体外修饰产品糖链以及应用质量源于设计（QbD）原则——涉及糖基化的蛋白质工程。这些策略的最终目标是提高治疗性蛋白的疗效、半衰期和稳定性，同时降低与非人源糖表位相关的免疫原性。

结论

蛋白类药物为多种疾病提供了靶向治疗，涵盖范围从遗传性遗传疾病到自发性病理状况，包括自身免疫疾病和癌症。治疗性蛋白及其他生物药已显著推进了现代医学的发展，并在可预见的未来将继续为患者提供救命药物。约75%的治疗性蛋白（309种，共414种药物产品）为N-和/或O-糖蛋白，并且……

利益冲突

作者无利益声明。本文表达的观点为作者个人观点，不一定反映美国食品药品监督管理局和美国卫生与公众服务部的官方政策或立场，文中提及的商标、商业产品或组织并不暗示美国政府的认可或背书。

数据可用性

本文未呈现数据集。

CRediT作者贡献声明

Yasuyuki Matsumoto：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，形式化分析，数据整理。Jennifer Kim：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，资源，形式化分析，数据整理。Kristin McKenna：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，调查，形式化分析，数据整理。Thomas G. Biel：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，

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致谢

我们感谢David Keire博士对我们手稿进行的重要审阅和编辑。本项目由美国食品药品监督管理局（FDA）药品审评与研究中心（CDER）的内部研究经费支持。

资金支持

本项目由制药质量办公室（OPQ）制造科学与创新中心（CoE），药品审评与研究中心（CDER）国内制造计划，以及CDER法规……

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