综述：新型生物制药策略：Fc-融合蛋白技术

《Frontiers in Pharmacology》：Novel biopharmaceutical strategies: Fc-fusion protein technology

　　

治疗性蛋白质是多种病理学中的关键干预手段，但面临固有局限性，包括血清半衰期短和稳定性欠佳。Fc-融合蛋白技术（Fc-fusion protein technology）是一种创新的生物制药方法，通过工程化连接子（linker）将功能性蛋白结构域与IgG Fc片段（IgG Fc fragment）结合。通过利用FcRn介导的再循环（FcRn-mediated recycling）和增强的热力学稳定性，该策略延长了循环半衰期。同时，与Fcγ受体（FcγRs）和补体成分1q（C1q）的相互作用赋予Fc-融合蛋白免疫调节功能，例如抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和补体依赖性细胞毒性（CDC）。近期获批的新型Fc-融合生物制剂（Fc-fusion biologics）证实了Fc-融合蛋白的转化可行性。随着人工智能引导设计（artificial intelligence-guided design）和工程化Fc支架（engineered Fc scaffolds）的持续创新，Fc-融合技术有望主导下一代生物治疗药物。尽管在药代动力学方面具有优势，但诸如靶点介导的药物处置（TMDD）和FcRn结合干扰等挑战仍需解决。研究人员系统评估了Fc-融合蛋白药物的现状以及近期工程化进展，以增强Fc-融合蛋白在药物开发中的应用。

1 引言
治疗性蛋白质在生物制药应用中一直是不可或缺的药剂，为多种病理（包括癌症、自身免疫性疾病、遗传性疾病和炎症性疾病）提供独特的临床验证干预。与小分子药物相比，蛋白质治疗剂表现出更优异的生物活性、靶向特异性、更低毒性和良好溶解性。然而，固有局限性（特别是短半衰期、次优稳定性和不充分的组织靶向）显著限制了其临床转化和治疗潜力。多种工程化策略被开发以应对这些挑战，其中Fc-融合技术（Fc-fusion technology）因在半衰期延长方面的深刻能力而成为基础方法。该技术利用基因工程将生物活性肽或蛋白质（例如细胞因子、生长因子、受体胞外域、配体、酶或抗体片段）与IgG Fc片段（免疫球蛋白G的片段可结晶区）共表达，形成嵌合融合蛋白。所得构建体赋予母体分子增强的药代动力学特性和结构稳定性。依那西普（Etanercept）是1998年首个美国食品药品监督管理局（FDA）批准的Fc-融合药物，标志着Fc-融合蛋白成为具有广泛临床适用性的变革性治疗平台。当前研究通过人工智能引导设计、蛋白质工程和表达系统优化持续推动该领域发展，旨在增强理化性质和功能多样性以扩大临床影响。本综述系统阐述了Fc-融合蛋白从分子架构到临床实施的关键策略和最新进展，包括分子设计基本原则、药理学挑战、优化方法以及新型Fc-融合构建体的新兴趋势。

2 Fc-融合蛋白的分子构建原理与功能特性
完整的Fc-融合蛋白主要由三个组分构成：功能性蛋白结构域、Fc结构域以及连接二者的连接子。这种独特结构赋予蛋白质多样化的功能特性，使其在生物制药中具有广阔应用前景。分子构建的核心原理是通过基因工程将生物功能性部分（例如受体胞外域、配体或酶）与免疫球蛋白Fc区域融合，这种共表达产生一种新型嵌合分子，既保留特异性功能蛋白活性，又保留Fc生物活性。

2.1 功能性蛋白结构域
功能性蛋白结构域决定了Fc-融合蛋白的特异性生物活性，使其能够被细胞表面膜蛋白、抗体或其他分子识别和结合，从而调节下游靶点或信号通路以实现预期生物效应。例如，依那西普是人肿瘤坏死因子受体2胞外域与人IgG1 Fc的融合体，它结合可溶性TNF-α和TNF-β，阻断它们与免疫细胞上TNFR的相互作用，抑制促炎通路并减少细胞因子释放，从而减轻炎症。该药广泛用于治疗类风湿关节炎、银屑病关节炎和强直性脊柱炎等自身免疫疾病。同样，阿柏西普（aflibercept）于2012年获批，将血管内皮生长因子受体1和2（VEGFR1/2）与人IgG1 Fc融合，用于转移性结直肠癌治疗。度拉糖肽（dulaglutide）于2014年获批，将人胰高血糖素样肽-1（GLP-1）作为功能域，作为GLP-1受体激动剂治疗2型糖尿病。与单克隆抗体相比，功能性蛋白的灵活选择是Fc-融合蛋白技术的核心优势。选择多种功能性蛋白（如特殊配体或结合域）打破了抗体可变区模式的固有局限，使Fc-融合蛋白能够靶向酶、细胞因子、趋化因子、生长因子等单克隆抗体难以有效中和或捕获的靶点。因此，功能性蛋白结构域决定了靶点特异性和生物活性，是治疗效力的关键部分。

2.2 免疫球蛋白Fc片段
Fc片段主要由IgG CH2（重链恒定区，CH）和CH3结构域组成，具有关键的生物学特性，包括二聚化能力和与效应分子相互作用的能力。它促进二聚化以模拟天然的“Y”形抗体结构，这对维持治疗性蛋白质的活性至关重要。在体内，Fc区域与效应分子如新生儿Fc受体（FcRn）、Fcγ受体（FcγRs）和补体成分1q（C1q）相互作用。这些相互作用支撑了延长半衰期、免疫调节和增强免疫原性等重要功能。Fc片段通常来源于人IgG1，也可能来源于其他IgG亚型（如IgG2-4）或其他物种（如鼠源），从而拓宽治疗应用。Fc结构域赋予多种功能优势，成为生物制药开发中的关键策略。功能性蛋白可以以两种不同的方向融合到Fc结构域：N端融合和C端融合。对于N端融合的Fc-融合蛋白，功能域靠近铰链区，具有更开放的空间构象、更高的结构灵活性以及更接近天然形式的折叠状态。二聚化后，两个功能性蛋白在空间上分离，在受体结合时空间位阻低，因此通常表现出更优的结合亲和力和生物活性。相反，C端融合的Fc-融合蛋白的功能部分位于Fc二聚体的远端，导致空间排列拥挤和灵活性受限，容易诱导异常蛋白质折叠。二聚化后两个功能域相邻分布引起严重的同源空间位阻，通常导致生物活性显著降低，尽管少数蛋白质类型仍可保留中等活性。因此，N端融合是设计Fc-融合蛋白的首选策略，而C端融合仍是一种替代设计方案。

2.2.1 体内半衰期延长
Fc-融合蛋白的二聚化赋予功能蛋白特性，提高热稳定性和抗蛋白酶解能力，从而延长半衰期。此外，半衰期延长依赖于Fc-FcRn结合，该结合防止溶酶体降解并延长循环驻留时间。FcRn是一种主要组织相容性复合体I类（MHC I）相关分子，表达于内皮细胞、上皮细胞和抗原呈递细胞，以pH依赖性亲和力结合Fc，帮助基于抗体的药物穿透生理屏障（如黏膜和上皮），实现多组织分布和靶向递送。在酸性内体中，Fc发生类似IgG的构象变化，暴露质子化的组氨酸残基，与FcRn α2结构域中的负电残基（如天冬氨酸/谷氨酸）形成盐桥和氢键。由于血清中丰富的白蛋白也能独立结合FcRn，可观察到含白蛋白的复合物。但白蛋白与Fc-FcRn相互作用之间的精确关系至今仍不清楚。该复合物被运输到细胞表面；中性pH触发去质子化，导致复合物解离并释放Fc进入循环。相反，未结合的Fc-融合蛋白易发生溶酶体降解。这种再循环机制使药物在体内长期稳定。同时，FcRn介导的转胞吞作用增强了药物在屏障组织（如黏膜和呼吸道上皮）中的分布和穿透能力，促进了新型递送策略（包括无针给药）。特别是，Fc与FcRn的相互作用可进一步介导Fc-融合蛋白穿过孕妇胎盘屏障，为胎儿相关疾病的预防和治疗提供前景。但Fc-融合蛋白的胎盘转运仍存在潜在安全隐患。传统Fc-融合蛋白可穿过胎盘，可能对胎儿产生毒性作用。因此，孕妇通常被排除在基于抗体的治疗临床试验之外。基于FcRn相互作用，Fc-融合蛋白现已成为一种经济有效的半衰期延长策略，与未修饰的功能蛋白结构域相比，半衰期增加1.5至1.7倍。

2.2.2 免疫效应功能的介导
Fc片段可以结合效应分子（如FcγRs、C1q）来介导抗体依赖性细胞毒性（ADCC）或补体依赖性细胞毒性（CDC），实现免疫调节。效应细胞（如巨噬细胞、NK细胞）上的FcγRs与Fc结构域结合，触发免疫反应，如NK细胞激活靶细胞裂解或巨噬细胞吞噬。此外，Fc结合的C1q激活补体级联，沉积C3b进行调理作用，并形成膜攻击复合物（C5-C9）以裂解靶细胞。Fc-融合蛋白同样能够结合FcγRs和C1q，实现类似IgG的免疫效应功能。值得注意的是，融合功能蛋白的特性可以调节Fc片段与免疫效应分子之间的结合能力。Lagassé等人评估了多种Fc-融合蛋白对FcγRI、FcγRII、FcγRIII和补体C1q的结合亲和力和动力学特征。累积证据表明，功能蛋白的选择对Fc-免疫效应结合及下游信号转导产生不同的调节作用，最终改变Fc-融合治疗剂的体内免疫原性和多种免疫相关生物学功能。这些结果揭示了Fc-免疫效应相互作用机制的复杂性，强调了在新颖Fc-融合蛋白药物开发过程中进行系统筛选和全面功能评估的必要性。此外，Fc-融合蛋白具有显著的设计多样性，并非所有分子都主要旨在激活Fc介导的免疫效应功能。来自国际非专利名称的819种抗体和Fc-融合蛋白的数据集中，约45%的蛋白质缺乏免疫效应功能，要么通过选择被认为对C1q和Fcγ受体结合减弱的亚类（IgG2或IgG4），要么通过引入特定氨基酸取代。大量研究已证实，在大多数治疗环境中，受限于分子作用机制、空间构象和靶点的固有生物学特性，Fc区域的免疫效应活性通常显著减弱甚至完全丧失生物学功能。此外，在自身免疫性疾病和炎症性疾病中，Fc基免疫效应功能的非特异性激活可能引发不良药理事件，如细胞因子风暴、脱靶细胞毒性和组织炎症损伤，从而损害治疗安全性。多种策略可以调节Fc区域的免疫调节功能。例如，Fc同种型是效应功能基础活性的核心决定因素。其中，IgG1容易激活ADCC和CDC效应；IgG2和IgG4表现出弱效应活性；IgG3具有最强的补体激活能力但分子稳定性差。Fc区域的糖基化修饰，特别是N297位点，是调节免疫效应功能的关键开关。去岩藻糖基化可显著增强Fc与FcγRIIIa之间的亲和力，从而增强ADCC活性，而高唾液酸化或去糖基化则倾向于沉默效应功能。此外，分子空间构象和价态控制着Fc受体的交联效率。六聚体IgG可以有效激活CDC效应，而单价Fc-融合蛋白或具有显著空间位阻的Fc-融合蛋白几乎无法启动效应功能。同时，抗原可及性、靶细胞表面的抗原密度以及局部微环境（如pH和FcγR表达）进一步决定效应功能是否能有效启动。

2.2.3 免疫原性的调节
除了延长靶分子体内半衰期和调节免疫反应外，Fc-融合蛋白通过分子二聚化和延长抗原暴露来调节免疫原性。机制上，Fc结构域通过结合FcγRs促进抗原呈递细胞（APCs）的有效摄取和吞噬。同时，它通过新生儿Fc受体（FcRn）依赖性再循环途径延长半衰期，从而持续维持体内抗原暴露，理论上增加了有效免疫识别的可能性。例如，据报道，非洲猪瘟病毒（ASFV）B602L蛋白与猪IgG Fc融合可在小鼠中诱导强效的Th1型细胞和体液免疫反应，显示其作为有前景的ASFV亚单位疫苗候选物的巨大潜力。然而，这些免疫调节效应在实践中并非普遍一致。Fc-融合蛋白赋予的免疫原性仅反映了其机制可能性而非确定的临床结果。累积证据表明，将不同的抗原（如HIV-1 gp120和SARS-CoV-2 RBD）融合到相同的Fc支架上可产生不同的免疫原性特征，包括增强、减弱或不变的免疫反应性。对Fc区域进行靶向工程化以重塑其构象特征及其与FcγRs和补体C1q的结合亲和力，可以增强或减弱Fc-融合蛋白的免疫原性，灵活定制以满足特定应用需求。值得注意的是，临床批准的Fc-融合治疗剂（包括依那西普和艾美珠单抗）中观察到的相对较低的免疫原性进一步证实了Fc-融合构建体的最终免疫原性表现由多个决定因素共同控制，包括分子架构、制剂特征、递送策略和宿主免疫微环境，而非简单地基于理论机制进行预测。

2.3 连接子
功能蛋白与Fc结构域之间的连接子对其表达、稳定性、活性和药代动力学具有关键影响。连接子的长度、柔性和序列调节蛋白质的构象和功能。例如，Taekyeol等人在hGH-Fc-融合蛋白中优化了连接肽，证明了它们对药代动力学和药效学的影响。类似地，Michela等人通过优化长度的连接子将Fynomer与Fc融合，赋予皮摩尔级别的IL-17A抑制活性，凸显了连接子设计如何影响生物活性。因此，连接子的选择对于Fc-融合蛋白的开发至关重要。

3 Fc-融合蛋白药物开发中的挑战
与常规蛋白质治疗剂相比，Fc-融合蛋白因其独特结构表现出显著的可药性潜力。然而，其开发仍面临挑战，特别是靶点介导的药物处置（TMDD）和FcRn结合对药代动力学的影响。通过多方面策略优化药代动力学（PK）和药效学（PD）特性是提高疗效、降低给药频率和确保患者安全的关键。TMDD显著影响Fc-融合蛋白的PK，尤其是基于细胞因子的构建体。TMDD是一种生物制药机制，其中治疗性蛋白质与其靶点结合并经历内吞或降解，导致剂量依赖性非线性PK。例如，Yang等人开发的IL-10靶向Fc-融合药物在药理活性剂量（≥0.1 mg/kg）下表现出非线性PK。在低剂量下，快速的靶点介导清除可能降低有效暴露，而靶点饱和延长了高剂量下的半衰期，可能增加毒性。这使剂量选择和PK/PD建模复杂化，从而阻碍从临床前到临床研究的转化。FcRn是控制IgG分子和Fc-融合蛋白体内循环半衰期的关键调节因子。因此，Fc结构域的选择和工程化直接重塑Fc-FcRn相互作用，从而改变药物半衰期。Gj?lberg等人进一步证明，融合功能域的种类也影响Fc-FcRn结合亲和力，在细胞膜微环境内的pH依赖性结合和解离行为中观察到显著差异。此外，融合功能域缺乏抗体Fab区域固有的结构灵活性，因此不容易采取Fc-FcRn结合所需的最佳构象。这种结构适应性的不足在很大程度上解释了Fc-融合蛋白相对于单克隆抗体药代动力学性能较差的原因。自结合也可能导致不可逆聚集、粘度增加和稳定性降低。此外，Fc糖基化模式（N-/O-聚糖占据）对环境因素（如NaCl浓度）敏感，改变结构和FcRn亲和力。除了FcRn相关问题外，非特异性聚集和免疫原性也构成主要挑战。Fc工程化是应对这些挑战的主要策略。

4 Fc-融合蛋白的优化策略
4.1 定量系统药理学（QSP）或人源化小鼠模型有助于应对挑战
定量系统药理学（QSP）模型整合系统生物学、药理学和数学，动态模拟药物-生物学相互作用，从而能够预测TMDD和优化剂量。与经验模型不同，QSP通过生物学有意义的参数（如器官体积或受体亲和力）解释机制为何发生，允许外推到未经测试的场景（如新的给药方案或患者群体）。基于生理的药代动力学（PBPK）模型预测跨物种（小鼠、猴子和人）的血浆/组织分布，从而桥接TMDD引起的PK复杂性。此外，通过用人类FCGRT替换小鼠Fcgrt产生的人源化FcRn（hFcRn）转基因小鼠，能够精确模拟人类Fc-融合蛋白的再循环，提供临床相关的PK数据。值得强调的是，FcRn-Fc界面处的生理竞争性结合对于在体内分析中重现真实的人类生理条件不可或缺。传统模型小鼠不产生人类血浆中足量的内源性人IgG，因此没有FcRn结合位点的自然竞争性占据。这种人为微环境偏离了实际生理环境，往往延长药物循环时间，从而高估体内半衰期。总之，这些策略部分解决了TMDD或FcRn挑战。

4.2 Fc区域的优化
基于Fc区域赋予融合蛋白的多方面功能特性（如上所述），核心优化策略集中于延长半衰期、增强稳定性和抗聚集性能以及降低免疫原性。这些策略旨在开发更安全、更有效、成本更低且更好地满足临床需求的Fc-融合蛋白治疗剂。主要策略包括以下三种：

4.2.1 半衰期延长策略
半衰期是决定药物体内驻留时间和给药频率的关键药代动力学参数，直接影响治疗效力和患者依从性。尽管Fc-融合蛋白主要通过FcRn介导的再循环避免了快速降解，但可通过多种策略进一步优化。FcRn主要通过相互作用控制免疫球蛋白血清半衰期。Fc位点的氨基酸取代可改善Fc-融合蛋白的半衰期。通过引入氨基酸取代（例如M252Y/S254T/T256E 命名为YTE 或 M428L/N434S 命名为LS）进行Fc工程化，可将酸性pH下的Fc-FcRn结合亲和力提高10-40倍，从而使半衰期延长2-4倍。此类氨基酸取代也改善了酸性肿瘤微环境（TME）中的稳定性，为肿瘤靶向Fc-融合蛋白提供了新途径。例子包括I256T突变的ENPP1-Fc-融合蛋白，也通过FcRn延长其半衰期。此外，研究引入了三个位点特异性氨基酸取代Q311R/M428E/N434W（REW），可在人FcRn转基因小鼠中延长血浆半衰期并增强黏膜组织分布能力，以及实现无针给药和穿透呼吸道上皮屏障。糖工程化是改善Fc-融合蛋白半衰期的另一种策略。糖基化关键影响蛋白质稳定性、免疫原性和清除率。对于Fc-融合蛋白，聚糖重塑（如去唾液酸化/去岩藻糖基化）调节与凝集素受体（如甘露糖受体、树突状细胞特异性细胞间黏附分子-3-抓取非整合素）的相互作用，以减少非特异性摄取。Van等人的IgA2.0抗体去除了两个N-糖基化位点，展示出延长的半衰期且不损害其功能，该策略可应用于Fc-融合蛋白。聚乙二醇（PEG）修饰也能改善Fc-融合蛋白的半衰期。PEG化增加流体动力学体积、减少蛋白酶解和肾清除，并降低免疫原性。值得注意的是，PEG化可作为Fc-融合技术的替代策略来延长靶蛋白半衰期。这两种方法通过不同机制延长半衰期：Fc-融合依赖于FcRn介导的细胞内再循环，而PEG化通过空间位阻和增加的流体动力学体积减少体内清除来实现长循环。然而，单独的PEG化具有固有局限性，包括高度修饰异质性、易屏蔽活性位点、显著丧失生物活性以及缺乏二聚化诱导的激活效应，这限制了其在需要高生物活性、长循环持续时间和多功能特性的蛋白质药物研发中的应用。此外，亲水性PEG外壳可以有效掩蔽Fc上的免疫显性表位，减少抗Fc抗体的产生，并减弱FcγR结合引发的非特异性免疫反应，从而显著改善临床安全性。例如，PEG化IFNα-Fc-融合蛋白实现了延长的半衰期和改善的临床安全性，且不损害生物活性。因此，Fc-融合与PEG化的联合修饰可以克服单一修饰策略的缺点，突破半衰期延长的上限，最终实现超长效和安全的药物给药。

4.2.2 稳定性与抗聚集优化
蛋白质治疗剂的稳定性和抗聚集特性对于确保其效力和安全性至关重要。聚集不仅可能导致活性丧失，还可能引发免疫原性反应。由于Fc结构域的存在，免疫球蛋白或融合蛋白可能表现出构象不稳定性，导致非特异性聚集。为了解决这个问题，引入额外二硫键的蛋白质工程方法可以增强Fc区域的结构刚性，减少构象波动，从而提高其稳定性和抗聚集能力。此外，新型单体Fc技术提供了规避非特异性聚集的替代策略。单体Fc设计旨在维持功能性的同时避免传统Fc二聚体可能伴随的聚集问题。通过结合结构引导方法和多种半衰期延长修饰策略，可以开发出具有优异稳定性的单体Fc分子，有效防止聚集。这为单价蛋白疗法和双特异性靶向分子提供了一个有前景的平台。

4.2.3 免疫原性控制
免疫原性是治疗性蛋白药物的关键挑战，因为可能导致针对融合蛋白治疗剂的中和抗体或抗药物抗体的产生，从而降低药物效力并可能引发不良反应。治疗性蛋白的生产通常依赖于多种宿主系统，每种系统都有不同的优势和局限性。主要宿主系统包括哺乳动物细胞、大肠杆菌和植物系统。因此，Fc-融合蛋白在设计和制造过程中的免疫原性控制可以通过选择合适的宿主系统来实现。哺乳动物细胞通常优先作为Fc-融合蛋白生产的宿主，主要因为哺乳动物细胞系能提供类似于人蛋白质的翻译后修饰，特别是糖基化。不同的宿主细胞可能导致Fc区域聚糖结构的差异。非人聚糖结构可能被免疫系统识别为异物，从而引发免疫反应。因此，选择合适的宿主系统并精确控制宿主细胞糖基化途径以产生更类似人的聚糖，是降低免疫原性的重要策略。

4.2.4 免疫效应控制
如上所述，Fc介导的免疫效应功能理论上可以增强Fc-融合蛋白的治疗效力，但这并不适用于所有临床场景。对Fc区域进行靶向工程化可以实现对免疫活性的精确调控，以更好地适应多样化应用需求。例如，IgG1 Fc的经典三重氨基酸取代（L234F/L235E/P331S）和强效双氨基酸取代（G236R/L328F）显著降低其对Fcγ受体家族的结合，并几乎完全消除ADCC和CDC活性，从而实现免疫效应功能的完全沉默。类似地，IgG4 Fc融合结合L235E氨基酸取代可以实现等效的沉默效果。为了激活Fc结构域的免疫调节能力，可以采用组合氨基酸取代来增加对FcγRIIIa的亲和力（通过S239D/I332E/A330L）或增强C1q结合（通过E345R/E430G）以增强补体依赖性细胞毒性。值得注意的是，创新的Fc工程化策略已建立，通过多氨基酸取代赋予Fc结构域独特的生物学功能。在Huang等人的研究中，主要在IgG Fc的CH3结构域和CH2-CH3连接处引入氨基酸取代以重新导向受体结合偏好。其中，N434A和Y436H废除FcRn依赖性再循环途径并消除半衰期延长；L309D和Q311R促进与内吞相关受体的结合并触发细胞内在化；K370E和K374E改变整体结合谱以偏离常规免疫相关相互作用。总之，当前的Fc工程化策略应根据Fc-融合蛋白治疗剂的作用机制进行定制。对于功能沉默或免疫激活，所有修饰都应优先考虑并强化核心药理功能。

5 新型Fc-融合蛋白的当前发展
自依那西普首次获批以来，欧盟和美国已批准了众多Fc-融合蛋白治疗剂。FDA和EMA批准的Fc-融合蛋白药物总结于表2中。这一轨迹强调了Fc-融合蛋白的关键作用和光明前景。通过Fc-融合技术开发的新型靶点药物和生物类似药持续进入市场，充分展示了该平台的巨大转化潜力和广阔前景。尽管Fc-融合蛋白相对于传统蛋白治疗剂具有多重优势，但疾病发病机制和演变的日益复杂性带来了挑战。单特异性Fc-融合蛋白常常无法达到预期的治疗效力。因此，对现有Fc-融合治疗剂进行功能扩展势在必行。优化策略主要分为两种方法：第一种是直接连接多功能单体分子，从而赋予融合蛋白多重功能；第二种替代方法是将两个或多个功能蛋白融合到一个Fc片段上，生成多价、多特异性融合蛋白。

5.1 多功能分子作为功能蛋白
多功能分子设计是优化Fc-融合蛋白技术的关键策略，旨在通过单个分子同时激活多条通路或抑制多个检查点，以增强治疗效力。该方法广泛应用于肿瘤学，专注于开发双特异性或多效应融合蛋白以改善治疗结果和功能多样性。报道的案例包括Wang团队开发的CD80 Fc-融合蛋白，该蛋白是一种可溶性分子，将CD80胞外域与Fc区域结合。其机制涉及结合T细胞上的CD28以激活抗肿瘤免疫，同时竞争性阻断PD-L1以逆转免疫抑制。另一个例子是Li团队开发的白细胞介素-15Rα（IL15Ra） Fc-融合蛋白，它模拟天然IL-15的顺式呈递以增强其生物活性。这种设计通过受体（如NKp46/CD16a）增强自然杀伤（NK）细胞和T细胞的增殖和细胞毒性，并有效克服了天然IL-15的局限性（如短半衰期和不稳定性）。值得注意的是，这两种设计均表现出优于单特异性Fc-融合蛋白的肿瘤抑制能力。

5.2 双特异性Fc-融合蛋白
双特异性Fc-融合蛋白是通过将两个不同的功能结构域融合到Fc片段的相对末端而构建的，产生单价双特异性分子。如上所述，功能蛋白通常融合到Fc的N端。C端缀合受空间位阻限制，因此双特异性Fc-融合蛋白需要精巧的结构设计。该领域的关键创新包括Rau团队开发的Dab-Fc-融合蛋白，该蛋白靶向HER2和HER3，使用源自曲妥珠单抗和3-43抗体的功能结构域分别融合到N/C端IgG1 Fc，在体外和体内表现出高亲和力结合和强效抗肿瘤效应。此外，Zhou团队采用“knob-into-hole”技术，通过配对两个具有不对称臂的Fc片段来创建不对称双特异性抗体（BsAbs），赋予增强ADCC、抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）和改善FcRn结合等优势。此外，Shan团队设计了一种稳定的单体Fc突变体（mFc4），旨在防止二聚化。他们的构建体Fab-mFc4-scFv成功实现了延长的血清半衰期，同时保留了双靶向能力。展望未来，涉及异二聚化或聚合的策略有望实现多条通路的同步激活，拓宽这些分子的治疗潜力。

6 讨论
Fc-融合蛋白表现出延长半衰期、增强稳定性和介导免疫反应等优势，表明其显著的发展潜力和应用前景。然而，Fc-融合蛋白的药物开发和临床转化仍面临挑战。为了克服这些挑战，研究人员专注于工程化Fc片段以开发更安全、更有效的基于Fc-融合的治疗剂。除了工程化方法外，人工智能（AI）辅助设计Fc-融合结构将发挥关键作用，并可能成为未来技术进步的新驱动力。AI在理性设计中的潜力，特别是通过AlphaFold等工具预测融合蛋白构象，正在深刻改变蛋白质药物开发。AlphaFold通过深度学习实现高精度蛋白质结构预测，预测精度接近实验结果。在某些情况下，它甚至能更好地表征蛋白质的柔性或内在无序区域（IDRs）。这种技术转变使研究人员能够以前所未有的速度和准确性获得三维结构信息，从而预防或解决大多数与稳定性和安全性相关的问题。除了上述优点外，AI辅助设计的现有局限性仍然显著。这些缺点主要涉及对内在柔性蛋白质区域的预测精度低、对连接子动态构象的模拟不可靠、对糖基化和其他翻译后修饰的考虑不充分、对多聚体四元组装的预测存在偏差，以及缺乏系统的可药性评估。这些局限性阻碍了对蛋白质折叠稳定性、靶点结合亲和力、多亚基复合物界面相互作用以及体内免疫原性的评估。利用静态AI结构预测进行分子设计无法解决药物开发中的核心瓶颈。这类方法不足以可靠地预测蛋白质候选药物的体内药代动力学特征、宿主免疫原性反应以及工业规模可制造性。认识到AI辅助设计的固有约束和适用边界有助于建立平衡的讨论视角，使研究结论更严谨，更符合临床转化和工业发展需求。近年来，可比的生物制药工程方法，包括人血清白蛋白（HSA）融合、脂质缀合和抗白蛋白VHH修饰，在降低免疫原性、增强组织穿透和加速研究进展方面显示出突出优点。然而，这些策略通常存在固有局限性，如功能单一、价态不足、生产和纯化费用高以及严格的质量控制挑战。例如，Idelvion（FIX-HSA融合蛋白）和Alprolix（FIX-Fc融合蛋白）是临床获批的用于血友病B的长效治疗剂，主要通过修饰模式和功能特征区分。Idelvion具有100-120小时的延长循环半衰期、低免疫原性、可忽略的FcγR相关效应以及中等改善的组织穿透。但这种单体蛋白呈现受损的凝血效力和结构稳定性。此外，它无法通过蛋白A亲和层析分离，这使制造流程复杂化并增加生产成本。相比之下，Alprolix以天然二聚体形式存在，分子量约120 kDa，赋予增强的凝血活性和结构稳定性。这种Fc-融合变体支持一步法蛋白A纯化，拥有完善的工业生产流程和良好的成本可控性。其缺点在于相对较短的半衰期（80-90小时）和FcγR结合的低风险。总体上，Idelvion在生物安全性和体内持久保留方面占优，而Alprolix在生物效力、结构稳健性和工业可制造性方面表现更佳。这种差异化的特性有助于根据实际治疗需求进行个性化临床给药。凭借模块化结构设计、自发二聚化、可精确调节的半衰期和效应功能、标准化工业生产流程以及充分的临床验证数据，Fc-融合技术仍然是针对需要高结合亲和力、强信号抑制和安全长期递送的治疗药物的不可或缺且临床实用的核心开发策略。总之，Fc-融合技术作为一种经过验证的生物工程策略，在半衰期延长、稳定性改善和功能整合方面具有独特优势。未来的研究应优先通过精准结构工程、免疫原性管理和个性化给药策略，开发更复杂、多功能的新一代Fc-融合蛋白。这种方法将扩大这些药物的临床应用范围，并改善患者治疗体验和结果。可以预期，成熟且安全的Fc-融合药物将变得越来越普及，从而为维护人类健康做出重要贡献。