用于產生免疫球蛋白樣分子的方法和手段的制作方法
【專利摘要】本發明提供了用于在單個宿主細胞中產生一種或更多種免疫球蛋白樣分子的手段和方法。也提供了能夠產生目的單特異性和/或雙特異性免疫球蛋白樣分子的新的CH3突變。
【專利說明】用于產生免疫球蛋白樣分子的方法和手段

【技術領域】
[0001] 本發明涉及分子生物學、醫學和生物治療劑領域。尤其涉及用于治療多種疾病的 治療性抗體領域。

【背景技術】
[0002] 許多目前使用的生物治療劑是分離的重組人或人源化單克隆抗體，其增強機體免 疫系統中和或消除參與疾病過程的細胞和/或分子或者消滅侵入的病原體或感染原的能 力。單克隆抗體與抗原的單個特定區域或表位結合，并且對于治療中的使用，通常根據期望 的功能性質進行選擇，例如殺死腫瘤細胞，阻斷受體-配體相互作用或病毒中和。目前，大 約有30種經FDA批準的單克隆抗體，這些單克隆抗體通常被大量生產，并且可詳細分析其 生物物理和生物化學特性以確保批與批之間的一致性，這有助于控制合格率（regulatory acc印tability)。盡管具有這些有利的特性，但是單克隆抗體也有許多缺點，其中一些 涉及到其單特異性的性質和疾病的復雜性。疾病過程在性質上常常是多因素的，并且涉 及疾病調節因素的繁多的或協同的作用或不同受體的上調，包括其信號網絡之間的串擾 (crosstalk)。因此，對參與病理的多種不同因素和途徑的阻斷可導致改善治療效果。由于 其單特異性的性質，單克隆抗體可能僅干擾復雜疾病過程中的單個步驟，這往往不具有最 佳效果。除了不能完全解決疾病過程的多個方面外，已經很清楚的是，靶向單個細胞蛋白質 或可溶性蛋白質或病原體的單個表位通常不足以有效地治療疾病，這是因為對于單克隆抗 體來說與之結合并發揮所預期效果的靶表位可能不再可利用。例如，腫瘤細胞經常通過下 調、突變或屏蔽存在于生長因子受體上的靶表位來逃避單克隆抗體的治療。通過激活替選 受體和/或其配體，腫瘤細胞然后可開發出不同途徑來持續生長和轉移。類似地，病毒和 其他病原體頻繁突變并失去或屏蔽靶表位，從而逃避單克隆抗體的治療。與單個表位結合 的單克隆抗體通常不招募由多克隆抗體誘發的全方位的效應機制，其中包括：調理素作用 (增強抗原的吞噬作用）、位阻（包被抗體的抗原被阻止附著到宿主細胞或粘膜表面）、毒素 中和、凝集或沉淀（抗體結合多個可溶性抗原引起的聚集和隨后的清除），激活補體和抗體 依賴性細胞的細胞毒性（抗體能夠通過自然殺傷細胞和嗜中性粒細胞殺傷靶細胞）。
[0003] 用于治療應用的多克隆抗體可以從混合人血清中獲得。這種血清來源的治療性多 克隆抗體可例如用于治療或預防由病毒（例如狂犬病病毒、巨細胞病毒和呼吸道合胞體病 毒）引起的感染、中和毒素（例如破傷風毒素和肉毒桿菌毒素）或預防Rhesus D同種異體 移植物免疫。以下事實阻止了血清來源的多克隆抗體制劑更廣泛的應用：來源血漿僅可用 于有限范圍的靶標，例如感染性疾病和毒素。此外，在數量和適宜性二者方面，產品高度依 賴于供體血液的可用性，導致批次之間相當大的差異。此外，篩選技術跟不上不斷進化的病 毒，因此，免疫球蛋白產品具有傳播傳染性疾病的潛在風險。最后，血液采集、篩選和免疫球 蛋白純化的漫長過程意味著血漿來源的免疫球蛋白生產昂貴。
[0004] 單克隆抗體的混合物可以提高單克隆抗體的效力，同時避免了與血清來源的多克 隆抗體有關的局限性。在本領域中，已經在臨床前模型和臨床試驗中測試了兩種人的或人 源化單克隆抗體的組合（例如針對J1ER2受體的兩種單克隆抗體的混合物，針對EGFR受體 的兩種抗體的混合物、針對狂犬病病毒的兩種單克隆抗體）。在本領域中，已經顯示出兩種 單克隆抗體的組合可具有附加效應或協同效應，并且招募與任一單獨的抗體都不相關的效 應機制。例如，針對EGFR或HER2的兩種單克隆抗體的混合物表現為基于下述活性的組合更 強效地殺傷腫瘤細胞，所述活性包括：加強受體內化、提高對受體的下游信號通路的阻斷， 以及增強免疫效應子介導的細胞毒作用。對于基于2種單克隆抗體的組合療法，組成抗體 可分別產生并且在蛋白質水平上組合。這種方法的一個缺點是在臨床試驗中單獨開發2種 抗體并且（部分地）用組合重復該過程的費用巨大。這導致基于抗體組合的治療的成本不 可接受。或者，可以將產生組成單克隆抗體的2種重組細胞系在發酵罐中混合，并且可將所 得抗體混合物純化作為單一制劑（W02004/061104)。這種方法的一個缺點是其組成的控制 性差，因此所得重組多克隆抗體制劑的再現性差，尤其是考慮到這樣的組成可能在細胞被 培養時隨著時間而改變，更是如此。
[0005] 在過去的十年中，出現了雙特異性抗體來作為使用2種抗體的組合的一種替代選 擇。雖然，2種抗體的組合代表了與相同或不同靶標上的不同表位結合的2種不同的免疫 球蛋白分子的混合物，而在雙特異性抗體中，這通過單個免疫球蛋白分子實現。通過與相同 或不同靶標上的2個表位結合，雙特異性抗體可具有與同相同表位結合之2種抗體的組合 相比類似的效果。此外，在單一制劑中由于IgG形式的雙特異性抗體與單個分子中的2個 不同的單價結合區組合以及2個IgG抗體的混合物與2個不同的二價結合分子組合，也已 經觀察到了這些形式的不同效果。從技術和管理角度來看，由于制造、臨床前試驗和臨床試 驗涉及單一分子，這使得開發單一雙特異性抗體的復雜性較低。因此，復雜性較低并且具有 成本效益的藥物開發過程同時提供更有效的抗體治療，促進了基于單一雙特異性抗體的療 法。
[0006] 已通過多種方法產生了基于IgG形式的雙特異性抗體，其由兩條重鏈和兩條輕鏈 構成。例如，可以通過使兩個抗體分泌性細胞系融合以產生新的細胞系或通過用重組DNA 技術在單個細胞中表達兩種抗體來產生雙特異性抗體。這些方法產生了多種抗體，這是因 為來自每個抗體的各自的重鏈可能形成單特異性二聚體（也稱為同二聚體），其包含兩個 相同的具有相同特異性的配對重鏈，以及雙特異性二聚物（也稱為異二聚體），其包含兩個 不同的具有不同特異性的配對重鏈。此外，來自各個抗體的輕鏈和重鏈可隨機配對形成不 適當的、非功能性的組合。這個問題被稱為重鏈和輕鏈的錯配對，可以通過選擇用具有共同 輕鏈的抗體表達為雙特異性來解決。但即使在使用共同輕鏈時，在單個細胞中表達兩種重 鏈和一種共同輕鏈也將產生3種不同的抗體種類，即2種單特異性的"親本"抗體和所述雙 特異性抗體，所以需要從所得抗體混合物中純化目的雙特異性抗體。雖然已經使用技術來 進一步提高雙特異性抗體在親本抗體和雙特異性抗體之混合物中的百分率并降低重鏈和 輕鏈錯配對的百分率，但仍需要消除或最小化上面提到的一些缺點的雙特異性形式。
[0007] 總之，本領域提供了多種用于產生隨后可用于患者中的治療應用的單克隆抗體、 雙特異性抗體、單克隆抗體的混合物、或單特異性抗體和雙特異性抗體的混合物的技術和 方法。然而，如上面所討論的，每一種這些現有的技術和方法都有其缺點和局限性。因此， 需要用于產生祀向多種疾病調節分子（disease-modifying molecule)的混合物形式或雙 特異性方式的生物治療劑的改進的和/或替代的技術。


【發明內容】

[0008] 本發明提供了用于改進和/.或替選的技術之方法和手段，所述方法和手段用于 產生靶向多種疾病調節分子的混合物形式或雙特異性方式的生物治療劑，以及由這些方法 和手段得到的產品和用途。
[0009] 在本領域中描述了多種方法來促進某種目的雙特異性抗體的形成，從而減少所得 混合物中不希望的抗體的含量。
[0010] 對于抗體，眾所周知的是CH3-CH3相互作用是Fc二聚化的主要驅動力（Ellerson JR 等，J.I 臟 unol 1976(第 116 卷）第510-517 頁；Deisenhofer J. biochemistry 1981 (第 20卷）第2361-2370頁）。另外眾所周知的是，當兩個CH3結構域彼此相互作用時，它們 在包含"接觸"殘基（也稱為接觸氨基酸、界面殘基或界面氨基酸）的蛋白質-蛋白質界面 接觸。第一 CH3結構域的接觸氨基酸與第二CH3結構域的一個或更多個接觸氨基酸相互 作用。在抗體三維結構中，接觸氨基酸彼此通常在5. 5埃（優選在4. 5埃）內。來自一個 CH3結構域的接觸殘基與來自不同的CH3結構域的接觸殘基之間的相互作用可能通過例如 范德華力、氫鍵、水介導的氫鍵、鹽橋或其他靜電力、芳香族側鏈之間的吸引相互作用、二硫 鍵，或本領域技術人員已知的其他力。之前已經表明，在人IgGl的CH3結構域界面處大約 三分之一的接觸氨基酸側鏈可能是結構域折疊和締合的主要貢獻者。可以進一步設想，其 他（相鄰）的氨基酸殘基可能影響蛋白質-蛋白質界面中的相互作用。
[0011] 在本領域中已應用了干擾抗體重鏈二聚化的方法。在CH3結構域中進行特定改造 以比同二聚化更有利于異二聚化。CH3-CH3界面的這樣改造的實例包括引入互補的突起突 變和空腔突變，也被稱為"結進孔（knob-into-hole) "方法，例如W01998/050431、Ridgeway 等（1996)和Merchant等（1998)中所描述的。
[0012] 通常，該方法包括在第一多肽的界面引入突起以及在第二多肽的界面引入對應的 空腔，這樣所述突起可置于所述空腔中，從而促進異多聚體的形成而阻礙同多聚體的形成。 "突起"或"結"通過用較大側鏈（例如酪氨酸或色氨酸）替換第一多肽界面的小的氨基酸 側鏈而構建。與突起相同或相似大小的補償性的（compensatory) "空腔"或"孔"通過用 較小的氨基酸側鏈（例如丙氨酸或蘇氨酸）替換大氨基酸側鏈而在第二多肽界面產生。突 起和空腔可以通過合成手段（例如改變該編碼多肽的核酸）或通過肽合成而制得。
[0013] 單獨使用結進孔技術，目的雙特異性抗體在2種親本抗體和雙特異性抗體混合物 中的比例最多為87%。通過在CH3-CH3界面的兩個CH3結構域之間引入另外的二硫鍵， Merchant等人成功地將雙特異性抗體的比例提高至混合物的95%。盡管如此，為了將這樣 的雙特異性抗體用作藥物，還必須將雙特異性抗體從同二聚體中被純化（分離）出來，并配 制到可藥用稀釋劑或賦形劑中。由于同二聚體和異二聚體的物理化學性質的相似性，從這 種混合物中純化異二聚體是一個重大挑戰。本發明的一個目的是提供用于在單個細胞克隆 中產生雙特異性抗體并且雙特異性抗體在混合物中的比例的方法。因此，根據本發明，可使 用結進孔技術作為一種手段（單獨或與其他手段一起）來實現在混合物中所述進一步提高 的雙特異性比例。
[0014] CH3-CH3界面的這種改造的另一個實例由異二聚體Fc技術提供，通過設計鏈交換 改造結構域（strand-exchange engineered domain，SEED) CH3異二聚體，其支持雙特異性 并且不對稱的融合蛋白的設計。這些SEED CH3異二聚體是由人IgA和IgG的CH3序列的 交替片段組成的人IgG和IgA CH3結構域的衍生物，其導致了互補的人SEED CH3異二聚 體的配對，即所謂的 SEED-體（Davis JH?等，Protein Engineering，Design&Selection 2010 (第 23 卷）第 1%_2〇2 頁；W〇2〇〇7/ll〇2〇5)。
[0015] 用于產生給定的目的雙特異性抗體的另一種方法是基于CH3-CH3界面內天然 帶電的接觸殘基的靜電性改造，例如在EP01870459或US2010/0015133、W02007/147901、 W02010/129304, Gunasekaran 等（2010)和 W02009/089004 中所描述的。這些出版物描述 了在重鏈CH3結構域中的突變，其中天然存在的帶電氨基酸的接觸殘基被相反電荷的氨基 酸殘基替換（即電荷逆轉策略）。這就造成跨Fc二聚體界面改變的電荷極性，這樣靜電匹 配的Fc鏈的共表達支持有利的吸引性相互作用，從而促進所需要的Fc異二聚體的形成，而 不利的排斥性電荷相互作用抑制不期望的Fc同二聚體的形成。
[0016] 根據描述，CH3-CH3界面內四個獨特的帶電殘基對參與了結構域-結構域的相互 作用。這些是0356/1(439'4357/1(370'、1(392/1)399'和0399/1(409'（根據1^&3丨（1991)編 號，其中第一鏈中的殘基與第二鏈的殘基通過"/"分開，并且其中的撇號（'）表示第二鏈中 的殘基編號）。由于CH3-CH3界面顯示了二次對稱性，每個獨特的電荷對在完整的IgG中表 示兩次（即，在界面中也存在1(439/1)356'，1(370/^357'，0399/1(392'和1(409/1)399'電荷相 互作用）。利用這種二次對稱性，已證實單個電荷逆轉（例如第一鏈中的K409D，或者第二 鏈中的D399'K)導致同二聚體因相同電荷的排斥而形成減少。不同的電荷逆轉的組合進一 步增強了這種排斥效果。已證實包含不同的互補的電荷逆轉的不同CH3結構域的表達，可 以驅動異二聚化，導致雙特異性種類在混合物中的比例增加。
[0017] 使用上述方法，可在單個細胞中產生比例在約76%至約96%的雙特異性抗體。本 發明的一個目的是提供一種用于在單個細胞中產生雙特異性抗體并且期望的雙特異性抗 體的百分率進一步提高的方法。根據本發明，可使用靜電改造技術作為手段之一，單獨地或 與其他手段（例如結進孔方法）一起，以實現所述進一步提高所期望的（雙特異性）抗體 的百分率。
[0018] 在一個方面，本發明提供了一種用于從單個宿主細胞中產生至少兩種不同的免疫 球蛋白樣（Ig-like)分子的方法，其中所述的兩種免疫球蛋白樣分子各自包含能夠形成界 面的兩個CH3結構域，所述方法包括在所述細胞中提供：
[0019] a)編碼第一含 CH3 結構域之多肽鏈（CH3domain_comprising polypeptide chain)的第一核酸分子，
[0020] b)編碼第二含CH3結構域之多肽鏈的第二核酸分子，
[0021] c)編碼第三含CH3結構域之多肽鏈的第三核酸分子，以及
[0022] d)編碼第四含CH3結構域之多肽鏈的第四核酸分子，
[0023] 其中所述核酸分子中的至少兩種具有用于使所述第一含CH3結構域之多肽鏈與 所述第二含CH3結構域之多肽以及使所述第三含CH3結構域之多肽與所述第四含CH3結構 域之多肽優先配對的手段，所述方法還包括培養所述宿主細胞以及使所述至少四種核酸分 子能夠表達并且從培養物中收獲所述至少兩種不同的免疫球蛋白樣分子的步驟。
[0024] 通常希望產生超過一種（雙特異性）抗體以例如更有效地干擾參與疾病過程的多 種生物途徑或者干擾病原體的入侵、復制和/或傳播。
[0025] 超過一種雙特異性抗體的混合物對于某些疾病的治療也特別有用。例如，在用抗 體或小分子藥物的治療過程中，腫瘤細胞使用許多不同的策略發展出抗性。抗性可能涉及 多種細胞表面受體以及可溶性分子，并且其被認為有利于開發同時解決多種此類疾病相關 分子和逃避相關分子的基于抗體的癌癥治療。在包含超過2種此類疾病相關靶分子或表位 和逃避相關靶分子或表位的情況下，雙特異性抗體的混合物提供一種創新的和有吸引力的 治療形式。優選地，由單個細胞產生這種雙特異性抗體的混合物以有利于藥物開發過程， 即，從管理角度看復雜性較低，從藥物制造和臨床開發的角度看具有成本效益并且可行。在 基于單個細胞的方法中，希望使用能夠進行控制并且有效產生雙特異性抗體的方法，從而 減少或甚至完全消除對從不期望單特異性的IgG分子中分離期望雙特異性IgG分子的混合 物的需求。在現有技術中，已經由單個細胞產生了單特異性抗體和雙特異性抗體的混合物 (W02004/009618)，但這些混合物代表多種不同的雙特異性和單特異性抗體種類的復雜混 合（concoction)。本發明的另一個目是提供用于在單個細胞中產生限定的雙特異性抗體 混合物的手段和方法。優選地，不論單體副產物的量如何，提供的方法使得（雙特異性）抗 體的混合物占二聚體IgG分子的比例為至少95%、至少97%或甚至超過99%，參見本文下 文。通常，在產生多個完整的IgG分子的細胞中，可能存在能夠通過本領域已知的尺寸排阻 色譜法簡單地除去的半分子（單體副產物）。
[0026] 在一個實施方案中，本發明提供用于在單個細胞中產生至少兩種不同的免疫球蛋 白樣分子的限定混合物而不是單一目的（雙特異性）抗體的方法，其中其他的不期望二聚 抗體種類的形成減少或者甚至不存在。所得混合物是良好限定的，并且其組成由CH3結構 域突變體的設計來控制。此外，表達水平和/或用于表達的不同轉染比率的調節影響混合 物的組成。在根據本發明的方法中，第一核酸分子編碼優先與由第二核酸分子編碼的CH3 結構域配對的CH3結構域，而第三核酸分子編碼優先與由第四核酸分子編碼的CH3結構域 配對的CH3結構域。本發明還提供了可由本發明的方法獲得的至少兩種不同的免疫球蛋白 樣分子的混合物。
[0027] 如本文所用的術語"所述第一含CH3結構域之多肽與所述第二含CH3結構域之多 肽優先配對"是指基本上所有包含第一含CH3結構域之多肽和/或第二含CH3結構域之多 肽的所得二聚體都是由與一個第二含CH3結構域之多肽配對的一個第一含CH3結構域之多 肽組成的二聚體。同樣，術語"所述第三含CH3結構域之多肽和所述第四含CH3結構域之多 肽優先配對"是指基本上所有包含第三含CH3結構域之多肽和/或第四含CH3結構域之多 肽的所得二聚體都是由與一個第四含CH3結構域之多肽配對的一個第三含CH3結構域之多 肽組成的二聚體。結果是，當向單個細胞中引入編碼四種不同的（A、B、C、D)含CH3結構域 之多肽的核酸分子時，產生的主要是兩種特定的免疫球蛋白樣分子的混合物，而不是10種 不同免疫球蛋白樣的二聚體仏4、483(：、40、88、8(：、80、0：、0)和00)的混合物。
[0028] 如下文更詳細地解釋的，在一個優選的實施方案中，所述第一含CH3結構域之多 肽鏈包含氨基酸替換T366K，并且所述第二含CH3結構域之多肽鏈包含氨基酸替換L351D。 這些氨基酸改變是用于使所述第一含CH3結構域之多肽鏈與所述第二含CH3結構域之多肽 鏈優先配對的優選手段。所述第一含CH3結構域之多肽鏈優選還包含氨基酸替換L351K。此 夕卜，所述第二含CH3結構域之多肽鏈優選還包含選自Y349E、Y349D和L368E的氨基酸替換， 最優選L368E。在另一個優選的實施方案中，所述第三含CH3結構域之多肽鏈包含氨基酸替 換E356K和D399K，并且所述第四含CH3結構域之多肽鏈包含氨基酸替換K392D和K409D。
[0029] 在根據本發明的方法中，每一種含CH3結構域之多肽鏈優選還包含識別靶表位的 可變區。作為含CH3結構域之多肽鏈的一部分的該可變區優選地具有共同的輕鏈。在這種 情況下，只有可變區的VH不同，而所有可變區中的VL基本相同。因此，在一個優選方面，提 供了一種根據本發明的方法，其還包括為所述宿主細胞提供編碼共同輕鏈的核酸分子。在 一個特別優選的實施方案中，所述4個含CH3結構域之多肽鏈的4個可變區各自識別不同 的靶表位。舉例來說，如果所述第一核酸分子編碼的重鏈還包含抗原A特異性的可變結構 域，所述第二核酸分子編碼的重鏈還包含抗原B特異性的可變結構域，所述第三核酸分子 編碼的重鏈還包含抗原C特異性的可變結構域，所述第四核酸分子編碼的重鏈還包含抗原 D特異性的可變結構域，那么然后，將產生含有AB特異性的雙特異性免疫球蛋白樣分子和 CD特異性的雙特異性免疫球蛋白樣分子的混合物。由于使所述第一含CH3結構域之多肽與 第二含CH3結構域之多肽優先配對以及使所述第三含CH3結構域之多肽與第四含CH3結構 域之多肽優先配對的手段，單特異性抗體（具有AA、BB、CC或DD特異性）或具有AC、AD、BC 或BD特異性的雙特異性抗體的形成被降低或甚至不存在。當然，可使用另外的核酸分子， 例如編碼第五含CH3結構域之多肽和第六含CH3結構域之多肽的核酸分子以產生包含超過 兩種不同免疫球蛋白樣分子的限定混合物。
[0030] 值得注意的是，在根據本發明的方法中使用的核酸的比率未必是1 : 1 : 1 : 1， 并且所表達得到的免疫球蛋白樣分子的比率未必是1 : 1。可使用本領域中已知的手段來 產生具有最佳比率的抗體混合物。例如，通過使用不同的遺傳元件（例如啟動子、增強子和 抑制子）或通過控制編碼抗體的DNA構建體的基因組整合位點的拷貝數，可以調節核酸分 子的表達水平并由此調節所產生得到的免疫球蛋白樣分子的比率。
[0031] 用于優先配對的所述手段優選地可包括經改造的互補結進孔突變、二硫鍵、電荷 突變（包括電荷逆轉突變），或它們的組合。本領域技術人員將理解，可以在某些類型的突 變中選擇所述用于優先配對的手段，即，所有至少4種編碼含CH3結構域之多肽鏈的核酸分 子全部可以包含例如電荷突變作為用于優先配對的手段。另外，在某些情況下，未經改造的 野生型CH3也可用于使兩種野生型的含CH3結構域之多肽鏈優先配對。在一個特別優選的 實施方案中，所述用于優先配對的手段包括選自表B中的至少一種CH3突變，如在本申請的 其他部分中所解釋的。因此，一個優選的實施方案提供了根據本發明的一種方法，其中所有 4種核酸分子均具有用于使所述第一含CH3結構域之多肽與所述第二含CH3結構域之多肽 以及使所述第三含CH3結構域之多肽與所述第四含CH3結構域之多肽優先配對的手段，其 中用于使所述第一含CH3結構域之多肽與所述第二含CH3結構域之多肽優先配對的所述手 段不同于用于使所述第三含CH3結構域之多肽與所述第四含CH3結構域之多肽優先配對的 那些手段。
[0032] 本發明的一個方面提供了一種根據本發明的方法，其中用于使所述第一含CH3結 構域之多肽與所述第二含CH3結構域之多肽優先配對的所述手段不同于用于使所述第三 含CH3結構域之多肽與所述第四含CH3結構域之多肽優先配對的所述手段。"不同于"意指， 設計用于使所述第一含CH3結構域之多肽與所述第二含CH3結構域之多肽優先配對的所述 手段，以使得有利于第一鏈和第二鏈的優先配對。該設計使得基本上不發生第一含CH3結 構域之多肽鏈與第三和/或第四含CH3結構域之多肽鏈之間的相互作用。換句話說，所述 第一含CH3結構域之多肽與所述第三多肽或第四多肽之間的二聚化被降低到基本為零，等 等。第三含CH3結構域之多肽和第四含CH3結構域之多肽可以是野生型的，或者可以包含 用于優先配對的手段，其中所述手段不同于用于使第一 CH3結構域與第二CH3結構域優先 配對的手段。目前的研宄集中在使用例如結進孔技術或使存在于CH3結構域中的帶電接觸 氨基酸突變（逆轉）來產生單種雙特異性抗體。然而，在本發明之前，還沒有實現產生至少 兩種（雙特異性）免疫球蛋白樣分子的限定混合物而沒有顯著共產生其他二聚物副產物。
[0033] 本發明提供了用于高效并且可控地產生良好限定的免疫球蛋白樣分子的混合物 并且在混合物中具有高的雙特異性比例的方法。在需要兩種雙特異性的系統中，甚至獲得 了至少95%、至少97%或更高的（兩種）雙特異性的比例。這意味著，僅獲得了至多5%、 至多3%或更少的單特異性二價副產物。值得注意的是，單體副產物（即半分子）的量不那 么重要，因為這些半分子可利用其大小差異容易地從二聚體中分離。
[0034] 在另一個優選的實施方案中，第一和第二含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別不 同的靶表位，而第三和第四含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別相同的靶表位。這將導致 主要產生一種雙特異性免疫球蛋白樣分子和一種單特異性免疫球蛋白樣分子。例如，如果 第一和第二含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別不同的靶表位，并且如果第三和第四含 CH3結構域之多肽鏈的可變區二者識別不同于第一和第二CH3結構域所識別靶表位的相同 靶表位，則將形成具有AB或CC特異性的免疫球蛋白樣分子的混合物。因此，還提供了一種 根據本發明的方法，其中，第三和第四含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別的靶表位相同， 但是不同于第一或第二含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別的靶表位。
[0035] 或者，當第一和第二含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別不同的靶表位，并且當 第三和第四含CH3結構域之多肽鏈的可變區二者與第一或第二含CH3結構域之多肽鏈識別 相同的表位時，將形成具有AB和AA，或AB和BB特異性的免疫球蛋白樣分子的混合物。因 此，隨之提供了一種根據本發明的方法，其中第三和第四含CH3結構域之多肽鏈的可變區 識別的靶表位與第一或第二含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別的靶表位相同。本發明的 另一個目的是提供一種在單個細胞培養物中產生雙特異性抗體和單特異性抗體的限定混 合物的手段和方法。這樣良好限定的混合物的一個非限制性實例是具有AB特異性的雙特 異性抗體和具有AA特異性的單特異性抗體的混合物。另一個實例是具有AB特異性的雙特 異性抗體和具有BB特異性的單特異性抗體的混合物。另一個實例是具有AB特異性的雙特 異性抗體和具有CC特異性的單特異性抗體的混合物。另外，提供優選的手段和方法，其產 生目的抗體為至少90%、更優選至少95 %且最優選至少97 %或甚至99%以上的期望抗體 的混合物。
[0036] 在另一個實施方案中，提供了一種根據本發明方法，其中，第一和第二含CH3結構 域之多肽鏈的可變區識別相同的靶表位，而第三和第四含CH3結構域之多肽鏈可變區識別 第二靶表位，所述第二靶表位不同于所述第一和第二可變區識別的靶表位。這將導致主要 產生具有AA特異性或BB特異性的單特異性免疫球蛋白樣分子。雙特異性免疫球蛋白樣分 子的形成被減少或甚至避免。在多個實施方案中，優選在單個細胞中產生單特異性抗體的 混合物，而不是雙特異性抗體的混合物。例如，當需要兩個相同的靶分子交聯時，或者當兩 個靶標彼此位置過遠而無法將其通過單個雙特異性抗體結合時。在單個細胞中產生單特異 性抗體的混合物也可能是有利的，因為所述混合物可以被看作是單一治療產物。在本領域 中，多種單特異性抗體的治療效果及安全性已被證實并且已經獲得了市場授權。在單個細 胞中產生單特異性抗體的混合物將因此有利于測試數種這樣的混合物的效果和安全性，并 將減少注冊審批和制造的精力和成本。然而，目前沒有可用于在單個細胞中產生單特異性 抗體的特定混合物且其中雙特異性副產物的形成降到低于5%的方法。本發明的另一個目 的是提供在單個細胞中產生這種良好限定的同二聚體抗體混合物且其中雙特異性抗體的 形成被降到低于5%的手段和方法。
[0037] 因此，一種根據本發明的方法適于產生任何期望的雙特異性和/或單特異性免疫 球蛋白樣分子的混合物。此外，可以使用另外的核酸分子，例如編碼第五和第六（以及第七 和第八等）含CH3結構域之多肽的核酸分子，以產生包含超過兩種不同免疫球蛋白樣分子 的限定混合物。
[0038] 優選地，在一種根據本發明的方法中，使用至少兩個這樣的CH3結構域，其包含由 本發明提供的突變的至少一種組合。通過這些突變，在兩個CH3結構域之間形成了新的特 異性相互作用。根據本發明的這些突變將在下面更詳細地討論。
[0039] 本文使用的術語"免疫球蛋白樣分子"指的是具有至少一個免疫球蛋白（Ig) 結構域的蛋白質分子。所述免疫球蛋白樣分子包含具有至少免疫球蛋白CH3結構域 的功能的序列，優選包含IgGl的CH3結構域的序列。具有至少一個CH3結構域的蛋白 分子可以進一步配備有特定的結合部分。因此，可將包含用于優先配對之手段的本發 明CH3結構域用于使兩種含CH3結構域之蛋白分子優先配對，以設計需要的異二聚體 的結合分子或結合分子的混合物。可將與含CH3結構域之蛋白質分子結合的部分設計 為是任何結合件（binding agent)，包括但不限于，單鏈Fvs、單鏈或串聯雙體（Tandem diabodie s) ( TandAb? )、vhh、 Anticalins?、 Nanobodies?、BiTE?、 Fab、錨蛋白重復蛋白或DARPINs?、Avimersd)、dart、tcr樣抗體、 Adnectins?、Affilins?、Trans-bodies?、Affibodies?、 Trimei'X?、 MicroProteins、Fynomers?、Centyrins?.或 KAI」B丨TOROI>。在一個優選實施方 案中，結合部分是抗體可變區（即vh/vl組合）。作為含CH3結構域之多肽鏈的一部分的 可變區優選具有共同輕鏈。在這種情況下，僅可變區的VH不同，而所有可變區的VL基本相 同。
[0040] 替選地或另外地，其他分子可以被設計到本發明的CH3結構域，所述其他分子包 括細胞因子、激素、可溶性配體、受體和/或肽。
[0041] 在一個更優選的實施方案中，所述免疫球蛋白樣分子包含全長Fc骨架。在一個最 優選的實施方案中，免疫球蛋白樣分子是抗體。這些抗體的可變區優選具有共同輕鏈，但是 其VH區可以不同。本文所用的術語"抗體"是指屬于免疫球蛋白蛋白質類的蛋白質分子， 其含有與抗原上的表位結合的一個或更多個結構域，其中這樣的結構域來自于抗體的可變 區或與抗體的可變區具有序列同源性。抗體是本領域已知的，并且包括多種同種型，例如 IgGl、IgG2、IgG3、IgG4、IgA、IgD、IgE和IgM。根據本發明的抗體可以是這些同種型的任 一種，或其功能衍生物和/或其片段。在一個優選實施方案中，產生的免疫球蛋白樣分子是 IgG同種型的抗體，因為IgG抗體相比于其他同種型的抗體例如具有較長的半衰期。
[0042] 利用根據本發明的方法產生的抗體可以具有任何起源的序列，包括小鼠和人的序 列。抗體可以由僅來自一種來源的序列組成，例如全人抗體，或者它們可以具有超過一種來 源的序列，例如產生嵌合抗體或人源化抗體。用于治療用途的抗體優選盡可能地是待治療 對象的天然抗體（例如人抗體用于人對象）。抗體的結合可以表示在特異性和親和力方面。 特異性決定了哪一種抗原或其表位與結合結構域結合。親和力是與特定抗原或表位的結合 強度的度量。特異性結合被定義為具有至少1x1(T5M、更優選1X1(T7M、更優選高于1X1(T9M 的親和力（Kd)的結合。通常，對于治療性應用的單克隆抗體具有高達lXlO^M或甚至更高 的親和力。本文所用的術語"抗原"是指當其被引入體內時觸發免疫系統的抗體產生的物 質或分子。抗原等可來源于病原生物體、腫瘤細胞或其他異常細胞，可衍生自半抗原，或甚 至是其自身結構。在分子水平上，抗原的特征是其能夠與抗體的抗原結合位點結合。抗原 的混合物也可以被看作是"抗原"，即本領域技術人員應當理解的是，有時腫瘤細胞的裂解 物或病毒顆粒可以被表示為"抗原"，然而這樣的腫瘤細胞裂解物或病毒顆粒制劑中存在許 多抗原決定簇。抗原包含至少一個，但往往更多個表位。本文所用的術語"表位"是指被免 疫系統、特別是抗體、B細胞，或T細胞識別的抗原部分。雖然表位通常被認為來源于非自 身蛋白質，但是來源于宿主的可被識別序列也可被認為歸類為表位。
[0043] 術語"CH3結構域"在本領域中是公知的。IgG的結構有四條鏈，兩條輕鏈和兩條 重鏈；每條輕鏈具有兩個結構域，可變輕鏈和恒定輕鏈（VL和CL)，且每條重鏈具有四個結 構域，可變重鏈（VH)和三個恒定重鏈結構域（CH1、CH2、CH3)。重鏈的CH2和CH3結構域區 域被稱為Fc (可結晶片段）部分、Fc片段、Fc骨架或簡單地Fc。IgG分子是具有兩條重鏈 和兩條輕鏈的異四聚體，其中所述重鏈是通過鉸鏈區的二硫鍵（-S-S-)結合在一起的。重 鏈通過在CH3-CH3結構域界面的相互作用以及通過在鉸鏈區的相互作用二聚化。鉸鏈二硫 鍵的數目在免疫球蛋白亞類中各不相同（Papadea和Check 1989年）。免疫球蛋白分子的 Fc片段是重鏈兩個C末端恒定區（即CH2和CH3結構域）的二聚體。其生理功能是與補體 系統以及與多種細胞表面上的特異性受體相互作用等。已知兩條單獨重鏈的CH3結構域之 間的相互作用在驅動重鏈二聚化中發揮重要作用。因此，CH3結構域指導抗體重鏈的締合， 并且已知的是CH3結構域之間的界面包含有來自每條鏈的超過20個接觸殘基，所述接觸殘 基在CH3-CH3相互作用中發揮作用（Deisenhofer J.，Biochemistry 1981 (第20卷）第 2361-2370 頁；Miller S.，J.Mol. Biol. 1990 (第 216 卷）第 965-973 頁；Padlan，Advances in Protein Chemistry 1996 (第49卷）第57-133頁）。本發明的CH3變體因此可以用于 與其他抗體結構域締合，以產生雙特異性的或單特異性的全長抗體。由VH/VL的組合所限 定抗體的特異性通常不影響由CH3結構域驅動的重鏈的二聚化行為。
[0044] 本文中使用的術語"接觸殘基"、"接觸氨基酸"、"界面殘基"和"界面氨基酸"通 常是指存在于CH3結構域中的任何可參與域間接觸的氨基酸殘基，如可以通過本領域已 知技術計算，包括計算存在和不存在第二鏈的情況下CH3結構域殘基的溶劑可及表面積 (ASA)(Lee和RichardsJ.Mol.Biol. 1971 (55) 379)，其中這兩種計算之間顯示出ASA差異 ( >丨人2 )的殘基被鑒定為接觸殘基。根據EU編號系統，已鑒定的接觸殘基包括在位置347、 349、350、351、352、353、354、355、356、357、360、364、366、368、370、390、392、394、395、397、 399、400、405、407、409、439 處的殘基（表 A)。
[0045] 表A:CH3結構域界面殘基列表
[0046]

【權利要求】
1. 一種用于從單個宿主細胞產生至少兩種不同的免疫球蛋白樣分子的方法，其中所述 兩種免疫球蛋白樣分子各自包含能夠形成界面的兩個CH3結構域，所述方法包括在所述細 胞中提供： a. 編碼第一含CH3結構域之多肽鏈的第一核酸分子， b. 編碼第二含CH3結構域之多肽鏈的第二核酸分子， c. 編碼第三含CH3結構域之多肽鏈的第三核酸分子，和 d. 編碼第四含CH3結構域之多肽鏈的第四核酸分子， 其中，所述核酸分子中的至少兩種具有用于使所述第一含CH3結構域之多肽與所述第 二含CH3結構域之多肽以及使所述第三含CH3結構域之多肽與所述第四含CH3結構之多肽 鏈優先配對的手段，所述方法還包括培養所述宿主細胞并且使所述至少四種核酸分子能夠 表達以及從培養物中收獲所述至少兩種不同的免疫球蛋白樣分子的步驟。
2. 權利要求1所述的方法，其還包括為所述宿主細胞提供編碼共同輕鏈的核酸分子。
3. 權利要求1或2所述的方法，其中所述第一含CH3結構域之多肽鏈包含氨基酸替換 T366K，并且所述第二含CH3結構域之多肽鏈包含氨基酸替換L351D。
4. 權利要求3所述的方法，其中所述第一含CH3結構域之多肽鏈還包含氨基酸替換 L351K〇
5. 權利要求3或4所述的方法，其中所述第二含CH3結構域之多肽鏈還包含選自 Y349E、Y349D和L368E的氨基酸替換。
6. 權利要求5所述的方法，其中所述第二含CH3結構域之多肽鏈還包含氨基酸替換 L368E〇
7. 權利要求1至6中任一項所述的方法，其中所述第三含CH3結構域之多肽鏈包含氨 基酸替換E356K和D399K，并且所述第四含CH3結構域之多肽鏈包含氨基酸替換K392D和 K409D〇
8. 權利要求1至7中任一項所述的方法，其中所述含CH3結構域之多肽鏈各自還包含 識別靶表位的可變區。
9. 權利要求8所述的方法，其中4個所述含CH3結構域之多肽鏈的4個可變區各自識 別不同的靶表位。
10. 權利要求8所述的方法，其中所述第一含CH3結構域之多肽鏈的可變區和所述第二 含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別不同的靶表位，而所述第三含CH3結構域之多肽鏈的 可變區和所述第四含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別相同的靶表位。
11. 權利要求10所述的方法，其中所述第三含CH3結構域之多肽鏈的可變區和所述第 四含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別的靶表位與所述第一含CH3結構域之多肽鏈的可變 區或所述第二含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別的靶表位相同。
12. 權利要求10所述的方法，其中所述第三含CH3結構域之多肽鏈的可變區和所述第 四含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別的靶表位與所述第一含CH3結構域之多肽鏈的可變 區或所述第二含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別的靶表位不同。
13. 權利要求8所述的方法，其中所述第一含CH3結構域之多肽鏈的可變區和所述第二 含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別相同的靶表位，而所述第三含CH3結構域之多肽鏈的 可變區和所述第四含CH3結構域之多肽鏈的可變區識別不同于所述第一可變區和所述第 二可變區識別之靶表位的第二靶表位。
14. 權利要求8至13中任一項所述的方法，其中所述靶表位位于相同的靶分子上。
15. 權利要求14所述的方法，其中所述靶分子是可溶性分子。
16. 權利要求14所述的方法，其中所述靶分子是膜結合分子。
17. 權利要求8至13中任一項所述的方法，其中所述靶表位位于不同的靶分子上。
18. 權利要求17所述的方法，其中所述不同的靶分子在相同細胞上表達。
19. 權利要求17所述的方法，其中所述不同的靶分子在不同細胞上表達。
20. 權利要求17所述的方法，其中所述不同的靶分子是可溶性分子。
21. 權利要求17所述的方法，其中一種靶分子是可溶性分子，而第二種靶分子是膜結 合分子。
22. 根據權利要求1至21中任一項所述的方法，其中所述至少兩種不同的免疫球蛋白 樣分子是抗體。
23. 權利要求1所述的方法，其中所述用于優先配對的手段包括經改造的互補性結進 孔突變、二硫鍵、電荷突變或其組合。
24. 權利要求23所述的方法，其中所述用于優先配對的手段選自表B。
25. 權利要求1所述的方法，其中全部4種所述核酸分子均具有用于使所述第一含CH3 結構域之多肽與所述第二含CH3結構域之多肽以及使所述第三含CH3結構域之多肽與所述 第四含CH3結構域之多肽優先配對的手段，其中用于使所述第一含CH3結構域之多肽與所 述第二含CH3結構域之多肽優先配對的所述手段不同于用于使所述第三含CH3結構域之多 肽與所述第四含CH3結構域之多肽優先配對的那些手段。
26. 權利要求8至13、17至19或21中任一項所述的方法，其中至少一種所述靶表位位 于腫瘤細胞上。
27. 權利要求8至13、17至19或21中任一項所述的方法，其中至少一種所述靶表位位 于效應細胞上。
28. 權利要求27所述的方法，其中所述效應細胞是NK細胞、T細胞、B細胞、單核細胞、 巨噬細胞、樹突狀細胞或嗜中性粒細胞。
29. 權利要求27或28所述的方法，其中所述靶表位位于⑶3、⑶16、⑶25、⑶28、⑶64、 CD89、NKG2D 或 NKp46 分子上。
30. 可由根據權利要求1至29中任一項所述的方法獲得的至少兩種不同免疫球蛋白樣 分子的混合物。
31. 根據權利要求30的混合物，其中所述至少兩種免疫球蛋白樣分子與相同抗原上的 不同表位和/或不同抗原上的不同表位結合。
32. 根據權利要求30或31的混合物，其中所述至少兩種不同的免疫球蛋白樣分子包括 至少一種異二聚體免疫球蛋白樣分子。
33. 根據權利要求30至32中任一項的混合物，其中所述至少兩種不同的免疫球蛋白樣 分子中的兩種是異二聚體免疫球蛋白樣分子。
34. -種重組宿主細胞，其包含編碼至少第一含CH3結構域之多肽鏈、第二含CH3結構 域之多肽鏈、第三含CH3結構域之多肽鏈和第四含CH3結構域之多肽鏈的核酸序列，其中所 述核酸序列中的至少兩種具有用于使所述第一含CH3結構域之多肽與所述第二含CH3結構 域之多肽以及使所述第三含CH3結構域之多肽與所述第四含CH3結構域之多肽優先配對的 手段。
35. 根據權利要求34的重組宿主細胞，其中所述宿主細胞還包含編碼共同輕鏈的核酸 序列。
36. -種藥物組合物，其包含權利要求30至33中任一項所述的至少兩種不同的免疫球 蛋白樣分子以及可藥用載體。
37. 根據權利要求36的藥物組合物，其中所述至少兩種不同的免疫球蛋白樣分子是由 根據權利要求34或35的重組宿主細胞產生的。
38. -種用于制備用來產生至少兩種不同的免疫球蛋白樣分子的宿主細胞的方法，所 述方法包括向所述宿主細胞中引入編碼至少第一含CH3結構域之多肽鏈、第二含CH3結構 域之多肽鏈、第三含CH3結構域之多肽鏈和第四含CH3結構域之多肽鏈的核酸序列，其中所 述核酸序列中的至少兩種具有用于使所述第一含CH3結構域之多肽與所述第二含CH3結構 域之多肽以及使所述第三含CH3結構域之多肽與所述第四含CH3結構域之多肽優先配對的 手段，其中將所述核酸序列相繼引入或同時引入。
39. 根據權利要求38的方法，其還包括向所述宿主細胞中引入編碼共同輕鏈之核酸序 列的步驟。
40. -種權利要求34或35的重組宿主細胞的培養物或者由根據權利要求38或39的 方法獲得的重組宿主細胞的培養物，其產生至少兩種不同的免疫球蛋白樣分子。
【文檔編號】C07K16/46GK104520319SQ201380032190
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年4月19日 優先權日:2012年4月20日
【發明者】科內利斯·阿德里安·德克呂夫, 林達·約翰娜·阿萊達·亨德里克斯, 敦·洛格滕伯格 申請人:莫魯斯有限公司