广谱脑穿梭抗体，登上Nature Biomedical Engineering，破解血脑屏障靶向难题！

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血脑屏障（BBB）会阻碍大分子抗体药物进入中枢，制约神经疾病抗体疗法发展，CD98hc是极具潜力的BBB转运靶点。现有靶向CD98hc的人源抗体仅结合人、食蟹猴CD98hc，不识别小鼠同源蛋白；即便可结合两种物种的抗体，对人和食蟹猴抗原亲和力差异巨大，导致临床前动物实验必须使用转基因人源化小鼠或替代抗体，实验成本高、转化效率低。常规抗体定向进化难以从无鼠源结合活性的亲本抗体中筛选出跨物种克隆，缺乏高效改造策略，因此亟需开发主动学习辅助的抗体进化方案，获得人/食蟹猴/小鼠广谱同源、亲和力均衡的CD98hc穿梭抗体。

密西根大学Peter M. Tessier和Colin F. Greineder等人采用主动学习辅助定向进化改造抗CD98hc抗体，筛选出对人、猴、鼠CD98hc亲和力均衡的广谱交叉反应抗体，解析其抗原结合表位，构建双特异穿梭抗体并在动物体内验证长效脑递送效果。相关内容以“CD98hc-targeted antibody shuttles for central nervous system delivery with broad cross-species reactivity”为题发表在《Nature Biomedical Engineering》上。

【主要内容】

图1 基于主动学习改造广谱交叉抗 CD98hc 抗体的整体技术路线

该图完整展示整套抗体进化流程，以仅识别人和食蟹猴CD98hc、不结合小鼠的原始抗体为起点，先通过HCDR3组氨酸突变扫描筛选耐受位点，构建初代大容量酵母文库分选，结合深度测序建立PSERM打分模型优化二代文库，再拓展突变其余CDR区并进行CDR交换亲和成熟，最终筛选得到同时均衡结合人、食蟹猴、小鼠CD98hc的抗体，直观呈现主动学习迭代筛选全流程。

图2 HCDR3耐受位点筛选与初代文库分选结果

图中展示原始抗体HCDR3单点组氨酸突变后与人源CD98hc的结合活性数据，标注不影响结合的可突变残基；同时呈现多轮FACS共分选酵母流式散点图，对比逐轮筛选下同时结合人、小鼠CD98hc阳性细胞占比逐步提升的趋势，验证文库富集效果。

图3 深度测序指标对比与二代文库优化设计

该图对比频率、富集系数、PSSM、PSERM四种打分模型预测交叉反应抗体的ROC曲线，证明PSERM预测准确度最优；结合各氨基酸位点富集分布数据展示依据PSERM分值重新设计多样性更低的二代HCDR3文库，对比新旧文库氨基酸偏好差异，说明主动学习精简文库、提升有效克隆比例的优势。

图4 CDR交换文库筛选与多物种亲和力测定

图示HCDR1/2、LCDR1/3文库和优化HCDR3文库混合交换后的多轮分选策略，同时通过流式表征5株优选抗体分别对小鼠、食蟹猴、人CD98hc的平衡解离常数，数据显示三物种抗原亲和力差距仅2–3倍，实现均衡结合的改造目标。

图5 广谱抗体序列特征、成药性与双特异分子构建

统计5株优选抗体各CD区突变数量，对比临床抗体、已报道CD98hc抗体的人源化评分与潜在T细胞表位数量；展示双特异IgG结构，通过电泳、尺寸排阻色谱、热稳定性检测证明改造后抗体单体纯度高、理化稳定性优良。

图6 广谱抗体识别CD98hc保守双表位结构分析

叠加人、食蟹猴、小鼠CD98hc 胞外域蛋白三维结构，对比两关键抗原环序列差异；通过环定点突变、丙氨酸扫描实验证实抗体必须同时结合两段抗原环才能稳定结合三物种CD98hc，并定位人、鼠抗原环上各自关键结合氨基酸残基。

图7 D4-4抗体互补决定区功能定位分析

上图分别开展丙氨酸扫描与回复突变扫描，逐个验证D4-4各CDR氨基酸对人、小鼠CD98结合的贡献，标注对两种抗原结合均关键、或仅特异性识别单一物种的核心残基，结合结构模型展示抗原结合口袋关键位点分布。

图8 双特异穿梭抗体体内脑组织分布与药代动力学

在野生型和CD98hc人源化小鼠静脉给药，分1天、1周检测脑、血液及主要器官抗体浓度，对比对照IgG、原始穿梭抗体与广谱改造抗体的脑富集浓度、脑血比值，证实改造抗体具备高效、长效中枢穿透能力，与人源化对照载体递送效果相当。

【全文总结】

本文利用主动学习进化得到人/猴/鼠广谱抗CD98hc抗体，解析其结合机制，组装成双特异脑转运载体，动物实验证实长效入脑，为神经药物临床前研究提供通用工具。