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单克隆抗体药物生产中细胞培养对抗体糖基化的影响

1986年，世界上首个单克隆抗体药物——抗CD3单抗OKT3获

得美国食品和药物管理局（FDA）的上市批准，单克隆抗体药物产业

化从此拉开序幕。作为主要应用于恶性肿瘤、自身免疫性疾病、炎症

性疾病等治疗领域的抗体类药物，目前，全球已经批准的单克隆抗体

药物超过了80个，年销售额增长率超过30%，单克隆抗体在生物制药

领域发展得越来越快。随着抗体工程的发展，嵌合单克隆抗体以及人

源化单克隆抗体相继问世，而以B淋巴细胞cDNA库和噬菌体展示技

术的发展使全人源单克隆抗体成为可能，第一支全人源单克隆抗体—

—阿达木单抗(adalimumab)已成功研制并于2002年由FDA批准上

市。全人源单克隆抗体具有良好的功效，且无副作用，已成为当前发

展最迅速的一类单克隆抗体药物。

文末有福利，记得读完喔！

1单克隆抗体药物及其糖基化修饰简介

单克隆抗体是蛋白类大分子，具有复杂的结构特征，主要由Fab

和Fc两大功能区组成，在Fab段和Fc段特定的位点存在糖基化修饰。

糖基化修饰形成的糖链仅仅占整个单克隆抗体的3%，尽管比例不高，

但糖链结构却发挥着极其重要的作用：能够维持抗体的空间构象、稳

定抗体的结构，研究表明抗体脱糖基化后对热的稳定性大大降低；糖

链结构还能保护抗体不受某些蛋白酶水解；糖链中特别的糖型还与免

疫效应功能密切相关，糖型并非在人体内生物合成，因此可能具有一

定的免疫原性，可加速单抗的血浆清除。总的来说，糖基化修饰不仅

对维持单克隆抗体的结构有重要作用，同时一些特定的糖基化修饰类

型以及不同的糖基化修饰程度均会影响抗体的安全性特征，而且，糖

基化修饰也影响药物的有效性。

单克隆抗体药物的糖基化具有高度的异质性，在单克隆抗体的糖

基化中，由于糖基化种类的多样性以及连接方式的多样性，因而形成

了自然界中最复杂和最多样化的蛋白结构。单克隆抗体药物的糖基化

结构对于药物的疗效和安全具有重要意义。

图1：IgG的结构示意图

有趣的是，尽管单克隆抗体药物的轻链和重链的氨基酸序列是对

称的，但是Fc片段上N端糖基化修饰并非全部都为对称。单抗药物的

N端糖基化修饰通常是复杂的双天线糖链结构，可能发生岩藻糖化和

唾液酸化。通过表1，也可以看到单克隆抗体药物常见糖基化修饰对抗

体药物结构和功能有着很大的的影响。

表1：抗体药物常见糖基化修饰及其对抗体药物结构和功能的影响

研究发现糖链中不同末端糖基化对IgG功能有不同的影响，IgG因

不同的连接方式存在3种不同类型的N端糖型，分别为高甘露糖型、

甘露糖杂合型、甘露糖复杂型，大多数的杂合型和复杂型存在核心岩

藻糖基化，少数没有。

图23种不同类型的N端糖型

所以说单克隆抗体药物糖基化对于其疗效及生产就显得极为重要，

各大生产商都非常重视单克隆抗体药物糖基化的质量监控。在抗体药

物生产过程中首选哺乳动物细胞表达系统，在哺乳动物细胞表达系统

中因其具有天然蛋白的加工机制，当然也包括了抗体蛋白的糖基化修

饰，这样所生产出来的单克隆药物就与天然的蛋白十分接近，并且保

证了治疗效果。单克隆药物的糖基化修饰主要是由寡糖连接到天冬酰

胺的侧链，即N-连接，或者连接到丝氨酸/苏氨酸连接，即O-连接，

如上文中提到的连接形式及种类。N端或者O端的多糖会影响单克隆

抗体药物的蛋白活性，同时也决定了此种单克隆抗体药物在体内的半

衰期。正是因为这些特点，抗体药物的糖型及糖基化修饰备受药品监

管部门的重视，力求达到质量标准，以确保其有效性和安全性。

2细胞培养对抗体糖基化的影响

在细胞培养过程中，决定单克隆抗体糖基化的主要因素有细胞表

达系统、培养模式、生产工艺、培养基等，这几个方面都会改变抗体

糖基化修饰，对单克隆抗体研究及生产等相关研究带来了巨大挑战。

表2列举了细胞培养过程中影响抗体蛋白糖基化的各种变量。

表2细胞培养过程中影响抗体蛋白糖基化的变量汇总

接下来我们将重点对细胞表达系统、培养模式、生产工艺、培养

基