想調整研究方向，獲得學術研究突破口？想獲得論文選題思路，提高發(fā)文命中率？你需要了解學科發(fā)展態(tài)勢和未來走向！賽業(yè)生物專欄《Gene of the Week》每周二會根據(jù)熱點研究領域介紹一個基因，詳細為您介紹基因基本信息、研究概況和應用背景等，助您保持學術研究敏銳度，提高科學研究效率，期待您的持續(xù)關注哦。今天我們要講的主角是免疫研究熱門基因之Fcgrt。

FcRn的結構

在五種類型的免疫球蛋白（IgA、IgD、IgE、IgG和IgM）中，IgG在人體血清中的含量是最多的（約占Ig的75%）。IgG是機體病原體和抗毒素的重要成分，在機體免疫反應中起到了重要作用。此外，IgG是已知的能從母體轉移至胎兒，從而使胎兒獲得短期被動免疫能力的抗體。而這種IgG的特異性轉運是由neonatal Fc receptor（FcRn）所介導。FcRn能保護IgG和白蛋白在細胞內(nèi)“不被降解”，并將其釋放回血液循環(huán)中。其中，F(xiàn)cgrt 基因編碼了FcRn蛋白的α重鏈。

與其他的Fc受體不同，F(xiàn)cRn的結構與MHC I類分子類似，是由一條α重鏈（由Fcgrt基因編碼）和一條β2-微球蛋白（β2m）所組成的異源二聚體。FcRn與IgG的結合是通過IgG的Fc端CH2–CH3鉸鏈區(qū)所進行的。此外，在不平衡條件（non-equilibrium）下，F(xiàn)cRn與IgG以1:1的比例結合，在平衡條件（equilibrium）下，F(xiàn)cRn與IgG以2:1的比例結合；而白蛋白在其他位點與FcRn以1:1的比例結合。

圖1. FcRn與IgG和白蛋白結合的結構示意圖[1-2]。

上圖：人IgG1（綠色）通過其Fc端CH2–CH3域與FcRn的α2域（紅色）和β2M（藍色）的N端相結合。人血清白蛋白（紫色）在其他結合域與FcRn結合。下圖：平衡條件下，F(xiàn)cRn與IgG以2:1的比例結合；白蛋白在其他位點與FcRn以1:1的比例結合。

FcRn的轉運保護機制

FcRn在體內(nèi)許多組織的上皮細胞、內(nèi)皮細胞及多種免疫細胞（如單核巨噬細胞）中廣泛表達。其中，血管內(nèi)皮細胞是FcRn保護IgG免于被分解代謝的主要部位。在這些地方，F(xiàn)cRn與血液的接觸面積很大。當血管內(nèi)皮細胞大量內(nèi)吞血清中的蛋白時，F(xiàn)cRn可以有效地攔截IgG并將其返還到血液循環(huán)中，從而延長血清中IgG的半衰期。FcRn與IgG的結合是pH依賴性的：它們只在酸性條件（pH6.0-6.5）下結合，在中性（pH7.0-7.5）條件下解離。因此，在酸化的內(nèi)體(endosome)中，IgG能與FcRn有效結合，并跟隨FcRn被轉運至細胞膜表面。由于細胞外血液的pH值為微堿性（pH7.35-7.45）,IgG與FcRn解離，被“回收”至血液循環(huán)中。此外，F(xiàn)cRn對血清白蛋白（serum albumin, SA）的保護機制與IgG相同，也為pH依賴性。且SA在人血清中的半衰期很長，約有20天。

圖2. FcRn對IgG的轉運保護機制[3]。

FcRn在血管內(nèi)皮細胞和循環(huán)中的單核細胞上均有表達。這些細胞通過內(nèi)吞作用，將血清中的IgG攝入細胞內(nèi)，IgG與FcRn在酸化的內(nèi)體中結合。沒能與FcRn結合的蛋白會在溶酶體中被降解，而與FcRn結合的IgG則會被釋放回血液循環(huán)中，從而延長其半衰期。

利用FcRn的轉運保護機制來延長藥物半衰期

很多藥物利用FcRn對IgG和SA的保護機制，與IgG的Fc或SA進行融合/偶聯(lián)來延長其血清半衰期，改善藥代動力學�；蛘吒�進一步，對Fc和SA進行改造，提高其與FcRn的結合力后，再與藥物進行融合/偶聯(lián)。例如，用于治療牛皮癬的Amevive (alefacept)，治療類風濕關節(jié)炎的Enbrel (etanercept)、治療免疫性血小板減少癥(ITP)的Nplate (romiplostim)等，都通過與hIgG1的Fc進行偶聯(lián)來達到延長血清半衰期的目的。此外，用于治療II型糖尿病的藥物Tanzeum(albiglutide)、治療B型血友病的Albutrepenonacog alfa (Idelvion)等，則通過與SA進行偶聯(lián)來延長藥物血清半衰期。

圖3. 利用FcRn保護機制的各種融合蛋白示意圖[3]。

(a)全長IgG1；(b)白蛋白；(c)與Fc進行融合；(d) 與單體Fc融合；(e) 與單體Fc的CH2和CH3融合；(f) 與經(jīng)改造后與FcRn結合力更強的affibody融合; (g) 與IgG Fc-binding peptide (FcBP)融合。

總結

IgG和SA能通過與FcRn的結合（pH依賴性），避免被降解，并被“回收”至循環(huán)系統(tǒng)中。研究人員們利用這個機制，對藥物進行改造，以延長其血清半衰期。此外，從另一個角度來看，靶向FcRn的抑制劑也可通過去除對IgG的保護作用，來治療由自身抗體導致的自身免疫性疾病。目前，已有多種FcRn抑制劑正處于臨床試驗階段。例如，荷蘭生物技術公司Argenx的Efgartigimod已處于治療廣義重癥肌無力（gMG）的phase 3階段；優(yōu)時比(UCB)公司的Rozanolixizumab也已處于治療gMG和ITP的phase 3階段。不久的將來，希望能看到更多有效藥物的上市，為患者們帶來福音。

賽業(yè)生物“紅鼠資源庫”可以為您提供Fcgrt全身性敲除小鼠和Fcgrt條件性敲除小鼠 研究FcRn相關機制，如有需要，歡迎聯(lián)系我們~

FcRn/SA雙人源化小鼠

準確預測藥代動力學的人源化小鼠

FcRn/血清白蛋白（SA）雙人源化小鼠-AlbuMusTM模型

品系背景：C57BL/6N

AlbuMusTM品系說明：

在以前建立的白蛋白人源化模型中，hSA的表達不符合正常的生理水平及表達模式。通過對白蛋白復合物成熟過程及與FcRn表達和調控的模式進行深入分析，建立了SA/FcRn雙人源化模型，該模型hSA的生理水平和hFcRn的表達模式符合正常生理水平。

■ 人源化SA和人源化FcRn由各自的內(nèi)源性小鼠啟動子驅動，取代了小鼠體內(nèi)對應的基因表達。

■ 在AlbuMusTM中人白蛋白的表達處于正常生理水平（1.5-6 g/dL），血液化學檢測小鼠體內(nèi)人白蛋白表現(xiàn)正常。

■ AlbuMusTM小鼠的血液化學實驗數(shù)據(jù)與野生型相似。

■ AlbuMusTM，雙人源化FcRn/白蛋白小鼠模型表現(xiàn)出正常的白蛋白相關藥物和生物制劑所需的自體人受體/配體相互作用（它們的半衰期與在非人類靈長類動物中獲得的數(shù)據(jù)相關）。

■ AlbuMusTM模擬了人體的生理狀態(tài)，因此在和SA可逆結合蛋白相關藥物和常規(guī)藥物的生物制劑的開發(fā)中有著廣泛的應用。

■ 雙重人源化FcRn/白蛋白小鼠模型是研究白蛋白相關藥物PK/PD的獨特工具。

模型驗證：

圖1. 人源FcRn的表達符合正常生理水平。

A）用qPCR法分析人源SA/FcRn小鼠組織標本中的hFcRn的表達。發(fā)現(xiàn)hFcRn在十二指腸(Du)、空腸(Je)、回腸(iLe)、大腸(Li)、肝(H)、腎(K)、肺(Lu)中都有表達。B）人源SA/FcRn小鼠(大圖)和野生型小鼠(小圖)中hFcRn的免疫組化染色。野生型小鼠對FcRn無交叉反應(小圖)。

圖2. 在我們的雙重人源SA/FcRn小鼠中，與人白蛋白結合的藥物的半衰期得以延長。上圖）白蛋白結合藥物1：對hFcRn的親和力低；下圖）白蛋白結合藥物2：對hFcRn的親和力高。

圖3. 與野生型小鼠相比，與Veltis®結合的藥物（Exenatide）在AlbuMusTM小鼠體內(nèi)的半衰期延長了一倍；在AlbuMusTM小鼠中，與HB-Veltis®偶聯(lián)的Exenatide的半衰期比與第一代技術偶聯(lián)的Exenatide的半衰期延長了一倍（Veltis®NS）。因此，該化合物的半衰期延長是由于提高了Veltis®對人類FcRn的高親和力。

引用文獻精選：

Viuff D, Antunes F, Evans L, et al. Generation of a double transgenic humanized neonatal Fc receptor (FcRn)/albumin mouse to study the pharmacokinetics of albumin-linked drugs. Journal of Controlled Release, 2016: 22-30.

參考文獻：

[1] Baldwin W.M. 3rd, Valujskikh A., Fairchild R.L. The neonatal Fc receptor: Key to homeostasic control of IgG and IgG-related biopharmaceuticals. Am J Transplant. 19(7):1881-1887 (2019).

[2] Sockolosky J.T. and Szoka F.C. The neonatal Fc receptor, FcRn, as a target for drug delivery and therapy. Advanced Drug Delivery Reviews. 91: 109–24 (2015).

[3] Roopenian D.C. and Akilesh S. FcRn: the neonatal Fc receptor comes of age. Nat Rev Immunol. 7(9):715-25 (2007).