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單克隆抗體的電荷異質性是由于翻譯后修飾及降解所導致抗體的電荷特性（如等電點或電荷分布等）發生改變，進而導致電荷變體的生成。抗體的電荷變體分為酸性電荷變體和堿性電荷變體，而表面電荷正常的抗體稱之為主峰，三者在分析過程中因洗脫時間不同而被很好地區分開來。

電荷變體作為單克隆抗體的關鍵質量屬性，可能對治療效果存在潛在的影響。酸性電荷變體的減少優先于堿性電荷變異體的減少，因為許多酸性電荷變體對藥效具有更大的不利影響，尤其是當互補決定區發生改變時。與堿性電荷變體相比，曲妥珠單抗的酸性電荷變體與重要的乳腺癌相關因子結合率較低，抗增殖效果較差。

在體內，酸性和堿性電荷變體可能與主峰表現出不同的清除率，大量研究表明酸性電荷變體的組織保留和清除率減少，堿性電荷變體的組織保留和血液清除率增加。為此，在抗體藥物生產中為了保證抗體蛋白的電荷屬性，控制電荷變體在抗體藥物制品中的量，通常選擇在分離純化過程直接去除酸堿性電荷變體，由此造成蛋白回收率下降，過程效率降低，經濟性降低。

本文研究發現牛磺酸不僅使抗體堿性電荷變體的含量降低,并提高主峰的含量,而且還使最大活細胞密度略有提高,抗體產量顯著增加,同時添加牛磺酸對抗體的糖基化、聚體以及片段化等質量屬性影響較小。研究結果為將來調控生產過程中抗體電荷異質性的產生、提高抗體藥物的產量和質量提供指導。

堿性電荷變體形成

引入額外的正電荷，使等電點增加，形成原因如下：

• C末端賴氨酸不完全切除

• 脯氨酸酰胺化

• 氨基酸氧化

• 琥珀酰亞胺形成

單克隆抗體的電荷異質性還可能受一些胞外因素影響，細胞培養介質、細胞死亡后釋放出的胞內酶、純化以及儲存過程的溫度和pＨ等條件均可能導致電荷變體的產生。

例如，產生酸性電荷變體的一種機制是形成各種類型的共價加成物，如果制劑中存在還原糖，則其中的葡萄糖或乳糖可以在制備過程或在儲存期間（在富含葡萄糖的培養基中）與賴氨酸殘基發生伯胺反應。

單抗堿性變體形成原因

不同條件對酸堿異質性的影響

尿苷對細胞培養影響

CHO細胞無血清培養基開發過程中發現,添加尿苷可大幅提高最大活細胞密度以及抗體的表達量。在驗證此結果的基礎上,分析了尿苷的添加對抗體電荷變體、糖基化、聚體、片段化、疏水性等質量屬性的影響,發現尿苷的加入并未改善抗體堿性電荷變體含量極高的問題。為此,進一步考察了流加培養基中添加尿苷后生產的抗體中堿性電荷變體的組成,結果發現在堿性電荷變體組成中雖然賴氨酸變體含量大幅減少,但抗體Fab(Fragment of antigen binding,Fab)區甲硫氨酸和色氨酸的氧化比例增多。通過過氧化氫和AAPH(2,2’-Azobis(2-methyl-propionamidine)dihydrochloride,AAPH)孵育實驗證實,甲硫氨酸氧化和色氨酸氧化均是mAbl抗體堿性電荷變體形成的重要因素。

尿苷對細胞生長表達和抗體電荷異質性影響

尿苷添加使抗體堿性電荷變體組成發生改變，添加尿苷后賴氨酸變體含量降低，其余堿性電荷變體（非賴氨酸變體）含量升高。

添加尿苷的抗體堿性電荷變體主要由Fab區域的堿性電荷變體構成，Fab區甲硫氨酸和色氨酸氧化是堿性電荷變體的重要組成，其中重鏈Met34、輕鏈Trp90、輕鏈Met32氧化比例較高。

抗氧化劑對細胞培養影響

在細胞培養基中添加牛磺酸、檸檬酸鐵銨、N-乙酰-L-半胱氨酸、水飛薊素和硫辛酸等抗氧化劑，發現牛磺酸不僅使抗體堿性電荷變體的含量降低,并提高主峰的含量,而且還使最大活細胞密度略有提高,抗體產量顯著增加,同時添加牛磺酸對抗體的糖基化、聚體以及片段化等質量屬性影響較小。牛磺酸使抗體堿性電荷變體減少的關鍵在于抗體的賴氨酸變體和氧化變體的減少,牛磺酸可能通過促進堿性羧肽酶的表達使賴氨酸變體減少。胞內活性氧水平和培養液氧化還原電位的檢測結果顯示,牛磺酸可能是通過抑制活性氧的形成以及提高培養液的還原性來減少氧化變體的生成。

文章來源于：劉夢娟.CHO細胞培養過程中單克隆抗體堿性電荷變體的表征與優化[D].華東理工大學.