Humanization

1 简介

单克隆抗体治疗通常来源于非人类（通常是小鼠），因此可能在人体内引发免疫反应。抗体人源化旨在改造抗体可变区序列，以获得不引起免疫反应的抗体。我们利用OAS数据库^1,2中近10亿个抗体序列，建立了抗体人源化评估模型，能够区分人类和非人类抗体的可变区序列。模型输出的分数与现有FDA抗体治疗的实验性免疫原性（ADA）呈负相关。参考³，我们结合该模型与集束搜索算法，开发了一种抗体序列人源化改造工具。该工具旨在通过最少的突变，在尽可能保持亲和力等关键特性的同时，最大程度地提高抗体的人源化水平，从而降低其免疫原性。

表 1. 人源化评估模型在OAS数据集上的指标

	Precision	Sensitivity	Specificity
others	0.999	0.999	0.999
human	1.000	0.999	0.999

图 1. 人源化评估模型在OAS测试集上的分类混淆矩阵

图 2. 人源化评估模型输出的分数与现有FDA抗体治疗的实验性免疫原性（ADA）呈负相关。

2 参数说明

• Fv Sequence: 一条抗体Fv区氨基酸序列，FASTA格式。若输入的序列包含了V区之外的部分，则工具会自动识别并截取出V区。
• k：int, 表示为亲本抗体设计k条高人源化水平的候选抗体序列。
• score_thres：float, 表示人源化后的抗体评分应高于score_thres。
• dont_mutate_cdr: bool, 默认取值True，表示不允许突变CDR区。

3 结果说明

返回结果是如下格式的表格。

Name	Fv Sequence	Humanness Score	Mutations
Parental
Mutant 1
Mutant 2
...
Mutant k

其中第一行表示用户输入的亲本抗体, 其余k行是Humanization工具设计的k条人源化抗体，各字段含义如下：

• Fv Sequence：抗体Fv序列；
• Humanness Score：抗体人源化评估模型的评分，取值0~1，分值越大则人源化程度越高；
• Mutations：人源化抗体相比亲本抗体所发生的突变；
• is valid：抗体可行性（主要考核指标是Fv区糖基化基序\电荷\重复序列）的初步评估。

4 参考文献

[1] Olsen TH, Boyles F, Deane CM. Observed Antibody Space: A diverse database of cleaned, annotated, and translated unpaired and paired antibody sequences. Protein Sci. 2022 Jan;31(1):141-146. doi: 10.1002/pro.4205. Epub 2021 Oct 29. PMID: 34655133; PMCID: PMC8740823. https://doi.org/10.1002/pro.4205
[2] Aleksandr Kovaltsuk, Jinwoo Leem, Sebastian Kelm, James Snowden, Charlotte M. Deane, Konrad Krawczyk; Observed Antibody Space: A Resource for Data Mining Next-Generation Sequencing of Antibody Repertoires. J Immunol 15 October 2018; 201 (8): 2502–2509. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1800708
[3] Claire Marks, Alissa M Hummer, Mark Chin, Charlotte M Deane, Humanization of antibodies using a machine learning approach on large-scale repertoire data, Bioinformatics, Volume 37, Issue 22, November 2021, Pages 4041–4047, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btab434