1、引言
治疗性融合蛋白通过把两种或多种不同功能的蛋白连接而成，可以多种蛋白功能的叠加，正所谓是：一次给药，多种功效！功效不够，继续拼凑！这样理论上就会造就大量、多功能的蛋白药物。
常见的融合蛋白功能包括： 增加半衰期、提高稳定性、靶向特定细胞、基因调控、增强细胞毒性、放大免疫刺激等。 其中，半衰期延长蛋白与治疗性蛋白质融合以增加药物暴露是最成熟的融合蛋白组合。
图注： 融合蛋白的功能示意图
2、延长半衰期为目的融合蛋白
许多生物药在临床中面临的主要问题之一是半衰期太短。许多天然蛋白（比如，细胞因子）进入体内后会通过肾脏、血浆或肝脏代谢从体内快速清除，这种药代动力学特点需要增加给药剂量和频率才能维持有效的治疗浓度，但这些给药方案要么行不通、要么依从性差，并非合理的解决方案。
解决药物半衰期短的问题可以通过与具有延长半衰期功能的蛋白连接实现。这些蛋白中常用的包括人血清白蛋白（HSA）、抗体恒定区（Fc）和肽段（如胶原片段）等。
2.1、Fc 融合蛋白
把活性蛋白连接到Fc结构域，Fc结构域通过和新生儿Fc受体（FcRn）结合，实现活性药物的循环利用，从而增长药物半衰期（延长 2-4 倍）。
第一个获FDA 批准的 Fc 融合蛋白是依那西普（Enbrel®），该药物将 TNF 受体蛋白和Fc融合，从而把半衰期延长至 ~3–5 天。
图注：依那西普结构示意图
除通过FcRn延长半衰期外，Fc结构域也会被默认为体内的“自我”结构，可以降低蛋白药物的免疫原性，也可以降低避免了ADA对药物的中和作用。
2.2、白蛋白融合蛋白
通过和白蛋白结合域（ABD）连接，药物进入体内后，会结合体内的白蛋白（HSA）也可以通过HSA和FcRn的作用延长半衰期。2014 年，首个人血清白蛋白（HSA）融合蛋白被批准用于治疗 II 型糖尿病，该药物由HSA和GLP-1连接而来，单独使用 GLP-1 半衰期只有约2分钟，需要每天注射，和HSA连接后可以实现每周给药一次的频次。
图注：GLP-1和ABD结合结构图和血浆半衰期
2.3、新型半衰期延长剂
新型半衰期延长蛋白也在开发中，这些蛋白主要由小肽组成，可以和循环或细胞外的基质蛋白结合，通过搭载内源性蛋白质（包括 IgG）来增加体内的循环时间，以规避肾小球的滤过。有数据证明，通过这种技术将 IgG 结合肽掺入模型蛋白后，体内的蛋白半衰期显著延长了75倍。
图注：Fc结合肽（IgGBP）将模型蛋白（mKate）与内源IgG连接。结合蛋白继续在血液中循环而不是排泄，从而延长融合蛋白的半衰期
3、靶向蛋白和功能蛋白的融合
第二类要说的融合蛋白包含两个独立的蛋白结构，分别具有靶向功能和药物活性。通常靶向部分的结构来源于抗体成分，包括全长抗体和抗体片段，如抗原结合片段（Fabs）、单链可变片段（scFv）、可变结构域片段 VHH，以及非抗体结合剂（如DARPins）。 而药物活性部分的成分变化很大，从天然细胞因子到非蛋白的毒素等。
从第一性原理讲，靶向的蛋白负责将治疗药物定向运到体内的特定组织或细胞，从而使治疗药物在局部而非全身起作用。这种类型的药物包括双特异性抗体，BiTE、抗体-药物偶联物（ADC）等。
3.1、细胞因子融合蛋白
细胞因子全身使用副作用大，靶向递送是非常好的解决方案，靶向蛋白可以引导细胞因子“精准”的发挥其作用。
细胞因子融合蛋白可以靶向免疫细胞，刺激免疫系统抵抗癌症。如，PD1-IL15 融合蛋白，通过结合 PD1 直接激活 T 细胞。
靶向融合的细胞因子在药物循环过程中仍然保持活性，这可能会导致不良反应。为了解除潜在毒性， 一种条件激活的、靶向递送的分离细胞因子抗体融合蛋白被开发出来。基于这种技术，两种结合蛋白将细胞因子定位在靶位点，仅当两个部分都和靶点结合时才允许细胞因子激活。
图注： 条件激活的细胞因子融合蛋白示意图。 细胞因子在分离时是无活性的，只有具有足够高水平的 CD8 的细胞才能将细胞因子重新折叠为活性形式。
3.2、 信号调节融合蛋白
与细胞因子融合蛋白类似，几种信号分子融合蛋白正在开发用于治疗不同的癌症。细胞可以通过表面受体接收调节信号，这些受体可以被融合蛋白激活或阻断。同样，靶向蛋白将信号蛋白带到所需的组织或细胞，以引发局部反应。
3.3、 靶向酶
许多酶的失调与癌症和其他疾病有关，包括广泛的溶酶体贮积病。 酶替代疗法通过输注治疗酶来替代或补充内源性酶，然而，由于合成酶的扩散和分布有限，这种给药往往无法起到作用。
将靶向结构域与酶融合有望在需要酶的位置提供催化活性。靶向缺乏酶的细胞可以提高治疗效果。
3.4、基因疗法
利用患者自身的生物学功能来纠正基因表达的失败。一些融合蛋白被用于靶向特定基因并阻断或增强转录，从而允许基因的正确调控，在这种蛋白中，一种蛋白质用于靶向目的基因，而另一种蛋白质通常是转录调节因子。
3.5、 血脑屏障融合蛋白
血脑屏障（BBB）靶向蛋白与神经系统疾病的治疗蛋白相连。这些蛋白可以通过两种不同的机制穿过BBB。
图注：FC VHH 与脑内皮上的转运蛋白结合，允许跨BBB转运。然后，淀粉样蛋白 β 结合蛋白（ABP）结合游离淀粉样蛋白 β治疗阿尔茨海默病。
4、双活性部分融合
这种类型的融合蛋白具有双重作用，可以引起相同或不同的反应。例如，双重免疫刺激蛋白，通过两种不同的途径激活免疫系统，诱发免疫系统的抗肿瘤效果。
双功能融合蛋白的另一个例子是用于治疗 II 型糖尿病的融合蛋白，它包含 GLP-1 和成纤维细胞生长因子 21 （FGF21）激素。GLP-1 是一种已知的血糖调节剂，FGF21 也参与调节葡萄糖的产生，通过同时使用 GLP-1 和 FGF21，可以从两种途径降低血糖水平。
图注： GLP-1和FGF21双重功能融合蛋白示意图
5、结论
治疗性融合蛋白领域的研究持续增长，临床候选药物和批准的数量逐年增加。新型双功能融合蛋白显示了从多个角度对抗疾病的新疗法的开端。随着基于蛋白质的疗法的急剧增加，融合蛋白有可能满足许多当前未满足的临床需求。
图注：已获得批准的融合蛋白药物
2023 年全球融合蛋白市场估计为 278 亿美元，预计到 2030 年将达到 384 亿美元的修订规模，在 2023-2030 年内以 4.7% 的复合年增长率增长。