治療性抗體工程的過去、現(xiàn)在與未來

       治療性抗體（Abs）是用于診斷和治療各種疾?。ㄈ绨┌Y、炎癥性疾病和自身免疫）定制的生物制劑，可通過與特定抗原（Ag）結(jié)合來激活或抑制與特定疾病相關(guān)的生物學(xué)過程，包括可以用來阻止癌細(xì)胞的增殖。

       迄今為止，市場(chǎng)上共有約711種治療性抗體，其中99種藥物已經(jīng)獲得美國(guó)食品和藥品監(jiān)督管理局（FDA）和歐洲藥品管理局（EMA）的上市批準(zhǔn)。由于治療性抗體具有高親和力和特異性、低免疫原性以及針對(duì)一系列生物分子的能力，新一代治療性抗體的開發(fā)也一直受到了外界的廣泛關(guān)注。

       01治療性抗體的類型

       根據(jù)抗體制造和創(chuàng)建的方式，治療性抗體可分為兩大類——多克隆抗體和單克隆抗體。

       多克隆抗體

       多克隆抗體（pAbs）是由免疫細(xì)胞的異質(zhì)混合物產(chǎn)生的，并可直接從免疫動(dòng)物的血清中獲得。因此，它們可與同一抗原的不同靶表位結(jié)合。在這種混合物中，一些抗體結(jié)合到目標(biāo)靶位，而另一些抗體與脫靶表位結(jié)合，所以不同批次多克隆抗體針對(duì)同一抗原的性能將會(huì)是可變的。

       多克隆抗體的生產(chǎn)相 對(duì)比較廉價(jià)和快速，然而細(xì)胞一旦耗盡，同一批次的抗體就無法復(fù)制。多克隆抗體具有高度親和力、對(duì)抗體微小變化的耐受性（如輕微變性、多態(tài)性、糖基化的異質(zhì)性等）以及穩(wěn)健的檢測(cè)能力，因此它們?cè)谘芯亢驮\斷中得到了廣泛的應(yīng)用。

       單克隆抗體

       單克隆抗體（mAbs）則是從培養(yǎng)細(xì)胞中純化而來，因此它們可以特異性地與獨(dú)特的抗體表位結(jié)合。與多克隆抗體相比，單克隆抗體的生產(chǎn)成本昂貴且耗時(shí)，但它們自身也具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如高特異性和可重現(xiàn)性。此外，單克隆抗體只要保留原始細(xì)胞系，就可以無限數(shù)量地持續(xù)生產(chǎn)，這些特征也使它們對(duì)治療目的非常有用。

       一個(gè)典型抗體分子的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)與免疫細(xì)胞相互作用的不可變結(jié)構(gòu)域（C）和一個(gè)包含抗原結(jié)合位點(diǎn)的可變結(jié)構(gòu)域（V）。在過去的46年里，市面上已經(jīng)開發(fā)了4種類型的單抗，這些抗體的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的組成也有所不同。據(jù)估計(jì)，在臨床應(yīng)用中，小鼠單克隆抗體、嵌合單克隆抗體、人源化單克隆抗體和人類單克隆抗體，分別占所有單克隆抗體份額的2.8%、12.5%、34.7%和51%。人類和人源化單克隆抗體由于其具有低免疫原性和高耐受性，在當(dāng)前被更頻繁地用于臨床治療。

       表：不同類型單克隆抗體的組成

       02治療性抗體的應(yīng)用

       目前，治療性抗體主要被用作研究試劑、診斷工具和生物制藥。

       免疫分析

       免疫分析是一種使用抗體來檢測(cè)分子（蛋白質(zhì)、激素、藥物等）的生化測(cè)試和診斷方法，即通過目標(biāo)分子中的抗原與其抗體之間的結(jié)合的方式進(jìn)行定量試驗(yàn)。多克隆抗體和單克隆抗體都可被用于免疫分析。常用于診斷的免疫分析方法有以下幾種。

       （1）ELISA：是一種使用酶偶聯(lián)抗體來檢測(cè)目標(biāo)分子的定量試驗(yàn)，可用于診斷多種傳染病，如艾滋病。

       （2）LFT：是一種定性測(cè)試，通常是在一條紙上包含不同顏色的珠偶聯(lián)抗體。研究樣本被加載在條帶的一端，橫向流動(dòng)直到它到達(dá)抗體端。該方法可用于診斷傳染?。ㄈ鏑ovid-19新冠肺炎），不過最常見的LFT檢測(cè)用途是家庭自用型妊娠測(cè)試。

       （3）Westernblot：是一種基于凝膠電泳分離蛋白質(zhì)和使用特異性偶聯(lián)抗體半定量檢測(cè)手段。它被廣泛應(yīng)用于研究中，也是一種有效的早期診斷工具。然而，由于它的制造是一個(gè)精密、昂貴且耗時(shí)的過程，因此該方法在醫(yī)療保健中的應(yīng)用并不廣泛。

       （4）流式細(xì)胞術(shù)：用于分離和表征一個(gè)群體中存在的不同細(xì)胞類型。用特定的熒光共聯(lián)抗體，標(biāo)記不同類型的細(xì)胞，然后用激光束分離。該方法被用于癌癥診斷，以檢測(cè)患者體內(nèi)是否存在腫瘤細(xì)胞。

       腫瘤

       目前，在FDA和EMA批準(zhǔn)的所有單克隆抗體中，有44%用于治療不同類型的癌癥。單克隆抗體可以通過不同的機(jī)制誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡，包括中和、抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞**（ADDC）和補(bǔ)體依賴的細(xì)胞**（CDC）。此外，單克隆抗體還可以偶聯(lián)到**同位素、毒素、藥物、細(xì)胞因子或脂質(zhì)體上，從而使細(xì)胞**藥物能夠以局部濃度更高的方式傳遞到受影響的組織，而不會(huì)對(duì)正常細(xì)胞造成損傷。

       最近，雙特異性抗體在臨床和臨床前發(fā)展中，也顯示出了巨大的前景。它們具有一個(gè)靶向腫瘤相關(guān)抗原結(jié)合位點(diǎn)和另一個(gè)與免疫細(xì)胞受體結(jié)合的位點(diǎn)，從而使得免疫細(xì)胞能夠靠近腫瘤細(xì)胞，確保免疫反應(yīng)集中在病變組織位點(diǎn)。

       炎癥和自身免疫性疾病

       治療性單克隆抗體也可用于治療炎癥和自身免疫性疾病，包括克羅恩病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、哮喘、多發(fā)性硬化癥、牛皮癬、系統(tǒng)性紅斑狼瘡和1型糖尿病等。到目前為止，F(xiàn)DA和EMA批準(zhǔn)的所有單克隆抗體中，有36%用于治療不同類型的炎癥和自身免疫性疾病。單克隆抗體被設(shè)計(jì)成可結(jié)合和中和促炎因子（如腫瘤壞死因子（TNF）、白細(xì)胞介素受體、整合素、細(xì)胞因子和抗原），并防止它們加劇炎癥或免疫反應(yīng)。

       然而，大多數(shù)炎癥性和自身免疫性疾病的病因是復(fù)雜的、尚不清楚的。目前針對(duì)這些疾病的藥物和生物制藥大多是廣泛作用和起效的，而且不具有疾病特異性，因此該療法會(huì)造成一些不良副作用（如感染和腫瘤增殖）。對(duì)這些疾病背后復(fù)雜的細(xì)胞和分子機(jī)制的進(jìn)一步研究，將有助于設(shè)計(jì)更好的治療性抗體。

       傳染病

       抗體用于治療傳染病開始于120多年前，當(dāng)時(shí)使用了來自免疫動(dòng)物的血清。雖然高特異性使它們成為對(duì)許多傳染病有價(jià)值的治療選擇，但抗體生產(chǎn)成本昂貴，市場(chǎng)相 對(duì)較小。因此，獲得更便宜的療法（如抗病毒 藥物或抗生素）阻礙了它們?cè)谶@一領(lǐng)域的擴(kuò)張。

       盡管如此，仍有7種單克隆抗體已經(jīng)獲得了FDA和EMA的批準(zhǔn)，1種用于治療艾滋病毒，2種用于治療吸入性炭疽，1種用于預(yù)防呼吸道合胞病毒，1種用于預(yù)防艱難梭菌感染，2種用于治療埃博拉病毒感染。此類抗體占監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的所有抗體的5.6%。

       圖為FDA和EMA批準(zhǔn)的不同治療領(lǐng)域單克隆抗體（截至2021年8月）

       03抗體工程技術(shù)

       小鼠單克隆抗體

       治療性單克隆抗體的時(shí)代始于1975年，當(dāng)時(shí)科勒和米爾斯坦開發(fā)了雜交瘤技術(shù)。雜交瘤是由免疫B細(xì)胞和癌癥（骨髓瘤）細(xì)胞融合形成的永生化B細(xì)胞。1986年，使用該技術(shù)生產(chǎn)的第一個(gè)治療性抗體Orthoclone OKT3（莫羅諾馬抗-cd3），被批準(zhǔn)用于器官移植。不幸的是，受高免疫原性的影響，隨后該療法被停用了。

       嵌合體單克隆抗體

       1984年，莫里森和他的同事們使用重組DNA技術(shù)開發(fā)了一種小鼠-人嵌合單抗。

       1994年，第一個(gè)嵌合治療性抗體ReoPro（阿昔昔單抗）被批準(zhǔn)為血小板聚集抑制劑。

       人造單克隆抗體

       與此同時(shí)，科學(xué)家們正在進(jìn)一步開發(fā)人源化抗體來克服免疫原性反應(yīng)。1986年，Jones和他的同事成功地將抗體的抗原結(jié)合位點(diǎn)（稱為互補(bǔ)決定區(qū)域或CDR），從小鼠抗體中移植到人類抗體的相應(yīng)區(qū)域。這樣，他們將抗體的人源化比例提高到85%至90%，并進(jìn)一步降低了免疫原性。1997年，首 個(gè)人源化治療性抗體Zenapax（達(dá)利珠單抗）被批準(zhǔn)用于器官移植。

       人類單克隆抗體

       完全人源化的單克隆抗體的開發(fā)采用了兩種不同的技術(shù)。

       第一種技術(shù)是一種被稱為噬菌體顯示的體外篩選技術(shù)，是由溫特及其同事于1990年開發(fā)的。通過將人類基因整合到噬菌體（一種感染細(xì)菌的病毒）中，這項(xiàng)技術(shù)使研究人員能夠選擇幾乎具有任何特異性的單克隆抗體。第一個(gè)使用噬菌體顯示的治療性人單抗于2002年獲得批準(zhǔn)，Humira（阿達(dá)木單抗）用于自身免疫性疾病的治療。

       第二種技術(shù)是由格林和他的同事在1994年開發(fā)的技術(shù)，涉及創(chuàng)建表達(dá)人類抗體庫的轉(zhuǎn)基因小鼠。第一個(gè)來自轉(zhuǎn)基因人源化小鼠的治療性單抗于2006年獲得批準(zhǔn)，Vectibix（帕尼單抗）用于治療轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌。該技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是，由于抗原加工和受到B細(xì)胞調(diào)控的小鼠遺傳因素影像，獲得的單克隆抗體可能不如人類中自然產(chǎn)生的抗體特異性。為了克服這個(gè)問題，研究者們使用完整的人類免疫系統(tǒng)創(chuàng)造的工程單克隆抗體，設(shè)計(jì)了新的方法。這些技術(shù)包括人類雜交瘤技術(shù)和通過EB病毒轉(zhuǎn)化而實(shí)現(xiàn)的人類B細(xì)胞的永生化。然而，這些方法通常不適合篩選大型抗體庫。

       雙特異性抗體

       雙特異性抗體被設(shè)計(jì)成可結(jié)合兩個(gè)目標(biāo)靶點(diǎn)，因此可以發(fā)揮兩種不同的功能。第一個(gè)雙特異性抗體是由尼森諾夫和他的同事在1960年開發(fā)的。不過直到2009年，雙特異性抗體Removab（卡圖馬索馬抗）才在歐洲被批準(zhǔn)用于治療惡性腹水的實(shí)體腫瘤患者。由于商業(yè)原因，它最近被從市場(chǎng)上撤出了。2014年，另一種雙特異性抗體Blincyto（blinatumomab）被FDA批準(zhǔn)用于急性淋巴細(xì)胞白血病的治療。

       納米體

       納米體又稱單結(jié)構(gòu)域抗體，是來自駱駝和鯊魚的小單鏈抗體。納米體比抗體更小、更穩(wěn)定，生產(chǎn)起來更簡(jiǎn)單、更便宜。2019年，第一個(gè)治療性納米體Cablivi（卡普利珠單抗-yhdp）被批準(zhǔn)用于治療血栓性血小板減少性紫癜。合成納米體（合成體）目前正在開發(fā)中，預(yù)計(jì)可用于治療Covid-19患者。

       04單克隆抗體抗體生產(chǎn)技術(shù)

       雜交瘤技術(shù)

       雜交瘤的產(chǎn)生始于動(dòng)物對(duì)特定抗體的免疫，接下來進(jìn)一步收集這些B細(xì)胞并與一個(gè)永生化的細(xì)胞系（通常是骨髓瘤細(xì)胞）融合。這些雜交細(xì)胞經(jīng)過篩選和選擇，可以產(chǎn)生獨(dú)特單抗的體外雜交瘤。如果細(xì)胞的供體來自小鼠，該技術(shù)可以產(chǎn)生小鼠、嵌合和人源化單克隆抗體；如果細(xì)胞的供體來自表達(dá)人類基因的轉(zhuǎn)基因小鼠或人類受試者，則可以產(chǎn)生人類單克隆抗體。

       噬菌體展示技術(shù)

       這項(xiàng)技術(shù)從人類血液中分離B細(xì)胞開始，接下來用PCR擴(kuò)增抗體編碼的基因，并插入到噬菌體的外殼蛋白基因中。這些基因工程噬菌體在其表面顯示外來蛋白抗原，用于感染細(xì)菌進(jìn)行繁殖。通過這種方式，就可以創(chuàng)建顯示不同單克隆抗體的大型噬菌體庫。隨后對(duì)細(xì)胞進(jìn)行篩選，并使用特定的抗原分離抗體。這種技術(shù)有可能產(chǎn)生任何類型的抗體，包括不能用于動(dòng)物免疫的有毒物質(zhì)。近年來，研究界已經(jīng)在此基礎(chǔ)上建立了其他類似的顯示系統(tǒng)。

       （1）細(xì)菌展示技術(shù)：可以依賴于候選抗體與細(xì)菌細(xì)胞表面蛋白的基因融合。該系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增長(zhǎng)速度快，處理容易和成本高效。然而，由于轉(zhuǎn)化效率低，阻礙了其廣泛的適用性。

       （2）酵母菌展示技術(shù)：可以依賴于候選抗體與酵母細(xì)胞表面蛋白的基因融合。該系統(tǒng)與熒光激活細(xì)胞分選（FACS）兼容，允許對(duì)候選庫進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。然而，這些庫往往比其他顯示技術(shù)規(guī)模更小。

       （3）哺乳動(dòng)物展示技術(shù)：包括使用復(fù)雜的基因工程工具，如CRISPR/Cas9或轉(zhuǎn)座子技術(shù)，用編碼候選抗體的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染哺乳動(dòng)物細(xì)胞。流式細(xì)胞儀也可以對(duì)細(xì)胞庫進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。該系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，分泌的抗體含有人類PTMs，從而最 大限度地減少了潛在的免疫原性問題。然而，該技術(shù)的一個(gè)限制是，與其他展示系統(tǒng)相比，細(xì)胞增長(zhǎng)速度較慢。

       （4）核糖體展示技術(shù)：是一種無細(xì)胞的體外技術(shù)，包括使用細(xì)胞提取物（原核生物或真核生物）翻譯候選抗體的mRNA。在翻譯過程中，mRNA保持附著在核糖體上的狀態(tài)，而目標(biāo)蛋白質(zhì)則相 對(duì)突出并折疊。然后再使用固定化抗原選擇mRNA-核糖體-抗體復(fù)合物。經(jīng)過選擇后，仍然附著在復(fù)合物上的mRNA被逆轉(zhuǎn)錄回cDNA并開始擴(kuò)增。這種技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不受宿主的轉(zhuǎn)換效率的限制，允許生成和篩選更大的庫。

       在上述展示技術(shù)獲得的所有單克隆抗體中，噬菌體展示技術(shù)仍然是主要的方法。與此同時(shí)，使用其他顯示方法發(fā)現(xiàn)的幾種單克隆抗體也正在臨床試驗(yàn)中。2018年，第一個(gè)通過酵母展示技術(shù)獲得的單抗在中國(guó)內(nèi)地被批準(zhǔn)用于治療霍奇金淋巴瘤。

       基因工程細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

       在過去的幾十年里，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)也取得了顯著的進(jìn)步，今天大多數(shù)治療性抗體都是使用基因工程的永生化細(xì)胞系生產(chǎn)和穩(wěn)定表達(dá)人類抗體基因，而這其中，雷子中國(guó)倉鼠卵巢CHO細(xì)胞系是最常用的。然而，使用非人類細(xì)胞系的一個(gè)問題是，重組抗體將包含可能具有潛在免疫原性的非人源PTMs。這就是為什么使用人類細(xì)胞系現(xiàn)在正成為研發(fā)的重點(diǎn)，目的就是要克服這種缺陷。

       表：不同技術(shù)生產(chǎn)單克隆抗體的優(yōu)劣比較

       05治療性抗體的未來及挑戰(zhàn)

       自35年前第一個(gè)治療性單抗獲得批準(zhǔn)以來，單抗的開發(fā)經(jīng)歷了前所未有的增長(zhǎng)。目前，治療性抗體已經(jīng)成為生物制藥市場(chǎng)的主導(dǎo)力量。2020年，全球單抗市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)為1435億美元，預(yù)計(jì)2028年將增長(zhǎng)到4518.9億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)14.1%。

       然而，治療性抗體的研發(fā)和制造仍然是一個(gè)漫長(zhǎng)、困難和昂貴的過程。該領(lǐng)域目前必須克服的一些挑戰(zhàn)，并且需要以較低的成本，大量生產(chǎn)穩(wěn)定的抗體產(chǎn)品。目前，制藥廠商也正在加強(qiáng)穩(wěn)定性和發(fā)展更好更靈活的技術(shù)方面做出巨大努力。盡管存在諸多挑戰(zhàn)，在可預(yù)見的未來，治療性抗體一定將繼續(xù)保持一種主導(dǎo)的治療方式和市場(chǎng)地位。