基因工程抗體的研究進(jìn)展

摘 要：基因工程抗體是繼多克隆抗血清和細(xì)胞工程抗體（雜交瘤單克隆抗體）之后出現(xiàn)的第三代抗體?；蚬こ炭贵w是按人類設(shè)計所重新組裝的新型抗體分子，可保留或增加天然抗體的特異性和主要生物學(xué)活性，去除或減少無關(guān)結(jié)構(gòu)，從而可克服單克隆抗體在臨床應(yīng)用方面的缺陷?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于疾病的臨床診斷、預(yù)防、基礎(chǔ)理論研究等領(lǐng)域。本文介紹了基因工程抗體的分類及其研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：基因工程抗體;抗體;發(fā)展

1簡介

抗體已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，其制備技術(shù)經(jīng)歷了從多克隆抗血清、雜交瘤單克隆抗體到基因工程抗體等3個發(fā)展階段。以抗原免疫高等脊椎動物制備的多克隆抗體為第一代抗體;通過雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)的只針對某種特定抗原決定簇的單克隆抗體為第二代抗體;應(yīng)用重組DNA技術(shù)或是基因突變的方法改造某種抗體基因的編碼序列而產(chǎn)生自然界中原本存在的抗體蛋白質(zhì)分子稱為第三代抗體，即基因工程抗體。

第一代抗體藥物源于動物多價抗血清，主要用于一些細(xì)菌感染性疾病的早期被動免疫治療。雖然具有一定療效，但異源性蛋白引起的較強(qiáng)的人體免疫反應(yīng)限制了這類藥物的應(yīng)用，因而逐漸被抗生素類藥物所代替。

第二代抗體藥物是利用雜交瘤技術(shù)制備的單克隆抗體及其衍生物。單克隆抗體由于具有良好的均一性和高度的特異性，因而在實驗研究和疾病診斷中得到了廣泛應(yīng)用。1986年，美國FDA批準(zhǔn)了世界上第一個單抗治療性藥物——抗CD3單抗OKT3進(jìn)入市場，用于器官移植時的抗排斥反應(yīng)。此時抗體藥物的研制和應(yīng)用達(dá)到了頂點。隨著使用單抗進(jìn)行治療的病例數(shù)的增加，鼠單抗用于人體的毒副作用也越來越明顯。由于大多數(shù)單抗均為鼠源性，在人體內(nèi)反復(fù)應(yīng)用會引起人抗鼠抗體（HAMA）反應(yīng)，從而降低療效，甚至可引起過敏反應(yīng)。

近年來，由于雜交瘤單克隆抗體的一些缺陷，在80年代早期，人們開始利用基因工程制備抗體，以降低鼠源抗體的免疫原性及其功能，抗體藥物的研發(fā)進(jìn)入了第三代，即基因工程抗體時代。主要包括兩部分：一是對已有的單克隆抗體進(jìn)行改造，包括單克隆抗體的人源化（嵌合抗體、人源化抗體）、小分子抗體以及抗體融合蛋白的制備;二是通過抗體庫的構(gòu)建，使抗體不需抗原免疫即可篩選并克隆新的單克隆抗體。經(jīng)過多年的發(fā)展，抗體藥物已經(jīng)在惡性腫瘤、自身免疫病等重大疾病的治療中占據(jù)了重要的位置，是當(dāng)前生物藥中復(fù)合增長率最高的一類藥物。

2基因工程抗體的分類

基因工程抗體主要分為人源化改造抗體藥物和小分子抗體藥物。前者包括嵌合抗體、人源化和完全人源化抗體。近年來，人源化及全人抗體發(fā)展迅速，以其低排斥反應(yīng)等優(yōu)點成為抗體藥發(fā)展的主要趨勢。后者主要為單鏈抗體、雙特異性抗體（BsAb， Bispecific antibody）、納米抗體及人源Fab片段等。這些抗體分子量小、組織穿透力強(qiáng)，便于進(jìn)入病灶的核心部位。

2.1人源化抗體

2.1.1人-鼠嵌合抗體

人-鼠嵌合抗體是最早制備成功的基因工程抗體。它是由鼠源性抗體的可變區(qū)基因與人抗體的恒定區(qū)基因拼接為嵌合基因，然后插入載體，轉(zhuǎn)染宿主細(xì)胞表達(dá)的抗體分子。因其減少了鼠源成分，從而降低了鼠源性抗體引起的不良反應(yīng)，并有助于提高療效。但這種抗體仍存在20%-30%的鼠源成分，在實際應(yīng)用中仍可刺激機(jī)體產(chǎn)生較強(qiáng)的抗獨特型反應(yīng)。

2.1.2改型抗體

改型抗體也稱為人源化抗體、CDR（Complementarity Determining Region互補(bǔ)決定區(qū)）植入抗體。將鼠源單抗的CDR移植至人源抗體可變區(qū)，替代人源抗體CDR，使人源抗體獲得鼠源單抗的抗原結(jié)合特異性，同時進(jìn)一步解決鼠抗體對人產(chǎn)生的免疫原性問題，但人源化抗體經(jīng)常達(dá)不到原有鼠源單抗的親和力。

2.1.3全人源抗體

全人源抗體（All-Human Antibodies），是指組成抗體的氨基酸序列100%是來自于人的抗體。采用基因敲除術(shù)將小鼠免疫球蛋白基因敲除，代之以人免疫球蛋白基因，然后用抗原免疫小鼠，再經(jīng)雜交瘤技術(shù)即可產(chǎn)生大量全人源抗體，不包含任何鼠源成分。

天然全人源單克隆抗體的主要特點：不僅基因序列100%是人的，而且其親和力和特異性是經(jīng)過人體的免疫耐受環(huán)境下選擇而成熟的，以人免疫耐受為指導(dǎo)進(jìn)行表位選擇，理論上對人體自身無免疫原性，抗體重鏈和輕鏈?zhǔn)翘烊辉鋵M合，稱之為天然全人源抗體。毫無疑問，天然全人源抗體，將在臨床應(yīng)用上給予患者最大的安全性保證。

自從Humira這首款全人源的單抗在2002年獲批以來，全人源抗體正在變得越來越常見。目前主要的全人源抗體技術(shù)包括抗體庫展示技術(shù)和轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)。

2.2小分子抗體

2.2.1單鏈抗體

單鏈抗體是在DNA水平上將輕、重鏈可變區(qū)基因用一段適當(dāng)?shù)墓押塑账徭溸B起來，使之在適當(dāng)?shù)纳矬w中表達(dá)成為一條單一肽鏈，稱為單鏈抗體。單鏈抗體具有其優(yōu)越性：通過細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)，成本低;分子量小，實體組織穿透力比完整抗體強(qiáng)，但抗原結(jié)合活性相同;特異性好，有利于對腫瘤等疾病的治療等。

2.2.2雙特異性抗體

將識別效應(yīng)細(xì)胞的抗體和識別靶細(xì)胞的抗體聯(lián)結(jié)在一起，制成雙功能性抗體，稱為雙特異性抗體。雙特異性抗體擁有2個特異性抗原結(jié)合位點，可同時作用于靶細(xì)胞和功能細(xì)胞（一般為T細(xì)胞），進(jìn)而增強(qiáng)對靶細(xì)胞的“殺傷力”。雙特異性抗體的制備主要有雙雜交瘤細(xì)胞法、化學(xué)偶聯(lián)、重組基因制備等方法。目前在免疫診斷、腫瘤放射顯影、腫瘤殺傷等方面已有一定應(yīng)用。

3基因工程抗體藥物發(fā)展現(xiàn)狀

3.1單克隆抗體發(fā)展

目前，單克隆抗體藥物的生物學(xué)功能主要體現(xiàn)在抑制腫瘤生存的關(guān)鍵分子、激活針對腫瘤的免疫固有性和適應(yīng)性、抗體偶聯(lián)細(xì)胞毒藥物三個方面。單克隆抗體藥物的靶點主要集中在 HER2、TNF-α、CD20、PD-1 /L1、VEGF以及CD3等。

自1986年FDA批準(zhǔn)第一個治療性單克隆抗體藥物以來，單克隆抗體藥物從靶點開發(fā)到技術(shù)改進(jìn)，從臨床研究到商業(yè)化策略，各個方面均日趨成熟，已經(jīng)成為醫(yī)藥領(lǐng)域的主流新秀。目前共有上百個國家/地區(qū)競逐單克隆抗體藥物市場，其中藥物研發(fā)和商業(yè)化數(shù)量排名前十的國家/地區(qū)主要為美國、中國、瑞士、日本、韓國、英國、德國、加拿大、印度和法國。截止2018年10月，總部位于美國的企業(yè)在單克隆抗體藥物研發(fā)和商業(yè)化方面遙遙領(lǐng)先，單克隆抗體藥物數(shù)量高達(dá)761個，已上市的藥物有 64個;而總部位于我國（不含臺灣）的企業(yè)的單克隆抗體藥物有359個，數(shù)量排名第二，但是已上市的藥物僅有8個。

全球單克隆抗體藥物市場規(guī)模約千億美元，近10年來仍保持10%以上的增速，高于醫(yī)藥行業(yè)5%～6%的平均增速水平，美國是全球最大的單克隆抗體藥物研發(fā)基地。PD-1 /L1藥物、抗體Fc融合蛋白藥物等有廣闊的市場前景，多特異性抗體、抗體偶聯(lián)藥物正逐步進(jìn)入全新的發(fā)展階段。

3.2雙特異性抗體發(fā)展

相比單抗，雙特異性抗體的兩個重鏈可變區(qū)可以識別2個不同細(xì)胞起到橋接作用，或者識別同一抗原的2 個表位，增強(qiáng)信號。橋接作用是單抗無法實現(xiàn)的。普通單抗的2個fab臂特異性相同，只能結(jié)合單一靶點，限制了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用，如腫瘤、自身免疫疾病等需阻斷多重信號通路避免代償效應(yīng)，對于病毒感染疾病由于病毒的高突變率常需要結(jié)合多抗原位點組織病毒逃逸，因此借助DNA重組和蛋白質(zhì)工程技術(shù)手段構(gòu)建的雙特異性抗體成為抗體藥物新的研究方向之一。目前雙特異性抗體的臨床開發(fā)主要集中于癌癥和炎性疾病，主要作用機(jī)制是同時干涉病理生理過程的不同靶標(biāo)，從而提高療效。除癌癥外，非癌癥性疾病也一直是雙特異性抗體臨床開發(fā)的重點。

此外，雙特異性抗體開始探索在癌癥和炎癥性疾病以外的其他疾病領(lǐng)域的應(yīng)用。糖尿病和艾滋病毒感染的雙特性抗體，開始進(jìn)入一期臨床試驗。一些針對病毒和細(xì)菌感染、阿爾茨海默病、骨質(zhì)疏松癥和再生醫(yī)學(xué)，開始了臨床前研究。緊跟國際研發(fā)腳步，國內(nèi)諸多研發(fā)公司近年來開始布局這一領(lǐng)域。

雙特異性抗體作為新興的抗體種類，被視為腫瘤和癌癥治療前瞻性備選藥物，目前其在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化上仍存在一定的技術(shù)難點。全球生物技術(shù)公司大量投資雙特異性抗體藥物的開發(fā)途徑，希望打開通向癌癥治療“新大陸”的新航線。

4展望

基因工程抗體的研究已使抗體制備技術(shù)進(jìn)入了一個全新的時代，抗體已廣泛應(yīng)用到自身免疫性疾病、感染性疾病、腫瘤、血液性疾病等多方面的診斷和治療。隨著分子生物學(xué)和免疫學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可以預(yù)見基因工程抗體的廣闊應(yīng)用前景，也勢必將會對人類的生活起到更大的促進(jìn)作用。

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作者簡介：

江萍，出生年月：1986.10，性別：女，民族：漢，籍貫（精確到市）：江蘇省揚州市，當(dāng)前職務(wù)：主管工程師，學(xué)歷：本科 目前是同等學(xué)力申碩，研究方向：生物化學(xué)工程.