抗体的研究论文

治疗性抗体的研究论文 生物11001 高家鑫 1005151032 1 治疗性抗体技术的研究背景 作为一种具有靶向性的生物大分子，单克隆抗体始终是人们关注的热点之 一，被广泛用于治疗肿瘤、病毒感染和抗移植排斥等。但鼠源单克隆抗体的临 床应用受限于诱导产生人抗鼠抗体、肿瘤渗入量低、亲和力低和半衰期短等。 随着分子生物学技术的发展及其向各学科的渗透，通过基因操作技术对抗体进 行改造，可使其适用于多种疾病的治疗。抗体人源化已经成为治疗性抗体的发 展趋势，同时各种抗体衍生物也不断涌现，它们从不同角度克服了抗体本身的 应用局限，也为治疗人类疾病提供了利器。本文简要介绍上述技术的基本原理、 特点和治疗性抗体的研究进展。 200年前，人们将自白喉杆菌培养上清液中分离到的可溶性毒素注入马体内， 发现得到的抗血清可以治疗白喉，这是第一个用抗体治疗疾病的例子。随着免 疫学和分子生物学技术的发展，以及抗体基因结构的阐明，DNA 重组技术开 始被用于抗体的改造，人们可以根据需要对以往的鼠抗体进行相应的改造，以 消除 抗体应用的不利性状或增加新的生物学功能，还可用新的技术重新制备各种形 式的重组抗体，标志着基因工程抗体时代的来临。自第一个基因工程抗体 人-鼠嵌合抗体于 1984 年诞生以来，新型基因工程抗体不断出现，包括人源 化抗体、单价小分子抗体（Fab、单链抗体、单域抗体等）、多价小分子抗体 （双链抗体、三链抗体、微型抗体等）、某些特殊类型的抗体（双特异抗体、 抗原化抗体、细胞内抗体等）及抗体融合蛋白（免疫毒素、免疫黏连素等）等。 用于制备新型抗体的噬菌体抗体库技术成为继杂交瘤技术之后生命科学研究中 又一突破性进展。在噬菌体抗体库的基础上，近年来又发展了核糖体展示抗体 库技术，利用核糖体展示技术筛选抗体的整个过程均在体外进行，不经过大肠 杆菌转化步骤，因此可以构建高容量、高质量的抗体库，更易于筛选高亲和力 抗体和利用体外进行的方法对抗体性状进行改造。 核糖体展示抗体库技术代表了抗体工程的未来发展趋势。 2 抗体治疗作用的机理与应用 抗体的基本单位是由4 条肽链组成的对称结构，包括2 条相同的重链和2 条相同的轻链。重链和轻链分别由可变区和恒定区组成。可变区中的互补决定 区与抗体和抗原结合的多样性直接有关，而恒定区的结构与抗体的生物学活性 相关。在少数情况下，抗体与抗原结合后可以对机体直接起保护作用，如用抗 体中和毒素的毒性，但在多数情况下需要通过效应功能灭活或清除外来抗原。 抗体的效应功能有2 类，一类是通过激活补体，产生多种生物学效应，如细胞 裂解、免疫黏附及调理作用，促进炎症反应；另一类是通过抗体分子中的Fc 段 与细胞表面Fc 受体的相互作用，通过其Fc段分别介导调理作用或抗体依赖性细 胞毒作用。此外，治疗性抗体的效应和作用机理直接取决于它所识别的抗原决 定簇，例如治疗非何杰金氏B细胞淋巴瘤的抗CD20 抗体能影响细胞膜上离子通 道的功能，从而调节细胞的分化、增殖和凋亡。 随着抗体制备技术的进步，治疗性抗体己逐渐从实验室走向临床，展示了 光辉的前景。 由于多克隆抗体本身的局限性，所以直到单克隆抗体出现，抗体用于抗肿 瘤治疗才真正得以实现。自从1978 年成功制备出第一株抗黑色素瘤单抗以来， 相继出现了抗胃肠癌、肺癌、乳腺癌、白血病、淋巴瘤、胰腺癌、神经胶质瘤 等的单克隆抗体。单克隆抗体杀伤肿瘤细胞的机制可能是抗体依赖性细胞介导 的细胞效应（ADCC）及补体依赖性细胞溶解作用（CDC）。单克隆抗体与药 物、毒素或放射性物质偶联，成为一种全新的“生物导弹”，可用于导向治疗， 已越来越受到重视。另外，用单抗给予T 细胞所必需的重要表面信号分子交联 的刺激信号和生长信号，体外诱导肿瘤特异性细胞毒T 淋巴细胞，可用于特异 性、被动性的免疫治疗。 自身免疫病多与单或寡克隆抗体的异常增多有关。利用基因工程技术可制 备针对这些异常抗体独特型的抗抗体或与自身抗体结合并抑制其作用，或制备 能模拟抗原的内影像抗体用于中和体内的自身抗体。目前针对不同的发病机制， 治疗方法趋于多样化。 许多变态反应与IgE 有关。 Fc 片段可与变应原特异性IgE 竞争结合嗜碱性 粒细胞，封闭变应原介导的组胺释放。此外，还可生产出与患者IgE 竞争结合 变应原的Fab 样分子。 3 治疗性抗体的制备技术与研究意义 由识别一种抗原决定簇的细胞克隆所产生的均一性抗体称为单克隆抗体， 可视为第二代抗体。由于其具有特异性高、亲和力强、效价高、血清交叉反应 少等优点，已经在基础研究、临床诊断及治疗、免疫预防等领域发挥了重要作 用。在治疗上，单克隆抗体主要用于抗肿瘤、抗器官移植排斥反应、抗感染、 解毒等。近年来将单抗与核素、各种毒素（如白喉外毒素或蓖麻毒素）或药物 通过化学偶联或基因重组制备成导向药物，用于肿瘤的治疗成为研究的重点。 制备单克隆抗体的常规方法是免疫小鼠，杂交瘤可在实验动物中产生无限量单 克隆抗体。对大多数杂交瘤来说，现已可用体外方法生产单克隆抗体而无需应 用动物。体外单克隆抗体生产系统已有多种，但大规模生产治疗性单克隆抗体 需用中空纤维系统，其成功与否取决于杂交瘤的固有特性，如细胞生长和单克 隆抗体生产能力等。因此，大量生产以供临床研究应用还有困难，但有几种方 法可以解决这些问题，如嵌合单克隆抗体、人源化单克隆抗体和全人单克隆抗 体的产生。其中，人源化抗体是一个重要的里程碑，并伴随着一系列重大的技 术革新，如PCR技术、抗体库技术、转基因动物等。人源化抗体的形式也从最 初的嵌合抗体、改型抗体等逐步发展为今天的人抗体。抗体人源化已经成为治 疗性抗体的发展趋势，同时各种抗体衍生物也不断涌现，它们从不同角度克服 了抗体本身的应用局限，也为治疗人类疾病提供了更多利器。 人源化抗体是从鼠源单抗到全人抗体的过渡形式，在鼠单抗的基础上，用 人抗体恒定区置换鼠抗体的相应部位，形成人鼠嵌合抗体。利用DNA重组技术 将鼠单抗的轻、重链可变区基因插入含有人抗体恒定区的表达载体中，转化哺 乳动物细胞表达人鼠嵌合抗体，其人源化程度可达到70%左右。嵌合抗体完整 地保留了异源单抗的可变区，最大限度地保持了其亲和性，降低了免疫原性。 美国食品药品管理局（FDA）批准的抗体药物中有 4个是嵌合抗体。但由于其整 个可变区都是异源的，所以嵌合抗体的异源性还很明显，解决HAMA的效果并 不理想。 由于天然抗体主要是通过调理作用、ADCC 或依赖补体的细胞毒效应起到 杀伤靶细胞的作用，因此天然抗体的细胞毒效应有限。下列几种途径可以增加 抗体对靶细胞的杀伤，如免疫结合物、抗体细胞因子融合蛋白、双特异性抗体、 细胞内抗体等。 双特异性抗体亦称双功能抗体，是同一抗体的3 个抗原结合部位分别针对3 个不同的抗原，在结构上是双价的，而与抗原结合的功能是单价的。双特异性 抗体可以用化学交联、细胞融合和基因工程等方法获得。由于它可以同时与3 种抗原发生反应，并使之交联，因而可介导标记物与靶抗原的结合，或使某种 效应分子定位于靶细胞；此外，又由于它与抗原结合的单价性，不易引起靶抗 原的调变，从而可提高抗体的某些生物学效应。双特异性抗体重链的异质性使 其FC 片段与FC受体结合的能力明显减弱，减少了该抗体在体内的非特异性分 布。双特异性抗体的这些特性使它在诊断和治疗上有广泛的应用前景。目前， 作为治疗肿瘤用的双功能抗体常采用抗肿瘤相关抗原（TAA）及CD3 或抗TAA 及CD16 ，这类双特异性抗体在荷瘤动物模型中无论是抑瘤试验还是杀伤试验均 获得了良好结果。无论采用何种免疫活性细胞的效应分子，其杀伤均无MHC限 制，这为临床应用提供了许多方便，目前已有一些双功能抗体正在进行临床试 验。 一般的抗体在细胞内合成后分泌到胞外，如果在抗体的N 端或C 端加入引导 序列，就能使抗体表达定位在亚细胞部位，如胞浆、线粒体、内质网或细胞核 部位。这种在细胞内合成并作用于细胞内组分的抗体称为细胞内抗体或内抗体。 细胞内抗体可以提供一种独有的研究分子功能的新方法，它可以在细胞内抑制 病毒复制、抑制生长因子受体或癌蛋白表达，因此有用于基因治疗的前景，研 究较多的是用细胞内抗体抑制I型人类免疫缺损病毒I型（HIV-I）和抗肿瘤。 4 治疗性抗体的研究方向与存在问题 抗体应用于人类疾病的治疗已有很长的历史，但其发展历程是曲折的，自 单克隆抗体;杂交瘤技术宣告诞生以来，历经多年反复。目前， FDA 已经批准 21 个治疗性单抗上市。 近年来，科学界和医药产业界都对治疗性抗体的研究表现出越来越多的关 注。人源化抗体和人抗体的出现为治疗性抗体的广泛应用带来了新的希望。但 人抗体是否可以解决鼠抗体临床应用中出现的所有问题，还有待大量临床试验 的检验。影响抗体免疫原性的因素很多，如抗原呈递方式、次级信号系统以及 患者的个体差异性等，而抗体的人源化只能解决一个方面的问题。同样