抗體藥物：激發(fā)免疫系統(tǒng)“小宇宙”

張曄 姜晨

它是一種特殊的藥物，來自人體自身，它能干預(yù)疾病發(fā)生和進(jìn)程，也能激活人體的“小宇宙”對抗疾病……它就是單克隆抗體藥物。在新冠肺炎疫情暴發(fā)后，抗體藥物因?yàn)楠?dú)特的靶向性而被率先研究開發(fā)，其研發(fā)進(jìn)展一直牽動人心。

4月14日，在國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制召開的新聞發(fā)布會上，科技部帶來了科研攻關(guān)領(lǐng)域的好消息：單克隆抗體等攻關(guān)項(xiàng)目正在積極推動。

“單克隆抗體一直是研究的熱點(diǎn)，早期科研攻關(guān)已經(jīng)部署國內(nèi)多支團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)單克隆抗體開展相應(yīng)的研發(fā)工作。”科技部生物中心副主任孫燕榮介紹，截至目前，已經(jīng)獲得多株靶向新冠病毒的候選治療性抗體，后續(xù)還將加大力度推進(jìn)這方面的研究工作。

自19世紀(jì)80年代人類發(fā)現(xiàn)抗體，到各類抗體藥物風(fēng)行全球，已有一百多年歷史。隨著單克隆抗體、人源化抗體、雙特異性抗體等不斷問世，抗體家族也越來越興旺。

在新冠肺炎疫情暴發(fā)后，中和抗體成為潛在的有效治療新冠肺炎的手段，它通過與新冠病毒結(jié)合，抑制病毒的活性，來保護(hù)細(xì)胞免受侵害。

從發(fā)現(xiàn)抗體到制成藥物歷經(jīng)百年

19世紀(jì)80年代后期，學(xué)者們在研究病原菌的過程中，發(fā)現(xiàn)在感染者的血清中有“殺菌素”，這是人類最早發(fā)現(xiàn)的抗體。科學(xué)家根據(jù)抗體來源的特性，把能刺激宿主產(chǎn)生抗體的物質(zhì)命名為抗原，并推動抗體研究逐漸成為免疫學(xué)的一個重要分支，促進(jìn)了抗體治療的快速發(fā)展。但是，在分子生物學(xué)和基因組學(xué)獲得突破之前，科學(xué)家們對抗體的結(jié)構(gòu)和抗原抗體識別機(jī)理的理解還非常淺顯。

在隨后的半個多世紀(jì)里，科學(xué)家們逐漸認(rèn)識到，抗體是一種由B細(xì)胞識別抗原后活化、增殖分化為漿細(xì)胞，并由漿細(xì)胞合成與分泌的、具有特殊氨基酸序列的，能夠與相應(yīng)的抗原發(fā)生特異性結(jié)合的免疫球蛋白分子。

抗體的出現(xiàn)，極大地幫助了醫(yī)生治愈疾病，而說到抗體，又不得不讓人想到抗體藥。1975年，英法兩國科學(xué)家將鼠源的B淋巴細(xì)胞同腫瘤細(xì)胞融合形成雜交瘤細(xì)胞。這種從一株單一細(xì)胞系產(chǎn)生的抗體就叫單克隆抗體，簡稱單抗。第一代單克隆抗體就此誕生。這種抗體特異性高，僅針對某一特定抗原，表位性質(zhì)均一，易于大量生產(chǎn)，為腫瘤等疾病的治療帶來了新的希望。

但是，人的免疫系統(tǒng)可以識別鼠源性單克隆抗體，將其用于人體會面臨免疫系統(tǒng)的一系列反應(yīng)，因此限制了它的應(yīng)用。并且，當(dāng)時的技術(shù)和生產(chǎn)成本也不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，尋找一種具備大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)條件的新型抗體藥物刻不容緩。

“目前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)展出人源化抗體和全人源抗體制備技術(shù)，使得抗體藥物可以較好地應(yīng)用于人體，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。”中國藥科大學(xué)教授周君告訴筆者，通過對小鼠進(jìn)行人源化改造，重新表達(dá)的抗體大部分氨基酸序列被人源序列取代，這樣既保留了小鼠抗體的親和力和特異性，又降低了異源性，有利于應(yīng)用到人體。

而全人源抗體則可以從感染新冠病毒并痊愈的人體血液中提取B細(xì)胞，通過測序獲得表達(dá)這些抗體的基因序列，再尋找中和作用較好的抗體。

高通量測序助力抗體“海選”

“人體內(nèi)有T細(xì)胞和B細(xì)胞這兩大免疫細(xì)胞，其中能產(chǎn)生抗體的是B細(xì)胞。當(dāng)新冠肺炎疫情暴發(fā)后，我們?nèi)绻軓目祻?fù)病人的B細(xì)胞中尋找抗體，可以有效對抗病毒。”周君告訴筆者。

通常，科學(xué)家把康復(fù)病人里的記憶型B細(xì)胞分離出來，然后進(jìn)行單細(xì)胞測序。新的問題是，人體內(nèi)有幾十億個B細(xì)胞，當(dāng)新冠肺炎患者恢復(fù)后，每個B細(xì)胞只能生產(chǎn)一種特定抗體，用傳統(tǒng)技術(shù)去尋找能產(chǎn)生新冠病毒抗體的B細(xì)胞，不啻于大海撈針。

“高通量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序使得我們也可以通過生物信息學(xué)分析尋找富集重鏈和輕鏈的V（D）J序列的B細(xì)胞，從而找出潛在的病毒反應(yīng)抗體。”信達(dá)生物轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)副總裁徐偉告訴筆者，有了這一技術(shù)，再從中尋找能特異性識別病毒蛋白和有潛力阻斷病毒結(jié)合細(xì)胞受體的抗體，效率將大大提高。當(dāng)有效的抗體被一一篩選出來后，再進(jìn)行體外甚至體內(nèi)的活性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證這些抗體的潛在功能，是否有成藥價值，最后用于臨床治療新冠肺炎病人，安全且針對性強(qiáng)。同時，也可以對醫(yī)護(hù)人員和病人家屬進(jìn)行短期預(yù)防。坦白地說，面對病毒性疾病，人類至今也沒有發(fā)明出多少特效藥，遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上“治愈”。相比小分子藥物，單抗藥物機(jī)理清晰，對靶點(diǎn)的選擇性高、特異性強(qiáng)。好的單抗藥物可以高效率擊中靶點(diǎn)，減少副作用。

實(shí)現(xiàn)“公斤級”產(chǎn)能還得過幾道關(guān)

“目前最關(guān)鍵的工作還是尋找特異性強(qiáng)的中和抗體。”徐偉認(rèn)為，雖然許多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都宣稱找到了一些新冠病毒抗體，但是還必須通過臨床檢測才能驗(yàn)證其是否可準(zhǔn)確識別新冠病毒。

其次，就是驗(yàn)證抗體的中和能力。因?yàn)榭茖W(xué)家也發(fā)現(xiàn)，并不是所有的抗體都能有效阻止病毒侵入人體細(xì)胞。

“新冠病毒感染的原理是通過病毒顆粒表面的S蛋白與人體ACE2受體結(jié)合，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)被轉(zhuǎn)錄酶復(fù)制，重新組裝成大量新的病毒，又去繼續(xù)感染其他細(xì)胞。中和抗體需要能夠結(jié)合S蛋白，阻斷和受體的結(jié)合而入侵細(xì)胞。其次，抗體結(jié)合病毒后通過抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)或補(bǔ)體介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用裂解病毒。”徐偉說，但是有的抗體可以識別新冠病毒，也能連接病毒，卻不能有效中和，這樣的抗體不具備藥用價值。

尋找到特異性中和抗體并完成一系列體內(nèi)體外檢測和安全性實(shí)驗(yàn)后，拿到該抗體的特有氨基酸序列就可以開始構(gòu)建穩(wěn)定細(xì)胞株。再通過工藝的優(yōu)化，制藥企業(yè)就可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。“其實(shí)這就是一個細(xì)胞工廠，讓細(xì)胞去生產(chǎn)大量抗體，滿足了臨床上對于抗體藥物‘公斤級產(chǎn)能的需求。”徐偉介紹說，生物制藥企業(yè)必須具備穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量保持體系，否則生產(chǎn)出來的抗體藥物活性和穩(wěn)定性都得不到保證。

據(jù)徐偉介紹，目前抗體藥物在人體內(nèi)的代謝周期基本都在一周以上，如果抗體藥物質(zhì)量不佳，可能注射到體內(nèi)幾小時就代謝掉，就起不到相應(yīng)的治療作用。有些時候可以通過蛋白工程對Fc端（抗體在鉸鏈區(qū)被分離成Fab和Fc兩段）改造提高抗體的長效性。