抗体药物: 精准激发人体免疫系统“小宇宙”

2020
04/22

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张晔 / 科技日报
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在对抗新冠肺炎的过程中,找到对症的药物一直是各界关注的焦点之一。在“老药新用”的基本思路之外,单克隆抗体、干细胞以及特异性免疫球蛋白等生物药物研发也是应急攻关的热点,并已取得进展。本报今日起刊发系列报道,解读人类如何“铸造”生物药物这一武器战胜病毒。

在对抗新冠肺炎的过程中,找到对症的药物一直是各界关注的焦点之一。在“老药新用”的基本思路之外,单克隆抗体、干细胞以及特异性免疫球蛋白等生物药物研发也是应急攻关的热点,并已取得进展。本报今日起刊发系列报道,解读人类如何“铸造”生物药物这一武器战胜病毒。

它是一种特殊的药物,来自人体自身,它能干预疾病发生和进程,也能激活人体的“小宇宙”对抗疾病……它就是单克隆抗体药物。

在新冠肺炎疫情暴发后,抗体药物因为独特的靶向性而被率先研究开发,其研发进展一直牵动人心。

4月14日,在国务院联防联控机制召开的新闻发布会上,科技部带来了科研攻关领域的好消息:单克隆抗体等攻关项目正在积极推动。

“单克隆抗体一直是研究的热点,早期科研攻关已经部署国内多支团队瞄准单克隆抗体开展相应的研发工作。”科技部生物中心副主任孙燕荣介绍,截至目前,已经获得多株靶向新冠病毒的候选治疗性抗体,后续还将加大力度推进这方面的研究工作。

自19世纪80年代人类发现抗体,到各类抗体药物风行全球,已有一百多年历史。随着单克隆抗体、人源化抗体、双特异性抗体等不断问世,抗体家族也越来越兴旺。

在新冠肺炎疫情暴发后,中和抗体成为潜在的有效治疗新冠肺炎的手段,它通过与新冠病毒结合,抑制病毒的活性,来保护细胞免受侵害。

从发现抗体到制成药物历经百年

19世纪80年代后期,学者们在研究病原菌的过程中,发现在感染者的血清中有“杀菌素”,这是人类最早发现的抗体。

科学家根据抗体来源的特性,把能刺激宿主产生抗体的物质命名为抗原,并推动抗体研究逐渐成为免疫学的一个重要分支,促进了抗体治疗的快速发展。

但是,在分子生物学和基因组学获得突破之前,科学家们对抗体的结构和抗原抗体识别机理的理解还非常浅显。

在随后的半个多世纪里,科学家们逐渐认识到,抗体是一种由B细胞识别抗原后活化、增殖分化为浆细胞,并由浆细胞合成与分泌的、具有特殊氨基酸序列的,能够与相应的抗原发生特异性结合的免疫球蛋白分子。

抗体的出现,极大地帮助了医生治愈疾病,而说到抗体,又不得不让人想到抗体药。

1975年,英法两国科学家将鼠源的B淋巴细胞同肿瘤细胞融合形成杂交瘤细胞。这种从一株单一细胞系产生的抗体就叫单克隆抗体,简称单抗。第一代单克隆抗体就此诞生。这种抗体特异性高,仅针对某一特定抗原,表位性质均一,易于大量生产,为肿瘤等疾病的治疗带来了新的希望。

但是,人的免疫系统可以识别鼠源性单克隆抗体,将其用于人体会面临免疫系统的一系列反应,因此限制了它的应用。并且,当时的技术和生产成本也不利于大规模工业化生产。因此,寻找一种具备大规模工业化生产条件的新型抗体药物刻不容缓。

“目前,科学家已经发展出人源化抗体和全人源抗体制备技术,使得抗体药物可以较好地应用于人体,并实现大规模生产。”中国药科大学教授周君告诉科技日报记者,通过对小鼠进行人源化改造,重新表达的抗体大部分氨基酸序列被人源序列取代,这样既保留了小鼠抗体的亲和力和特异性,又降低了异源性,有利于应用到人体。

而全人源抗体则可以从感染新冠病毒并痊愈的人体血液中提取B细胞,通过测序获得表达这些抗体的基因序列,再寻找中和作用较好的抗体。

高通量测序助力抗体“海选”

“人体内有T细胞和B细胞这两大免疫细胞,其中能产生抗体的是B细胞。当新冠肺炎疫情暴发后,我们如果能从康复病人的B细胞中寻找抗体,可以有效对抗病毒。”周君告诉记者。

通常,科学家把康复病人里的记忆型B细胞分离出来,然后进行单细胞测序。新的问题是,人体内有几十亿个B细胞,当新冠肺炎患者恢复后,每个B细胞只能生产一种特定抗体,用传统技术去寻找能产生新冠病毒抗体的B细胞,不啻于大海捞针。

“高通量单细胞转录组测序使得我们也可以通过生物信息学分析寻找富集重链和轻链的V(D)J序列的B细胞,从而找出潜在的病毒反应抗体。”信达生物转化医学副总裁徐伟告诉记者,有了这一技术,再从中寻找能特异性识别病毒蛋白和有潜力阻断病毒结合细胞受体的抗体,效率将大大提高。

当有效的抗体被一一筛选出来后,再进行体外甚至体内的活性实验,进一步验证这些抗体的潜在功能,是否有成药价值,最后用于临床治疗新冠肺炎病人,安全且针对性强。同时,也可以对医护人员和病人家属进行短期预防。

坦白地说,面对病毒性疾病,人类至今也没有发明出多少特效药,远远谈不上“治愈”。相比小分子药物,单抗药物机理清晰,对靶点的选择性高、特异性强。好的单抗药物可以高效率击中靶点,减少副作用。

近年来,抗体药物已多次应用于“阻断”艾滋病病毒、埃博拉病毒、MERS(中东呼吸综合征)病毒等侵入,主要思路就是支持免疫系统的工作,让病人好好活着、动员免疫系统,或者刺激人体免疫系统的功能来阻止病毒入侵。

此外,在应对肿瘤和炎症的治疗中,抗体药物同样也显示出优势,比如治疗风湿性关节炎的修美乐、治疗乳腺癌的赫赛汀等世界知名药物都属于单抗这个领域。

实现“公斤级”产能还得过几道关

“目前最关键的工作还是寻找特异性强的中和抗体。”徐伟认为,虽然许多科研机构和企业都宣称找到了一些新冠病毒抗体,但是还必须通过临床检测才能验证其是否可准确识别新冠病毒。

其次,就是验证抗体的中和能力。因为科学家也发现,并不是所有的抗体都能有效阻止病毒侵入人体细胞。

“新冠病毒感染的原理是通过病毒颗粒表面的S蛋白与人体ACE2受体结合,进入细胞内被转录酶复制,重新组装成大量新的病毒,又去继续感染其他细胞。中和抗体需要能够结合S蛋白,阻断和受体的结合而入侵细胞。其次,抗体结合病毒后通过抗体依赖的细胞介导或补体介导的细胞毒性作用裂解病毒。”徐伟说,但是有的抗体可以识别新冠病毒,也能连接病毒,却不能有效中和,这样的抗体不具备药用价值。

寻找到特异性中和抗体并完成一系列体内体外检测和安全性实验后,拿到该抗体的特有氨基酸序列就可以开始构建稳定细胞株。再通过工艺的优化,制药企业就可以进行大规模生产。“其实这就是一个细胞工厂,让细胞去生产大量抗体,满足了临床上对于抗体药物‘公斤级’产能的需求。”徐伟介绍说,生物制药企业必须具备稳定的生产工艺和质量保持体系,否则生产出来的抗体药物活性和稳定性都得不到保证。

据徐伟介绍,目前抗体药物在人体内的代谢周期基本都在一周以上,如果抗体药物质量不佳,可能注射到体内几小时就代谢掉,就起不到相应的治疗作用。有些时候可以通过蛋白工程对Fc端(抗体在铰链区被分离成Fab和Fc两段)改造提高抗体的长效性。

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