新药研发（七）| 抗体先导药物上篇：抗体基本概念介绍

“ 大家好，这是我在这里的第 7 篇原创文章，上几期我们介绍苗头合物的发现、药物化学基本原理以及药物设计等知识，至此已将先导化合物发现与改造相关的内容讲完，不过前述内容主要偏向化学药物，那生物制品的先导药物又是如何发现和优化的呢？接下来我将针对生物制品进行学习和讲解。这一期我们将继续探索新药研发的神奇领域，看看生物制品中抗体类药物相较于小分子化药又有哪些奇特之处？”

一、引言

抗体药物自其诞生以来经历了从实验室走向临床的漫长历程，前后总共经历了波澜壮阔的三个时期：

初创期（19世纪末-20世纪70年代）

1890 年, 德国生理学家Emil von Behring 和日本微生物学家Shibasaburo Kitasato在暴露于白喉毒素和破伤风毒素的动物血液中发现一种可以中和毒素的物质，并将其命名为抗体(Antibody)。

到了20世纪初，科学家们开始对抗体产生浓厚的兴趣。1900年，德国科学家埃尔利希提出侧链学说，认为抗体是侧链取代了细胞上的一部分酶而产生的。然而，这一观点在当时并未得到广泛认可。直到1975年，德国科学家科勒和米尔斯坦成功制备出世界上第一个可以产生单克隆抗体的杂交瘤细胞，这一成果为抗体药物的研发奠定了基础，两人也在1984年获得诺贝医学和生理学奖。

在随后的几十年里，科学家们不断探索抗体的制备方法，并尝试将其应用于临床治疗。然而，由于技术限制和认识的不足，这一时期的抗体药物研究进展缓慢。

发展期（20世纪80年代-20世纪末）

进入20世纪80年代，随着免疫学、基因工程和生物技术的快速发展，抗体药物的研究取得了突破性进展。1986年，全球第一款单克隆抗体药物muromonab-CD3 鼠源单抗获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准上市，标志着抗体药物正式进入临床应用阶段。

在这一时期，人源化抗体的出现进一步提高了抗体药物的疗效和安全性。此外，随着双特异性抗体、纳米抗体等新型抗体药物的涌现，抗体药物的治疗领域也不断拓展。这一时期的抗体药物主要用于肿瘤、自身免疫性疾病等治疗，并逐渐成为生物医药领域的重要分支。

创新期（21世纪-至今）

进入21世纪，抗体药物的研究与开发进入了一个全新的阶段。随着基因组学、蛋白质组学和免疫组学等技术的不断发展，抗体药物的研发更加精准和个性化。新型抗体药物如ADC药物、免疫细胞疗法等不断涌现，为肿瘤等疾病的治疗提供了更多的选择。

此外，抗体药物的靶点也从肿瘤领域逐渐拓展到感染性疾病、心血管疾病、神经性疾病、自身免疫疾病等领域。越来越多的研究表明，抗体药物在许多疾病的预防和治疗中都发挥了重要作用。

从最早的侧链学说和单克隆抗体的制备，到人源化抗体和新型抗体药物的出现，再到个性化治疗和精准医学的应用，抗体药物的发展历程充满了曲折与挑战。正是科学家们的不断探索和创新，使得抗体药物逐渐从实验室走向临床，为人类健康带来了巨大的福祉。本文将详细介绍抗体药物发现与优化的相关基本概念，让初学者也能快速且系统性地学习知识，提升业务能力。

正    文

二、抗体的基本概念介绍

2.1 抗体的基本结构

抗体属于蛋白，其结构对其生物学功能至关重要，因此了解抗体的基本结构有助于我们更好的学习抗体药物的作用机制。 2.1.1 抗体主体结构 抗体的主体结构是由四条多肽链构成的，其中两条较长、相对分子量较大的链称为重链（H链），两条较短、相对分子量较小的链称为轻链（L链）。重链和轻链之间通过二硫键相互连接，形成一个"Y"形结构的单体。在重链和轻链的可变区，都存在高变区和恒定区，这两个区域的氨基酸组成和排列顺序决定了抗体的以下特性

高度特异性：抗体能够特异性地识别并结合抗原，这是抗体最显著的特征之一。抗体与抗原的结合是基于抗原表位的形状、大小和立体构型，这使得抗体能够准确地与特定的抗原结合，从而发挥抗体的生物学效应

高亲和力：抗体与抗原的结合具有很高的亲和力，这意味着抗体与抗原之间的结合非常紧密。这种高亲和力的形成与抗体的构型、氨基酸组成和排列顺序密切相关

多样性：抗体具有高度的多样性，这是由于免疫系统在产生抗体时，可以通过基因重组和突变等方式，产生大量不同序列的抗体。这些不同的抗体可以与不同的抗原结合，发挥不同的生物学效应

激活补体：抗体能够与抗原结合后激活补体系统，通过补体的级联反应，发挥对病原体的杀伤作用

调理吞噬：抗体与抗原结合后，能够被吞噬细胞吞噬，从而清除病原体。介导细胞毒作用：抗体可以与肿瘤细胞表面的抗原结合，通过激活NK细胞、巨噬细胞等细胞毒细胞，发挥对肿瘤细胞的杀伤作用

2.1.2 轻链和重链

在抗体分子的四条多肽链中，连接在一起的两对肽链分别称为轻链和重链。轻链有κ（Kappa）和λ（Lambda）两种，重链则有γ、α、μ、δ和ε五种类型分别对应IgG、IgA、IgM、IgD和IgE五种类型抗体。

抗体重链γ：主要存在于IgG中，该类型抗体是血清中含量最高的抗体，具有结合抗原、激活补体、穿过胎盘、介导炎症等作用。

抗体重链α：主要存在于IgA中，该类型抗体是人体含量最高的抗体，该类型抗体主要存在于呼吸道、消化道和泌尿生殖道黏膜表面，具有防御病原菌感染的作用。

抗体重链μ：主要存在于IgM中，该类型抗体是初次体液免疫应答早期的主要抗体，通过五个Fab段与抗原结合，具有强凝集作用和高ADCC作用。

抗体重链δ：主要存在于IgD中，该类型抗体在成熟B细胞表面作为BCR表达，与抗原结合后可诱导B细胞活化。

抗体重链ε：主要存在于IgE中，该类型抗体是引起Ⅰ型超敏反应的主要变应原，可通过与肥大细胞或嗜碱性粒细胞结合，诱发炎症反应。

轻链的特征是相对分子质量较小，只有约21000道尔顿，仅占整个抗体分子的1/4。轻链有两个区域，一个是恒定区，也被称为C区，其结构相同，与抗原结合的特异性无关；另一个是可变区，是轻链与重链连接的部位。

重链的特征是相对分子质量较大，约55000-75000道尔顿，占整个抗体分子的3/4左右。重链也有两个区域，一个是恒定区，这个区域在不同类型的重链中是相同的；另一个是可变区，每个重链上都有可变区，这是与抗原结合的主要部位。

2.1.3 可变区和恒定区

可变区（Variable Region）的结构

可变区位于抗体轻链和重链的N端，是抗体结合抗原的关键区域。它由V区（可变轻链和重链的V区）组成，V区又可以分为VH和VL两个部分。VH和VL的氨基酸序列变化很大，特别是位于CDR（Complementarity-Determining Region，互补决定区）区域的氨基酸序列变化尤为显著。这些高度变化的氨基酸序列使抗体能够与各种各样的抗原表位结合。CDR区域是抗体与抗原相互作用的焦点，在抗体分子的重链和轻链中，各有三个CDR区域，分别称为CDR1、CDR2和CDR3，它们在识别和结合抗原中发挥着重要作用

恒定区（Constant Region）的结构

恒定区位于抗体轻链和重链的C端，其序列和结构在不同抗体类型中是相对恒定的。恒定区的作用是为抗体的折叠和稳定性提供支持，并且与免疫系统的其他成分相互作用，发挥抗体的生物学效应。根据其所在的抗体类型不同，恒定区又可以分为不同类型，例如IgG、IgA、IgM等。恒定区还包括Fc（结晶片段）区域，该区域对于调节免疫活动至关重要

在抗体的生物学活性中，可变区和恒定区的作用缺一不可。可变区的多样性使得抗体能够特异识别并结合各种不同的抗原，从而发挥抗体的免疫防御和免疫调节功能。而恒定区的存在则为抗体的稳定性和生物学效应提供了支持。可变区和恒定区的相互作用共同决定了抗体的特异性、亲和力和生物学活性。

2.1.4 抗体功能区

抗体的功能区是抗体分子中的特定区域，负责行使抗体的免疫学功能。抗体分子的L链和H链中各有一个或多个功能区，这些功能区通过链内二硫键折叠成致密的球形结构。每个功能区约由110个氨基酸组成，在功能区中氨基酸序列有高度同源性。

L链功能区分为L链可变区（VL）和L链恒定区（CL）两个功能区。H链功能区则根据免疫球蛋白类型不同而有所差异。IgG、IgA和IgD的H链各有一个可变区（VH）和三个恒定区（CH1、CH2和CH3）共四个功能区。IgM和IgE的H链各有一个可变区（VH）和四个恒定区（CH1、CH2、CH3和CH4）共五个功能区。

每个功能区形成一个免疫球蛋白折叠（Ig fold），每个Ig折叠含有两个大致平行、由二硫键连接的β片层结构（β-pleated sheets），每个β片层结构由3至5股反平行的多肽链组成。可变区中的高变区在Ig折叠的一侧形成高变区环（hypervariable loops），这是与抗原结合的位置。

2.1.5 抗体酶切片段

抗体的酶切片段是指通过特定的酶对抗体分子进行切割，产生的较小片段，这些酶切片段通常保留了部分或全部的抗体功能，可用于进一步的研究或应用

抗体的酶切片段有多种类型，根据不同的切割位点和酶的种类，可以得到不同的片段。例如，木瓜蛋白酶能将IgG分子从铰链区二硫键的N端切断，得到Fab段和Fc段。Fab段是具有抗原结合能力的片段，而Fc段则能与细胞表面的抗体受体结合。胃蛋白酶则能从铰链区二硫键的C端切割IgG分子，得到F（ab'）2 段和pFc'段。F（ab'）2 段是双价抗体活性片段，而pFc'段则是无生物活性的多肽碎片

这些酶切片段具有多种应用价值。首先，它们可以用于研究抗体的结构和功能关系，从而深入了解抗体的作用机制。其次，酶切片段可以用于制备抗体片段药物，这些药物具有更小的分子量和更好的组织穿透能力，能够更好地发挥治疗作用。

2.2 抗体的类型

抗体的类型可分为分泌型抗体和膜型抗体

分泌型抗体是由浆细胞分泌到体液中的，主要存在于血液、组织液和淋巴液中。它们能够与相应的抗原结合，发挥免疫防御和免疫调节作用

膜型抗体则是表达在细胞表面的一种蛋白质，它们可以与细胞表面的抗原结合，通过信号转导等机制调控免疫细胞的活化和功能。膜型抗体在免疫细胞的识别、黏附和信号转导中发挥重要作用。

2.2.1 分泌型抗体

分泌型抗体又分为IgA、IgE、IgD、IgG和IgM。 2.2.1.1 IgA抗体

IgA抗体是人体中最丰富的免疫球蛋白，分布在各种粘膜表面，如消化道、呼吸道等，作为第一道防线抵御外界病原体的入侵。它的特征和功能如下

IgA抗体的特征

结构特征：由完全相同的抗体单体通过尾部的J链链接而成，形成一种独特的双“Y”形结构。这种结构使得IgA抗体能够同时与四个抗原表位结合，增强其识别和结合能力。

分泌性：可在粘膜表面局部合成并分泌，与粘膜表面的病原微生物直接结合，发挥免疫防御作用。这是IgA抗体在人体免疫中的独特之处。

多型性：存在多种型别，包括IgA1和IgA2，它们在人体中的分布和功能有所不同。IgA1主要分布在血清中，而IgA2则主要分布在粘膜分泌物中。

稳定性：由于其特殊的结构使得稳定性较其他抗体强，能够耐受胃酸而不被讲解，因此它也是乳汁中常见的抗体类型，对新生儿的被动免疫保护至关重要。

IgA抗体的功能

• 免疫防御：作为粘膜免疫的主要抗体，IgA抗体的主要功能是阻止病原体侵入人体。它能够与病原微生物结合，阻止其黏附到粘膜上皮细胞上，从而降低感染的风险。此外，IgA抗体还能激活补体系统，通过补体介导的细胞毒作用杀死或溶解病原体。

• 调节免疫应答：具有调节免疫细胞活化的功能。它能够与抗原结合后刺激粘膜局部的免疫应答，促进免疫细胞的增殖和分化，进一步增强粘膜免疫的效果。此外，IgA抗体还能与细胞表面的受体结合，调控免疫细胞的信号转导和功能。

• 识别多糖、蛋白质和核酸：具有识别和结合多糖、蛋白质和核酸等物质的能力。这种独特的结合能力使得IgA抗体在识别和清除外来抗原、调节免疫应答等方面具有重要作用。

• 在疾病中的意义：在某些自身免疫性疾病如类风湿性关节炎中，IgA抗体可能会攻击自身的关节组织，导致关节炎症和损伤。因此，对IgA抗体的研究不仅有助于我们更好地了解人体免疫系统的运作机制，还有助于发现新的治疗策略和药物。

• 2.2.1.2 IgE抗体

与IgA抗体一样，IgE抗体也是人体免疫反应的重要部分，但它主要负责抗寄生虫感染和过敏反应的防御。以下是IgE抗体的特征和功能：

IgE抗体的特征

结构特征：IgE抗体的主体也是“Y”形结构。但是IgE抗体的Fc区较长（含有CH4），使得其能够灵活地适应不同的抗原表位。

• 产生机制：IgE抗体是在过敏反应中产生的特异性免疫球蛋白。当人体受到过敏原刺激时，B细胞会分化为浆细胞并产生IgE抗体。IgE抗体结合到肥大细胞和嗜碱性粒细胞的表面受体上，形成过敏反应的触发点。

• 高亲和力：IgE抗体具有高亲和力，能够与过敏原紧密结合，形成免疫复合物。这种高亲和力使得IgE抗体在抗寄生虫感染和过敏反应中发挥关键作用。

• 分布：IgE抗体主要分布在人体的粘膜组织、皮肤以及肺组织中，是局部免疫应答的重要组成部分。

IgE抗体的功能

抗寄生虫感染：IgE抗体是人体对寄生虫感染的主要防御机制之一。当人体受到寄生虫感染时，IgE抗体与寄生虫表面的抗原结合，激活补体系统并诱导吞噬细胞对寄生虫的吞噬作用。这有助于清除体内的寄生虫，保护人体免受感染。

• 过敏反应：IgE抗体在过敏反应中发挥着核心作用。当人体再次暴露于过敏原时，结合在肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的IgE抗体被激活，引发一系列生物化学反应，导致组胺等活性介质的释放。这些介质会引起过敏症状，如皮疹、哮喘、鼻炎等。

• 调节免疫应答：IgE抗体能够与B细胞表面的FcεRI受体结合，刺激B细胞增殖和分化为浆细胞并产生更多的IgE抗体。这有助于加强人体的免疫应答，尤其是对过敏原的应答。此外，IgE抗体还能够诱导T细胞的活化，参与调节性T细胞的分化，对免疫系统的调节具有重要意义。

• 参与细胞信号转导：IgE抗体与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的受体结合后，可以激活细胞内的信号转导途径，诱导细胞因子的产生和释放。这些细胞因子在过敏反应中发挥重要作用，可以引起炎症反应和组织损伤。

IgE抗体在人体免疫系统中具有重要的功能，特别是在针对过敏原的免疫反应中起到关键作用。然而，过度的IgE反应可能导致过敏反应和炎症反应的加剧，对机体造成损伤。因此，了解IgE抗体的特征和功能有助于深入理解过敏反应的机制，为过敏性疾病的诊断和治疗提供帮助。

2.2.1.3 IgD抗体

IgD抗体在正常人血清中浓度很低，几乎检测不到，但其在免疫细胞（比如B细胞）的发育和激活过程中扮演着关键角色。以下是IgD抗体的特征和功能

IgD抗体的特征

结构特征：IgD抗体由两条重链（δ链）和两条轻链（κ或λ链）组成，其结构与其他免疫球蛋白相似。

分布：IgD抗体主要分布在人体的成熟B淋巴细胞表面，作为B细胞的标志性抗体。大约95%的成熟B细胞表达IgD。此外，在某些组织中，如唾液腺和胰腺，也可以检测到血清中的IgD。

IgD抗体的功能

B细胞分化与发育：在骨髓中，未成熟B细胞首先表达IgM，随后随着细胞的成熟，IgD开始表达。IgD的出现标志着B细胞的分化成熟，它参与了B细胞的抗原识别和信号转导，促使B细胞向特定的亚群分化。

参与免疫应答：在体液免疫应答中，IgD能够增强B细胞对抗原的敏感性，促进B细胞与抗原的结合和信号转导。此外，IgD还参与了T细胞依赖性免疫应答和非T细胞依赖性免疫应答的调节。

信号转导：IgD抗体具有与抗原结合后激活B细胞的能力，通过与抗原的结合引发B细胞内的信号转导级联反应。IgD介导的信号转导对B细胞的增殖、分化以及抗体的产生具有重要影响。

疾病关联：异常的IgD表达与某些疾病相关。例如，多发性骨髓瘤（MM）患者中可检测到高水平的血清IgD，这可能与疾病的发生和发展有关。此外，一些自身免疫性疾病患者体内也可观察到IgD抗体的异常表达和功能失调。

• 综上所述，IgD抗体在人体免疫系统中具有独特的生物学特性和功能。它参与B细胞的分化与发育、调节免疫应答以及信号转导等方面发挥重要作用。对IgD抗体的深入研究有助于深入理解人体免疫系统的发育和功能机制，为相关疾病的治疗提供潜在靶点。

2.2.1.4 IgG抗体

IgG抗体是人体中含量最丰富的免疫球蛋白，具有广泛的生物学功能。以下是IgG抗体的特征和功能：

IgG抗体的特征

结构特征：IgG抗体主体结构和其他抗体类似，但它可根据重链的不同分为四个亚类，即IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。这些亚类在人体中的分布和功能有所不同：IgG1是人体中含量最丰富的IgG亚类。它能够活化补体，发挥溶菌、溶细胞等作用，参与调理吞噬和抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity ）ADCC。在大多数免疫应答中，IgG1是主要的应答抗体。；IgG2在免疫应答中起重要作用，对某些细菌抗原的结合能力较强。它可通过经典途径活化补体，并可与巨噬细胞、NK细胞表面Fc受体结合，发挥调理作用、ADCC作用等。；IgG3具有最强的ADCC作用和补体依赖的细胞毒作用（complement dependent cytotoxicity）CDC。当与IgG2一起出现时，可增强调理作用和ADCC作用。；IgG4在正常人体血清中的含量较低，但它具有抑制IgE产生的作用，与慢性过敏性刺激有关。

• 血清半衰期：IgG抗体的血清半衰期较长，约为21天，这使得它在体内能够维持较长时间的免疫应答。

• 结合能力：IgG抗体具有广泛的结合能力，能够与多种抗原表位结合，包括微生物、毒素、细胞因子等。这种结合能力使得IgG抗体能够发挥多种生物学功能。

IgG抗体的功能

抗菌和抗病毒：IgG抗体能够与细菌和病毒表面的抗原结合，抑制其增殖，并促进吞噬细胞的吞噬作用。

• 调节免疫应答：IgG抗体能够与抗原结合形成免疫复合物，激活补体系统，诱导炎症反应，从而调节免疫应答。此外，IgG抗体还能够与细胞表面的Fc受体结合，影响细胞的活化、增殖和分化。

• 免疫记忆：IgG抗体在人体内能够形成长期记忆，当同一抗原再次入侵时，能够快速引发高效且持久的免疫应答。这种免疫记忆是长期疫苗接种产生持久保护效果的关键机制之一。

• 自身免疫性疾病：某些情况下，IgG抗体可能会与自身抗原结合，引发自身免疫性疾病，如类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮等。

• 诊断和治疗：通过检测特异性IgG抗体的存在和水平，可以对感染、过敏、自身免疫性疾病等进行诊断。此外，利用IgG抗体的生物学功能，可以开发出多种治疗性抗体药物，用于肿瘤、感染性疾病等的治疗。

2.2.1.5 IgM抗体

IgM是免疫应答中首先分泌的抗体，它在感染的早期阶段快速产生，并在体内持续存在一段时间。IgM抗体是分子量最大的一类免疫球蛋白，具有较多的抗原结合位点，因此其激活补体和免疫调理作用都比IgG强。以下是IgM抗体的特征和功能

IgM抗体的特征

结构特征：IgM抗体由五个相同的单体以梅花形排列组成，每个单体由一条重链（μ链）和两条轻链（κ或λ链）组成。这种结构使得IgM抗体具有非常高的亲和力，能够与抗原紧密结合。

血清半衰期：IgM抗体的血清半衰期相对较短，仅为数小时到数天。这使得IgM抗体在体内迅速发挥作用并快速清除。

天然抗体：IgM抗体是天然抗体，即在个体出生时即存在的抗体。它们通常存在于人体的黏膜、骨髓和淋巴组织中，对抵御病原体的入侵发挥重要作用。

IgM抗体的功能

• 天然免疫：IgM抗体是人体天然免疫的重要组成部分，它们能够与病原微生物结合，抑制其增殖，并促进吞噬细胞的吞噬作用。

• 早期免疫应答：当人体受到抗原刺激时，B淋巴细胞会首先产生IgM抗体，并迅速在体内发挥作用。IgM抗体的产生是人体免疫应答的标志，并且其水平的高低可以反映免疫状态。

• 调理吞噬作用：IgM抗体能够与病原微生物结合，并通过调理吞噬作用被吞噬细胞吞噬。这有助于清除感染源，进一步控制感染。

• 激活补体系统：IgM抗体能够通过经典途径激活补体系统，产生具有生物学活性的补体片段，从而增强抗感染免疫。

• 参与ADCC作用：IgM抗体能够与NK细胞表面的Fc受体结合，触发ADCC作用，杀死被IgM抗体标记的靶细胞。

• 综上所述，IgM抗体在天然免疫和早期免疫应答中发挥关键作用，能够与病原微生物结合，抑制其增殖，促进吞噬细胞的吞噬作用，并通过激活补体系统和参与ADCC作用进一步增强抗感染免疫。此外，检测IgM抗体的水平有助于诊断某些感染性疾病和自身免疫性疾病。

• 然而，由于IgM抗体的血清半衰期较短，它们在疫苗接种后的免疫应答中不如IgG抗体重要。因此，在抗体药物研发中，IgM抗体通常不是主要目标，而针对其他免疫球蛋白亚类的药物更为常见。

2.2.2 膜型抗体


• 膜型抗体（Membrane-bound antibodies）是指存在于细胞膜表面的抗体分子，与循环抗体（Circulating antibodies）相对。因此，膜型抗体并不是单独的一种抗体，它特指位于B淋巴细胞表面的抗原识别受体，又称为B细胞抗原受体（BCR），是由成熟B细胞产生的膜表面免疫球蛋白。膜型抗体与B细胞表面的抗原结合，参与B细胞的激活、增殖和分化过程。在人体中，膜型抗体包括IgM、IgD和IgG等类型，其中IgM是最常见的膜型抗体。膜型抗体具备以下特征：

• 细胞膜结合：膜型抗体与细胞膜紧密结合，通过特定的跨膜结构域锚定在细胞表面。这种结合方式使得膜型抗体能够直接参与细胞间的相互作用和信号转导。

• 组织特异性表达：膜型抗体在特定的组织或器官中表达，具有组织特异性。例如，某些膜型抗体仅在特定的免疫细胞、上皮细胞或内皮细胞上表达，这有助于实现精确的免疫防御或生理功能。

• 参与免疫识别和信号转导：膜型抗体能够识别特定的抗原表位，并通过与抗原的结合参与细胞间的相互作用。这种识别作用对于免疫细胞的激活、细胞间的通讯和信号转导至关重要。膜型抗体的信号转导功能与其跨膜结构域和胞内区段的生物学活性有关。

• 多样性和异质性：膜型抗体的种类多样，包括IgG、IgA、IgM、IgD和IgE等不同类型。每种类型的膜型抗体在不同的细胞表面表达，并具有不同的功能和特点。此外，同一类型的膜型抗体在不同细胞表面的表达水平也可能存在差异，显示出异质性。

• 动态调节：膜型抗体的表达水平受到多种因素的调节，包括抗原刺激、细胞因子、生长因子等。在某些情况下，膜型抗体的表达水平可能会发生变化，以适应不同的生理或病理状态。

2.3 抗体药物的应用领域简介

• 抗体药物在医学领域具有广泛的应用，涉及肿瘤治疗、自身免疫性疾病治疗、感染性疾病治疗、神经系统疾病治疗等领域。

• 在肿瘤治疗方面，抗体药物已成为一种常见且重要的治疗手段。一些抗体药物能够识别肿瘤细胞表面的抗原，通过与肿瘤细胞结合，触发免疫系统的攻击，进而杀死肿瘤细胞。此外，抗体药物还可以与化疗药物或放射性核素结合，通过抗体介导的靶向作用，提高药物的疗效和减少副作用。很多抗体药物已经获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，用于治疗不同类型的肿瘤，如乳腺癌、肺癌、结肠癌等。

• 在自身免疫性疾病治疗方面，抗体药物也发挥了重要作用。自身免疫性疾病是由于免疫系统异常攻击自身组织而引起的疾病，如类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、干燥综合征、特应性皮炎等。一些抗体药物可以通过抑制免疫细胞的活性或调节免疫系统的反应，来控制疾病的进展和缓解症状。例如，有”药王“之称的阿达木单抗就是一款针对肿瘤坏死因子（TNF-α）的抗体药物，被批准用于治疗类风湿性关节炎和强直性脊柱炎。

• 在感染性疾病治疗方面，抗体药物可以用于预防和治疗病毒、细菌和寄生虫等感染。一些抗体药物能够识别病原体表面的抗原，阻止病原体与宿主细胞的结合，从而抑制感染的传播。例如，一些针对流感病毒、艾滋病病毒和冠状病毒的抗体药物已经在临床试验中显示出一定的疗效。

• 在神经系统疾病治疗方面，抗体药物可用于治疗一些神经退行性疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病等。这些疾病是由于神经元死亡或功能障碍而引起的。一些抗体药物可以识别并清除神经元内的有害物质，如β-淀粉样蛋白、tau蛋白等，从而保护神经元免受损伤。

三、抗体药物的种类

前面我们介绍了抗体相关的基本概念知识，相信大家已经掌握了相关基础知识，接下来我们进一步深入讲解抗体类药物有哪些种类。

3.1 单克隆抗体

单克隆抗体（Monoclonal Antibodies, mAbs）是由单一B细胞克隆产生的，具有高度特异性和均质性的免疫球蛋白。它能够精确地识别并结合特定的抗原，是现代生物医药领域的重要工具之一。

单克隆抗体的制备包括以下步骤：

免疫原准备：选择并准备用于免疫的抗原，确保其纯度和免疫原性。

• 动物免疫：将抗原注射到小鼠等动物体内，刺激其免疫系统产生针对该抗原的B细胞克隆。

• 细胞融合：从免疫后的动物中分离出B细胞，并与骨髓瘤细胞进行融合，形成杂交瘤细胞。这个过程通常使用聚乙二醇（PEG）作为融合剂。

• 杂交瘤细胞筛选：通过选择性培养基筛选出杂交瘤细胞，这些细胞既具有B细胞产生抗体的能力，又拥有骨髓瘤细胞的无限增殖特性。

• 单克隆抗体生产：将筛选出的杂交瘤细胞在体外进行大量培养，收集细胞培养上清液，其中含有丰富的单克隆抗体。

• 抗体纯化与鉴定：通过亲和层析、离子交换层析等纯化技术，从细胞培养上清液中分离出单克隆抗体，并通过一系列鉴定实验验证其特异性和活性。

单克隆抗体优势

• 特异性：单抗是由单一B细胞克隆产生，单克隆抗体的特异性极高，可以精确地识别并结合靶抗原，避免了多克隆抗体可能出现的交叉反应和非特异性结合。

• 均质性：单克隆抗体的纯度高、均质性好，批次间的质量一致性高，有利于药物质量控制和临床应用的安全性。

• 可重复性和可预测性：单抗的制备过程相对稳定，可以获得大量高度一致性的抗体，使得其在研究和应用中具有较高的可重复性和可预测性。这有助于加速新药研发进程，提高药物研发的成功率和效率。

单克隆抗体劣势

• 制备过程复杂且成本高昂：单克隆抗体的制备需要经过多个步骤，包括免疫B细胞的获取、杂交瘤细胞的筛选和培养、抗体的大量生产和纯化等。这些过程需要耗费大量的人力和物力资源，增加了单克隆抗体的成本。

• 其应用范围受到限制：某些情况下，抗原的构象或表位可能不完整，导致单克隆抗体无法有效结合和发挥作用。此外，对于某些低丰度或稀有抗原，制备相应的单克隆抗体可能较为困难。

• 免疫原性：对于人体而言，异种抗体属于异源蛋白，当进入人体后会被免疫系统识别并引发免疫反应，导致抗抗体产生，从而使得抗体失效，严重的还会导致过敏反应。

3.2 多克隆抗体

• 多克隆抗体（polyclonal antibodies, pAbs）是由多种免疫细胞克隆产生的，能够识别和结合多种抗原的抗体混合物。它们通常用于免疫学研究和临床诊断，具有广泛的应用价值。



• 制备多克隆抗体的方法包括免疫动物、抗体提取和纯化等步骤。

• 抗原准备：准备和纯化用于免疫的抗原。抗原可以是蛋白质、多肽、病毒、细菌或其他生物分子。

• 动物免疫：将抗原注射到选择的动物（如兔、鼠、羊等）体内，通常通过多次注射以加强免疫反应。

• 血清收集：在免疫后的一定时间，收集动物的血液，并分离出血清，血清中含有针对免疫抗原的多克隆抗体。

• 抗体纯化：通过一系列纯化步骤，如蛋白A/G亲和层析、离子交换层析或凝胶过滤，从血清中分离出多克隆抗体。

• 抗体鉴定：最后，通过酶联免疫吸附试验（ELISA）、免疫印迹（Western blot）或其他相关方法验证抗体的特异性和活性。

多克隆抗体优势

• 多样性：多克隆抗体由多个B细胞克隆产生，因此能够识别并结合抗原上的多个不同表位。这种多样性使得多克隆抗体能够更全面地覆盖抗原的表面，增加与抗原结合的机会，从而提高检测的灵敏度和准确性。

• 广谱性：在某些应用中，如病原体感染初期，病原体的抗原可能发生变异或存在多种亚型。多克隆抗体的广谱性能够识别这些变异或亚型，提供更全面的免疫保护或检测能力。

• 制备相对简单快速：相较于单克隆抗体的制备过程，多克隆抗体的制备通常更为简单和快速。它不需要进行细胞融合和克隆筛选等复杂步骤，因此能够更快地获得所需的抗体。多克隆抗体可以通过直接免疫动物并从其血清中分离得到，这一过程相对成熟且容易实现。

• 天然免疫响应的模拟：多克隆抗体更能模拟天然免疫响应中抗体的多样性和协同作用。在天然免疫响应中，多种抗体共同作用以对抗病原体，多克隆抗体能够模拟这种协同作用，提供更全面的保护。

• 适用于初步研究和筛选：在科研领域，多克隆抗体常用于初步研究和筛选阶段。由于制备周期短、成本相对较低，它们适用于快速验证实验假设或筛选潜在的目标抗原。

多克隆抗体劣势

• 批间差异：由于多克隆抗体来源于不同动物的免疫反应，每次制备的批次间可能会存在差异，这导致实验结果的一致性和可重复性受到影响。

• 不稳定：动物的免疫状态和免疫反应的差异可能导致不同批次间抗体质量和性能的不稳定。

• 特异性差：多克隆抗体识别多个抗原表位，因此可能存在与其他相似抗原的交叉反应。这种交叉反应可能导致实验结果的假阳性或假阴性，降低抗体的特异性。非特异性结合也可能发生在与目标抗原不相关的分子上，进一步干扰实验结果。

• 免疫原性：对于人体而言，异种抗体属于异源蛋白，当进入人体后会被免疫系统识别并引发免疫反应，导致抗抗体产生，从而使得抗体失效，严重的还会导致过敏反应。

• 不易标准化和规模化生产：多克隆抗体的制备过程中涉及的动物免疫和血清收集等步骤难以完全标准化。这可能导致不同实验室或不同批次间抗体质量和性能的差异。规模化生产多克隆抗体也面临挑战，因为需要定期免疫动物并收集血清，这限制了抗体的产量和供应稳定性。

• 长期供应问题：多克隆抗体的长期供应可能不太稳定，因为需要定期免疫动物并收集血清。这可能导致供应中断或成本增加。

• 动物福利问题：在制备多克隆抗体的过程中，需要使用动物进行实验，这引发了一些动物福利和伦理方面的考虑。

3.3 嵌合抗体

• 嵌合抗体（Chimeric Antibodies）是一种基因工程改造的抗体，其中抗体的可变区（V区）通常来自一个物种（如鼠），而抗体的恒定区（C区）则来自另一个物种（如人）。这样的结构设计旨在结合两种抗体的优势：鼠源抗体的高特异性和人源抗体的低免疫原性。嵌合抗体的制备及其在医疗领域的应用是现代生物医药技术的重要成果。

嵌合抗体的制备主要涉及基因克隆和重组DNA技术。简要步骤如下：

基因克隆：从产生特异性抗体的鼠B细胞中提取mRNA，并逆转录成cDNA。通过PCR技术扩增出抗体的V区基因。

构建嵌合基因：将鼠抗体的V区基因与人抗体的C区基因进行连接，构建成嵌合基因。

表达载体构建：将嵌合基因插入到表达载体中，该载体通常包含一个强启动子和必要的转录终止信号。

转染与表达：将构建好的表达载体转染到宿主细胞（如哺乳动物细胞）中，通过细胞培养技术大量表达嵌合抗体。

抗体纯化：从细胞培养上清或细胞裂解液中纯化嵌合抗体，常用技术包括亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤等。

嵌合抗体优势

• 高特异性与亲和力：嵌合抗体结合了鼠源抗体的高特异性和人源抗体的效应功能。鼠源抗体的可变区负责识别和结合抗原，通常具有较高的亲和力和特异性，这使得嵌合抗体能够精确地靶向特定的抗原表位。

• 降低免疫原性：由于嵌合抗体的大部分结构（恒定区）来源于人类抗体，它们在人体内通常具有较低的免疫原性。这减少了人体对异种蛋白的免疫反应，降低了潜在的副作用和免疫排斥风险。

• 增强效应功能：人源化恒定区不仅降低了免疫原性，还赋予了嵌合抗体人类抗体所具有的效应功能，如补体激活、抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和抗体依赖性细胞吞噬（ADCP）等。这些效应功能在抗击感染、癌症等疾病中发挥重要作用。

• 可扩展性和可定制性：嵌合抗体的制备技术相对成熟，可以通过基因工程手段在实验室中进行定制和优化。这使得嵌合抗体成为治疗多种疾病的有力工具，包括自身免疫性疾病、癌症、感染性疾病等。

• 长期安全性与耐受性：由于嵌合抗体在结构和功能上与人类抗体相似，它们在人体内通常具有较好的耐受性和长期安全性。这使得嵌合抗体成为长期治疗或重复给药方案中的理想选择。

嵌合抗体劣势

• 开发与生产成本：嵌合抗体的制备涉及复杂的基因克隆、重组和细胞培养技术，这导致研发和生产成本相对较高。此外，生产过程中的质量控制、纯化和规模化生产也是面临的挑战。

• 潜在的免疫原性风险：尽管嵌合抗体降低了免疫原性，但仍可能引发一定程度的免疫反应，尤其是在长期或重复使用时。这可能导致治疗效果下降、需要调整治疗方案或引发其他不良反应。

• 技术挑战与限制：嵌合抗体的制备过程中可能会遇到技术难题，如基因重组的效率、细胞转染的稳定性和抗体表达的产量等。此外，某些特定类型的嵌合抗体可能在结构上存在限制，难以进一步优化或改进。

• 3.4 表面重塑抗体

表面重塑抗体（Surface-reshaped antibodies）是一种经过工程化改造的抗体分子，其目的在于优化抗体的某些生物学特性，如稳定性、溶解性、免疫原性或靶向性，同时保留或增强其原有的结合特异性。这类抗体通常通过蛋白质工程技术在实验室里制备，涉及对抗体分子中特定氨基酸序列的修改、添加或删除

表面重塑抗体的制备包括以下几个步骤：

序列分析：首先，需要对抗体的氨基酸序列进行深入分析，确定哪些区域是可以进行改造的，同时预测这些改造对抗体功能和结构的影响。

分子设计：利用计算机辅助设计（CAD）软件，对抗体的表面结构进行模拟，并设计出能够改善抗体性质的突变体。这些突变体通常集中在抗体的互补决定区（CDR）或框架区（FR）。

基因合成与克隆：根据设计好的突变体序列，合成相应的基因片段，并将其克隆到表达载体中。

表达与纯化：将含有突变体基因的表达载体转染到宿主细胞中，如哺乳动物细胞或微生物细胞，通过细胞培养技术大量表达抗体。随后，利用亲和层析、离子交换层析等技术对抗体进行纯化。

功能验证：通过体外和体内实验，验证改造后的抗体是否具有预期的功能和性质。

表面重塑抗体优势

• 改善药物性能：通过精确地修改抗体表面，可以显著优化其药代动力学特性，如提高血清半衰期、降低肾清除率或增强靶组织分布。这些改进可以转化为更高的疗效和更少的用药频率，从而提高患者的依从性。

• 增强稳定性与可溶性：工程化改造可以显著增强抗体在各种环境下的稳定性，包括热稳定性、pH稳定性和长期储存稳定性。此外，通过减少抗体的聚集倾向或优化其溶解性，可以进一步改善其生产和制剂过程。

• 降低免疫原性：人体对外来蛋白质的免疫反应是抗体治疗的一个主要挑战。表面重塑有助于减少或消除免疫原性表位，从而降低抗体在人体内引发不良免疫反应的风险。

• 提高靶向特异性与亲和力：通过对抗体结合界面的精确改造，可以优化其与目标抗原的相互作用，实现更高的靶向特异性和更强的亲和力。这不仅可以提高治疗效果，还可以减少对非靶组织的副作用。

表面重塑抗体劣势

• 技术复杂性：表面重塑抗体的设计和生产需要高度专业的蛋白质工程知识和技术。这包括精确的分子设计、高效的基因合成与克隆、稳定的细胞表达系统以及复杂的纯化与表征流程。

• 开发成本与风险：由于技术复杂性和监管要求，开发表面重塑抗体的成本通常很高。同时，由于这是一种创新的治疗方法，其开发过程中存在许多未知因素和不确定性，如潜在的免疫原性问题、生产规模的放大挑战以及临床试验的失败风险等。

• 潜在的免疫源性：尽管表面重塑旨在降低免疫原性，但任何外来蛋白质在人体内都有可能引发免疫反应。

3.5 人源化抗体

人源化抗体（humanized antibody）是指通过基因工程技术将鼠源或其他非人源的单克隆抗体进行人源化改造，以降低其免疫原性并保留或提高其对抗原的特异性和亲和力。这种抗体在结构上更接近人体自然产生的抗体，因此在治疗中能够减少免疫反应，提高安全性和有效性

人源化单克隆抗体的制备包括以下步骤：

抗体基因克隆：首先从鼠源或其他非人源的单克隆抗体中克隆出抗体的重链和轻链基因。

人源化改造：通过基因工程技术，如互补决定区（CDR）移植、表面重塑、框架区突变等，将克隆出的抗体基因进行人源化改造，即用人体抗体的框架区替换非人源抗体的框架区，同时保留非人源抗体的互补决定区，以维持其对抗原的特异性和亲和力。

表达载体构建：将改造后的人源化抗体基因插入到表达载体中，如哺乳动物细胞表达载体。

转染与筛选：将构建好的表达载体转染到哺乳动物细胞中，如中国仓鼠卵巢（CHO）细胞，并通过选择性培养基筛选出稳定表达人源化抗体的细胞株。

抗体生产与纯化：将筛选出的细胞株进行大规模培养，收集细胞培养上清液，并通过亲和层析、离子交换层析等纯化技术分离出人源化单克隆抗体。

人源化抗体优势

• 显著降低免疫原性：人源化改造的核心目的是减少或消除非人源抗体在人体内引发的免疫反应。通过替换大部分非人源的抗体序列，只保留关键的抗原结合部分（互补决定区，CDRs），人源化抗体在保留其特异性和亲和力的同时，显著降低了免疫原性。

• 增强治疗效果：由于免疫原性的降低，人源化抗体在治疗过程中能够更持久地存在于患者体内，从而增强治疗效果。此外，降低的免疫原性也意味着可以减少因免疫反应导致的不良反应，进一步提高治疗的安全性和耐受性。

• 拓宽应用范围：通过人源化改造，一些原本因免疫原性过高而无法应用于临床的非人源抗体得以重新利用。这大大拓宽了单克隆抗体药物的潜在应用范围，为更多疾病的治疗提供了新的选择。

• 相对快速的开发周期：相比完全从头开始开发全人源抗体，人源化改造通常可以利用已有的非人源抗体作为起点，因此开发周期相对较短。这对于快速响应新出现的病原体或疾病具有重要意义。

人源化抗体劣势

• 技术复杂性：人源化改造涉及复杂的基因工程技术和蛋白质工程知识。在改造过程中，需要精确地替换、优化和测试抗体序列，以确保改造后的抗体既具有低免疫原性又保持其抗原结合能力。这对研发团队的技术水平和实验条件要求较高。

• 潜在的免疫反应风险：尽管人源化改造显著降低了免疫原性，但在某些情况下（如患者个体差异、长期治疗等），患者仍可能产生针对人源化抗体的免疫反应。这种免疫反应可能导致治疗效果下降、需要调整治疗方案或引发其他不良反应。

• 3.6 全人源化抗体

全人源化抗体（Fully humanized antibody）是指抗体的全部序列均来源于人类基因组的单克隆抗体。与鼠源或人源化抗体相比，全人源抗体在结构上与人体自然产生的抗体完全相同，因此在治疗中具有最低的免疫原性和最高的安全性

全人源单克隆抗体的制备包括以下步骤：

免疫原选择与免疫：选择适当的人类抗原进行免疫，通常使用经过修饰或处理的人类细胞、蛋白片段或肽段。这些抗原被注射到转基因小鼠或人类B细胞中进行免疫，以刺激产生针对特定抗原的人类抗体。

B细胞筛选与抗体基因克隆：从免疫后的小鼠或人类B细胞中筛选出与目标抗原特异性结合的B细胞。然后，通过PCR技术克隆出这些B细胞中的抗体基因，包括重链和轻链基因。

表达载体构建与细胞转染：将克隆出的人类抗体基因插入到哺乳动物细胞表达载体中，如常用的CHO细胞或HEK293细胞表达系统。接下来，将构建好的表达载体转染到宿主细胞中，以便进行抗体的表达。

抗体筛选与鉴定：通过选择性培养基筛选出稳定表达人类抗体的细胞株，并进行进一步的鉴定。这包括对抗体的特异性、亲和力、中和活性等进行评估和筛选，以确保其满足治疗要求。

生产与纯化：将筛选出的细胞株进行大规模培养，以获取足够量的全人源单克隆抗体。然后，通过亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤等纯化技术，从细胞培养上清液中分离出纯净的抗体。

全人源化抗体优势

• 极低的免疫原性：全人源化单克隆抗体与人体自然产生的抗体在结构上完全一致，因此几乎不会引起免疫反应。这一特性显著降低了因免疫反应导致的不良反应风险，如输液反应、过敏反应等，从而提高了治疗的安全性和耐受性。

• 长期稳定的疗效：由于免疫原性低，全人源抗体能够在患者体内持续存在，无需频繁给药即可维持稳定的血药浓度。这有助于实现长期稳定的疗效，减少病情波动和复发。

全人源化抗体劣势

• 技术挑战和复杂性：制备全人源化单克隆抗体涉及多个复杂的技术步骤，包括免疫原设计、B细胞筛选、抗体基因克隆和表达等。这些步骤需要高度专业化的知识和技术支持，且每一步都可能面临技术挑战和失败的风险。

• 高昂的开发成本：由于技术复杂性和严格的质量控制要求，全人源化单克隆抗体的开发过程通常需要大量的时间和资金投入。这包括研发人员的工资、实验设备的购置和维护、临床试验的费用等。因此，开发全人源化单克隆抗体可能是一项高风险、高投入的项目。

• 潜在的竞争和知识产权问题：由于全人源化单克隆抗体在生物医药领域的重要性和商业价值，相关的研发竞争非常激烈。这可能导致知识产权纠纷和专利侵权等问题，对研发者和制药公司造成一定的法律风险和经济损失。

3.7 单域抗体

单域抗体（single-domain antibody，也称为nanobody或VHH）是一种仅由重链抗体的可变区（VHH）构成的小型抗体片段。与传统的抗体相比，单域抗体具有更小的分子量和更高的稳定性，因此在生物医药研究和应用中具有独特的优势

单域抗体的制备包括以下步骤：

免疫原选择与免疫：选择适当的抗原进行免疫，通常使用目标蛋白、肽段或细胞。这些抗原被注射到骆驼或羊驼等能够产生重链抗体的动物中进行免疫。

淋巴细胞筛选与抗体基因克隆：从免疫后的动物中分离出淋巴细胞，筛选出与目标抗原特异性结合的B细胞。然后，通过PCR技术克隆出这些B细胞中的重链抗体基因，特别是VHH基因片段。

噬菌体展示技术筛选：将克隆出的VHH基因片段插入到噬菌体展示载体中，构建噬菌体展示文库。通过多轮筛选和富集，选择与目标抗原具有高亲和力的VHH噬菌体。

表达与纯化：将筛选出的VHH基因片段插入到适当的表达载体中，如细菌、酵母或哺乳动物细胞表达系统。通过大规模培养，收集表达产物并进行纯化，以获得纯净的单域抗体。

单域抗体优势

• 小分子量：单域抗体的显著优势在于其极小的分子量，通常仅为15 kDa左右，远小于传统抗体的150 kDa。这种小巧的体型使得单域抗体能够更快地穿透组织和细胞屏障，更有效地到达目标部位。

• 高穿透性：在肿瘤诊断和治疗中，小分子量的单域抗体能够更深入地渗透到实体瘤内部，与深层肿瘤细胞结合，提高治疗效果。

• 高稳定性与耐受性：单域抗体具有出色的热稳定性和化学稳定性，能够在高温、极端pH和有机溶剂等条件下保持活性。这使得它们在工业生产和实际应用中具有更广泛的用途。由于其稳定性，单域抗体在储存和运输过程中不需要严格的冷链管理，降低了成本和复杂性。

• 易于基因工程改造：单域抗体的结构简单明了，仅由一个结构域组成，这使得它们易于通过基因工程技术进行改造。研究人员可以轻松地引入点突变、融合标签或其他功能域，以增强单域抗体的亲和力、特异性或赋予其新的功能。

• 多功能化：通过与其他分子（如毒素、荧光染料或放射性同位素）的融合，单域抗体可以被转化为多功能的诊疗剂，实现疾病的诊断和治疗一体化。

• 低免疫原性与安全性：单域抗体作为小分子片段，通常具有较低的免疫原性，减少了免疫反应的风险。这使得它们在长期治疗和重复给药的情况下更为安全。由于其人类兼容性，单域抗体在人体内的免疫反应相对较低，降低了治疗过程中的不良反应和潜在风险。

单域抗体劣势

• 亲和力与效价：与某些传统的全尺寸抗体相比，它们可能具有相对较低的亲和力。这可能需要通过亲和力成熟技术或定向进化来提高其结合能力。单域抗体的单价性（即每个分子只有一个结合位点）可能在某些应用中不如多价全尺寸抗体有效。然而，通过基因工程手段可以构建多价单域抗体来解决这个问题。

• 半衰期与药代动力学：由于单域抗体的分子量小，它们在体内的半衰期通常较短，需要频繁给药以维持有效浓度。这可能会增加患者的治疗负担和成本。单域抗体的药代动力学特性可能与全尺寸抗体不同，需要进行详细的研究和优化以实现最佳治疗效果。

• 生产与开发成本：尽管单域抗体的制备过程相对简单和快速，但仍需要高度专业化的知识和技术支持。这包括免疫原设计、基因克隆、噬菌体展示技术筛选等步骤，这些步骤可能会增加开发过程中的时间和成本。与传统的全尺寸抗体相比，单域抗体可能需要更高的表达水平和更复杂的纯化步骤来获得足够的产量和纯度。

3.8 双特异性抗体

双特异性抗体（Bispecific antibodies，BsAbs）是一种能够同时识别并结合两种不同抗原的抗体分子。它们通过同时靶向两个不同的表位或分子，实现多种生物学功能，包括重定向细胞毒性、双信号阻断、免疫细胞激活等。双特异性抗体在肿瘤免疫治疗、自身免疫性疾病和感染性疾病等领域具有广泛的应用前景

双特异性抗体的制备涉及多种技术，以下是其中几种常用的方法：

化学偶联法：该方法将两个具有不同特异性的单克隆抗体通过化学交联剂连接起来。这种方法的优点在于可以使用已有的单抗，但缺点在于连接可能导致抗体活性的丧失或改变，且产物不均一。

杂交瘤技术：通过融合两个分泌不同特异性单抗的杂交瘤细胞，产生能够同时分泌双特异性抗体的杂交瘤。然而，这种方法在实际操作中难度较大，且产生的双特异性抗体比例较低。

重组DNA技术：利用基因工程技术将两个不同特异性的抗体可变区基因融合，并表达在适当的表达系统中。这种方法具有高度的灵活性和可控制性，是目前制备双特异性抗体的主要方法。通过调整基因序列，可以实现多种不同形式的双特异性抗体，如双链抗体（diabodies）、串联单链抗体（tandem scFvs）和四价双特异性抗体等。

• 一般的制备流程如下：

• 抗体选择与设计：确定需要靶向的两个不同抗原。这些抗原可以是与疾病发生发展密切相关的蛋白质、受体或其他生物分子。选择或设计具有所需特异性的两个单克隆抗体（mAbs）或抗体片段，如Fab、scFv等。这些抗体应具有高亲和力、稳定性和适当的效应功能。

• 基因构建与表达：利用基因工程技术，将两个抗体的基因序列进行改造和融合，形成编码双特异性抗体的基因。将构建好的基因插入到适当的表达载体中，如质粒或病毒载体，并转染到宿主细胞中进行表达。常用的宿主细胞包括哺乳动物细胞（如CHO细胞、HEK293细胞）和微生物细胞（如大肠杆菌、酵母）。

• 抗体表达与纯化：在宿主细胞中培养表达的双特异性抗体，并通过细胞培养条件的优化来提高抗体的产量和纯度。收获细胞培养上清液或细胞裂解液，使用适当的纯化方法（如亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤层析等）去除杂质，获得纯净的双特异性抗体。

• 抗体表征与鉴定：对纯化后的双特异性抗体进行表征，包括分子量、纯度、结构、亲和力等方面的分析。常用的表征方法包括质谱、光谱、电泳、免疫印迹等。通过体外和体内实验验证双特异性抗体的功能和活性，如细胞毒性实验、受体结合实验、动物模型实验等。

双特异性抗体优势

• 双重靶向性：双特异性抗体（BsAbs）能够同时识别两个不同的抗原或表位，这提供了在复杂生物系统中进行精确干预的能力。在肿瘤治疗中，这种双重靶向性可以被用来同时针对肿瘤细胞和免疫细胞，或者同时阻断两个促进肿瘤生长的信号通路。

• 增强的疗效：通过同时结合两个目标分子，双特异性抗体可以产生协同效应，从而提高治疗效果。例如，它们可以将免疫细胞重定向到肿瘤细胞处，促进肿瘤细胞的杀伤，或者同时抑制多个促进疾病进展的信号通路。

• 降低脱靶毒性：传统的单克隆抗体有时会因为与非目标分子的交叉反应而导致脱靶毒性。双特异性抗体通过其双重特异性设计，可以更加精确地靶向目标分子，从而降低脱靶毒性和副作用。

• 创新的治疗策略：双特异性抗体的设计灵活性允许开发创新的治疗策略。例如，它们可以被设计为T细胞接合器，将T细胞与肿瘤细胞连接起来，促进T细胞对肿瘤的杀伤；或者作为双信号阻断剂，同时抑制两个在疾病中起关键作用的信号通路。

双特异性抗体劣势

• 生产复杂性：双特异性抗体的制备过程相对复杂，需要高度专业化的知识和技术支持。基因构建、表达系统的选择、纯化策略的制定等步骤都可能比单克隆抗体的生产更具挑战性。

• 稳定性问题：由于双特异性抗体的结构复杂性，它们可能面临稳定性问题，如聚合、错配等。这些问题需要在产品开发过程中进行仔细研究和控制，以确保最终产品的质量和稳定性。

• 高昂的研发和生产成本：由于双特异性抗体的制备工艺复杂、技术要求高，以及需要进行严格的质量控制和安全性评估，因此其研发和生产成本相对较高。这可能会限制其在某些适应症或市场中的广泛应用。

3.9 抗体片段（Fab、F(ab')2）


• 抗体片段是抗体的较小部分，它们保留了与完整抗体相似的抗原结合能力，但通常缺乏完整抗体的其他功能区域，如Fc区域（负责激活补体或结合免疫细胞的部分）。在抗体片段中，Fab和F(ab')2是最常见的两种形式。

Fab片段：

• Fab（Fragment antigen-binding）片段包含抗体的轻链和重链的可变区，以及重链的第一个恒定区（CH1），每个Fab片段都包含一个抗原结合位点。

F(ab')2片段：

• F(ab')2片段是通过两个Fab片段在铰链区的二硫键连接而成的，因此它包含两个抗原结合位点。与Fab相比，F(ab')2片段具有更高的分子量，并且由于其双价性，可能在某些应用中具有优势。

• 抗体片段一般通过酶解或重组DNA技术制备。

酶解法：

• 使用木瓜蛋白酶（Papain）可以将IgG抗体切割成两个相同的Fab片段和一个Fc片段。

• 使用胃蛋白酶（Pepsin）可以在铰链区将IgG切割成F(ab')2和一个剩余的Fc片段。

重组DNA技术：

• 利用基因工程技术，可以克隆和表达仅包含轻链和重链可变区的基因，从而直接生产Fab片段。

• 对于F(ab')2，虽然它可以通过重组方式表达，但通常更常见的是先表达Fab，然后通过化学或酶学方法将两个Fab片段连接起来。

抗体片段优势

• 更好的组织穿透性：由于抗体片段（如Fab和F(ab')2）的分子量较小，它们通常比完整抗体更容易穿透组织，从而更有效地到达目标部位。这对于治疗实体瘤或其他需要深入组织内部的疾病尤为重要。

• 降低的免疫原性：完整抗体中的Fc区域是引起免疫反应的主要部分。而抗体片段，特别是那些不含Fc区域的片段（如Fab），通常具有较低的免疫原性。这减少了非特异性免疫激活和抗体介导的不良反应的风险。

• 易于基因工程改造：利用重组DNA技术，可以相对容易地对抗体片段进行基因改造，以优化其亲和力、稳定性或其他所需特性。这为定制治疗性抗体片段提供了巨大的灵活性。

• 多功能性：抗体片段在多种应用中表现出多功能性。例如，它们可以用作诊断试剂中的捕获分子，用于免疫组化、流式细胞术或酶联免疫吸附试验（ELISA）。此外，在治疗应用中，抗体片段可以用作靶向药物传递系统的组成部分，将药物直接导向肿瘤或其他病变部位。

• 更经济的生产：与完整抗体相比，抗体片段的生产通常更为经济高效。这是因为它们可以在较低的成本下以高产量在细菌、酵母或哺乳动物细胞中表达。此外，由于缺乏Fc区域，抗体片段的下游加工和纯化也可能更为简单。

抗体片段劣势

• 较短的半衰期：与完整抗体相比，抗体片段在体内的半衰期通常较短。这是因为它们缺乏Fc区域，该区域通常与延长抗体在循环中的停留时间有关。因此，为了维持治疗效果，可能需要更频繁地给药或采用其他策略来延长其在体内的存在时间。

• 缺乏Fc介导的效应功能：完整抗体的Fc区域可以介导多种重要的生物学功能，如补体激活、抗体依赖的细胞毒性（ADCC）和抗体依赖的细胞吞噬（ADCP）。然而，抗体片段通常缺乏这些功能，从而在某些情况下可能降低了其治疗效果。

• 稳定性问题：抗体片段可能面临稳定性方面的挑战。例如，它们可能更容易受到蛋白酶的降解或聚集的影响。这需要在产品开发过程中进行仔细研究和优化，以确保最终产品的稳定性和有效性。

• 亲和力可能较低：在某些情况下，与完整抗体相比，抗体片段可能具有较低的亲和力。这可能需要通过亲和力成熟、突变或其他工程化策略来提高其结合能力。

3.10 毒素偶联抗体


• 毒素偶联抗体又称抗体偶联药物（Antibody-Drug Conjugate，ADC）是一种创新的生物药物，它将具有特异性靶向能力的抗体与高效细胞毒性药物通过连接子（linker）共价连接在一起。ADC的设计旨在实现对特定细胞的精确靶向和有效杀伤，同时降低对非目标细胞的毒性作用。

• ADC的制备涉及三个关键组件：抗体、连接子和细胞毒性药物（也称为有效载荷）。制备过程主要包括以下几个步骤：

• 选择合适的抗体：针对特定的靶点或抗原，筛选出具有高度特异性和亲和力的抗体。这些抗体能够精确识别并结合到目标细胞表面。

• 选择细胞毒性药物：选择具有高细胞毒性的小分子药物作为有效载荷。这些药物在细胞内释放后能够杀死目标细胞。

• 设计连接子：连接子用于将抗体和药物连接起来，同时保持药物的稳定性和在细胞内的释放能力。连接子可以是可裂解的或不可裂解的，取决于药物释放机制的设计。

• 偶联反应：通过化学反应将抗体、连接子和细胞毒性药物偶联在一起，形成ADC。这个过程需要优化反应条件，确保偶联效率和产物纯度。

毒素偶联抗体优势

• 提高治疗指数：由于ADC的精确靶向性，它们通常能够在较低的剂量下实现显著的治疗效果，从而提高了治疗指数（即疗效与毒性之间的比率）。这意味着ADC可能具有更广泛的治疗窗口，为那些对传统化疗药物反应不佳或不能耐受其副作用的患者提供了新的治疗选择。

• 灵活性：ADC的设计具有高度的灵活性，可以根据特定的治疗需求进行定制。例如，可以选择不同的抗体、连接子和细胞毒性药物来创建具有不同作用机制和药代动力学特性的ADC。这种灵活性使得ADC能够针对多种不同类型的癌症和其他疾病进行个性化治疗。

• 克服耐药性：由于ADC的作用机制与传统化疗药物不同，它们可能能够克服某些类型的耐药性。例如，一些癌细胞可能通过过度表达某些转运蛋白或酶来泵出化疗药物或降低其活性，从而对传统化疗产生耐药性。然而，ADC可能能够通过不同的机制进入细胞并释放其细胞毒性有效载荷，从而绕过这些耐药机制。

毒素偶联抗体劣势

• 生产和成本：ADC的生产过程复杂且成本高昂，这主要归因于需要使用高级的生物制造技术来生产高质量的抗体，以及进行复杂的化学偶联反应来将抗体与细胞毒性药物连接起来。这些因素限制了ADC的广泛生产和应用，尤其是在资源有限的环境中。

• 脱靶毒性：尽管ADC被设计为精确靶向特定的细胞群体，但在某些情况下，它们可能会与非目标细胞发生相互作用，导致脱靶毒性。这种毒性可能是由于抗体的非特异性结合、连接子的不稳定性或细胞毒性药物的释放不当等原因引起的。脱靶毒性是一个重要的安全性问题，需要在ADC的开发和临床应用中进行仔细的评估和控制。

3.11 核素偶联抗体


• 与毒素偶联抗体类似，核素偶联抗体药物（Radionuclide Antibody Conjugates，RAC）是一种将放射性核素与特异性抗体相结合的创新型生物药物。这种药物利用抗体的特异性靶向能力和放射性核素的辐射杀伤作用，实现对特定细胞的精确治疗。

• RAC的制备涉及两个主要组件：特异性抗体和放射性核素。制备过程包括以下几个步骤：

• 抗体的选择与准备：选择具有高度特异性和亲和力的抗体，这些抗体能够精确识别并结合到目标细胞表面。抗体的质量和纯度对于RAC的制备至关重要，因此需要进行严格的筛选和纯化。

• 放射性核素的选择与标记：根据治疗需求选择合适的放射性核素，如β-发射体、α-发射体等。这些核素在衰变过程中释放出的辐射能量能够破坏目标细胞的DNA结构，从而达到治疗目的。将放射性核素标记到抗体上，通常通过螯合剂等中间体与抗体上的特定氨基酸残基结合。

• 偶联反应与纯化：在适当的条件下，将标记好的放射性核素与抗体进行偶联反应，形成RAC。反应完成后，需要进行严格的纯化步骤，以去除未结合的核素、中间体和其他杂质，确保RAC的纯度和安全性。

RAC相较于普通偶联抗体药物的优势

• 治疗效果增强：RAC利用放射性核素的辐射能量，能够在抗体与目标细胞结合后，对细胞进行直接的辐射杀伤。这种辐射能量可以破坏细胞的DNA结构，从而更有效地杀死肿瘤细胞。相比之下，普通偶联抗体药物通常依赖于细胞毒性药物来杀死细胞，其效果可能不如RAC直接和强烈。

• 治疗深度增加：由于放射性核素的穿透能力，RAC可以影响目标细胞周围的微环境，包括邻近的肿瘤细胞和肿瘤相关基质细胞。这种“交叉火力”效应可能有助于消除对抗体无法直接结合的肿瘤细胞，从而增加治疗的深度。

• 耐药性问题减少：肿瘤细胞对传统化疗药物和某些细胞毒性药物容易产生耐药性。然而，由于RAC的作用机制不同，它可能能够克服或至少延缓耐药性的发展。放射性核素通过直接破坏DNA来杀死细胞，不依赖于细胞的增殖状态或特定的生化途径，因此可能不易受到耐药性的影响。

RAC相较于普通偶联抗体药物的劣势

• 生产和处理复杂性：RAC的制备涉及放射性核素的处理和标记，这需要特殊的设施和培训。此外，放射性核素的获取、储存和处置都受到严格的法规和安全要求的限制。相比之下，普通偶联抗体药物的生产和处理可能更为简单和直接。

• 辐射安全性问题：RAC的使用涉及放射性物质的释放和处理，这可能对医护人员和患者构成一定的辐射风险。虽然这种风险可以通过适当的防护措施和操作规程来最小化，但仍然需要额外的关注和管理。

• 药代动力学和剂量限制：放射性核素在体内的药代动力学和剂量分布可能受到多种因素的影响，包括抗体的亲和力、核素的物理特性（如半衰期）以及患者的生理状态。这些因素可能限制了RAC的使用剂量和给药方案，需要仔细优化以确保疗效和安全性。

四、结论与展望

随着生物技术的迅猛发展，抗体药物作为一类创新的治疗手段，已经在多种疾病领域展现出巨大的治疗潜力。从传统的抗体药物到抗体偶联药物（ADC）和核素偶联抗体药物（RAC），抗体药物的研发和应用正日益走向精准化和个性化。

单克隆抗体，以其高度的特异性和一致性，为癌症、自身免疫性疾病等提供了精准的治疗手段。它们能够准确地识别并结合到目标抗原上，实现“定点打击”，大大提高了治疗的效率和安全性。多克隆抗体则在治疗感染性疾病、提供免疫保护等方面发挥着重要作用。它们能够识别多个抗原表位，提供更全面的免疫应答，为抗击病毒、细菌等病原体提供了有力武器。

随着抗体工程技术的不断发展，嵌合抗体、表面重塑抗体等新型抗体药物应运而生。它们通过融合不同物种抗体的优势，进一步提高了治疗效果，并降低了免疫原性，使得抗体药物更加安全、有效。人源化抗体和全人源化抗体的出现，更是减少了免疫排斥反应的发生，为长期、安全的治疗提供了可能。

单域抗体和双特异性抗体是近年来抗体药物领域的热门研究方向。单域抗体以其小巧的体积和强大的穿透能力，在肿瘤诊断、治疗以及药物递送等方面展现出巨大的潜力。双特异性抗体则能够同时识别两种不同的抗原，为复杂疾病的治疗提供了新的策略，如同时抑制肿瘤生长和增强免疫应答等。

抗体片段，如Fab和F(ab')2，由于其较小的分子量和较快的清除速率，在影像诊断、短半衰期治疗以及药物研发等方面具有独特优势。它们可以作为靶向分子，携带药物或放射性核素，实现对肿瘤等病变组织的精准治疗。

毒素偶联抗体和核素偶联抗体则是抗体药物与毒素或放射性核素的完美结合。它们通过携带毒性分子或放射性核素，实现对肿瘤细胞的精准杀伤，为癌症治疗提供了新的选择。这种治疗方式具有高度的靶向性和较低的全身毒性，能够显著提高患者的生活质量和生存率。

展望未来，抗体药物的发展趋势将更加明显。随着抗体工程技术的不断进步，新型抗体药物的研发将更加快速、高效。同时抗体药物的适应症将不断扩大，从癌症、自身免疫性疾病到感染性疾病、神经系统疾病等，抗体药物将发挥更加广泛的治疗作用。最后，个性化治疗将成为抗体药物发展的重要方向。通过基因检测、蛋白质组学等技术手段，为患者量身定制抗体药物，实现精准治疗，将成为未来抗体药物研发的重要方向。

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参考文献

Beck, Alain; Liliane Goetsch; Charles Dumontet and Nathalie Corvaïa. 2017. "Strategies and Challenges for the Next Generation of Antibody–Drug Conjugates." Nature Reviews Drug Discovery, 16(5), 315-37.

Blass, Benjamin E. 2015. Basic Principles of Drug Discovery and Development. Elsevier.

de Marco, Ario. 2011. "Biotechnological Applications of Recombinant Single-Domain Antibody Fragments." Microbial cell factories, 10(1), 1-14.

Labrijn, Aran F; Maarten L Janmaat; Janice M Reichert and Paul WHI Parren. 2019. "Bispecific Antibodies: A Mechanistic Review of the Pipeline." Nature Reviews Drug Discovery, 18(8), 585-608.

Lipman, Neil S; Lynn R Jackson; Laura J Trudel and Frances Weis-Garcia. 2005. "Monoclonal Versus Polyclonal Antibodies: Distinguishing Characteristics, Applications, and Information Resources." ILAR journal, 46(3), 258-68.

Safdari, Yaghoub; Safar Farajnia; Mohammad Asgharzadeh and Masoumeh Khalili. 2013. "Antibody Humanization Methods–a Review and Update." Biotechnology and Genetic Engineering Reviews, 29(2), 175-86.

Singh, Surjit; Nitish K Tank; Pradeep Dwiwedi; Jaykaran Charan; Rimplejeet Kaur; Preeti Sidhu and Vinay K Chugh.2018. "Monoclonal Antibodies: A Review." Current clinical pharmacology, 13(2), 85-99.

Waldmann, Thomas A and John C Morris.2006. "Development of Antibodies and Chimeric Molecules for Cancer Immunotherapy." Advances in immunology, 90, 83-131.

Weiner, Louis M. 2006. "Fully Human Therapeutic Monoclonal Antibodies." Journal of immunotherapy, 29(1), 1-9.

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