人源化治疗性单克隆抗体的研究进展

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抗 体 的 CDR 是 抗 体 和 抗 原 表 位 直 接 接 触 的 部 位 , 每 个 可 变 区 有 3 个 CDR,
形 成 3 个 环 状 结 构 。FR 是 β片 状 结 构 , 有 4 个 FR 位 于 可 变 区 的 顶 端 。改 型 抗 体 可变区基因的构建方法有定点诱变法和 化学合成法: ( 1) 定点诱变法是以人单链 DNA 为 模 板 , 化 学 合 成 含 有 鼠 CDR 序 列 的 3 个引物, 分别进行 3 轮突变, 即获得 CDR 移 植 可 变 区 基 因 ; ( 2) 化 学 合 成 包 括 合 成 双 链 片 段 , 通 过 T4 DNA 连 接 酶 来 连 接完整基因, 部分合成基因片段, 应用 PCR 技 术 或 Klenow 大 片 段 酶 补 平 再 连 接 的方式组装完整基因。
与鼠单抗相比, 人源化抗体的免疫 原性明显减弱, 且血清半衰期显著延长, 其用途已在临床得到验证, 在近年美国 FDA 批 准 的 新 药 中 , 有 8 种 改 型 抗 体 上 市。下表列举了近年来成功制备的部分 人 源 化 抗 体 及 其 应 用 [3] 。然 而 人 源 化 抗 体 想得到更广泛的应用, 还必须进一步考 虑 其 免 疫 原 性 、亲 和 力 、特 异 性 和 在 实 验 室或工业上大量制备等问题。
作 者 单 位 : 510640 广 州 市 , 华 南 理 工 大 学 生 物 科 学 与 工 程 学 院 ( 彭 如 意 ) ; 510010 广 州军区广州总医院医学实验科( 王 捷)
通讯作者 : 王 捷 E-mail: jiew@tom.com
编码特异性的抗原从而使噬菌体得到扩 增 。然 而 , 现 在 噬 菌 体 展 示 技 术 的 应 用 却 是相反的, 是通过已知的抗原从大的抗 体 库 ( 108~1010) 中 来 筛 选 抗 体 。 当 Fvs 不 是以单独的重链和轻链表达而是由一个 连接物连接两个单域从而有一个单独的 多位点的形式表达时, 抗原和抗体的反 应 亲 和 力 能 够 保 持 不 变 [5] 。噬 菌 体 展 示 技 术 最 显 著 的 应 用 是 可 以 从 约 3×107 的 抗 体库中挑选每个抗体的单克隆。为了提 高效率, 可以扩大库容或者通过低保真 度的聚合酶或密码子引起的突变来扩增
现 在 , 至 少 有 35 个 完 全 人 类 的 单 抗 已经进入临床的治疗试验阶段。这些单 抗的靶抗原都是临床癌症、自身免疫疾 病或炎症疾病和传染病中的主要抗原。 例 如 EGFR、CTLA-4 和 CD4 等 [ 11] 。 在 治 疗一些异种移植、骨质疏松症等疾病已 经 有 显 著 的 效 果 。但 是 , 免 疫 原 性 仍 是 存 在 的 问 题 。在 临 床 的 试 验 中 , 治 疗 性 的 单 抗仍可以产生弱的免疫原性。但相对于 其他的方法来说, 利用转基因鼠技术得 到的单抗仍是未来药物的主流。 3 结论
实 用 医 学 杂 志 2007 年 第 23 卷 第 5 期
人源化治疗性单克隆抗体的研究进展
彭如意 综述 王 捷 审校
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·综 述·
治疗性单克隆抗体结合了免疫学和 药理学的原理, 应用于疾病治疗已有几 十年。单克隆抗体在治疗中的运用要特 别 考 虑 到 生 物 药 效 率 、耐 受 性 、变 化 性 和 适 用 性 。抗 体 的 临 床 应 用 结 果 反 映 出 了单克隆抗体药物存在的一些问题: ( 1) 鼠源性单抗容易产生人抗鼠抗体 ( HAMA) , 从 而 削 弱 其 治 疗 的 有 效 性 ; ( 2) 由于鼠单抗是异源蛋白, 在体内很快 就被清除掉, 并对清除抗体的器官产生 损害; ( 3) 抗体的分子量相对较大, 所以 抗体分子到达靶部位不足; ( 4) 鼠源性 单抗在人体中常不能有效地活化补体和 Fc 受 体 相 关 的 效 应 功 能 , 因 此 其 应 用 受 到了较大的限制, 这些就推动了人源性 单抗的产生。随着基因工程技术的建立 和 发 展 , 先 后 出 现 如 单 域 抗 体 、单 链 抗 体 和双链抗体等一类抗体衍生物, 以其免 疫 原 性 低 、分 子 量 小 、易 通 过 血 管 壁 到 达 病 灶 、通 过 PEG 化 可 延 长 其 半 衰 期 [ 1- 2]
克隆的基因[6] , 这 样 可 以 提 高 高 亲 和 力 抗 体的分离和提高现有抗体的亲和力或选 择性。
采用噬菌体展示技术制备完全人源 化 的 单 抗 已 较 成 熟 。 如 ImClone 公 司 的 IMC-11F8 是 来 自 于 Fab 片 段 的 人 类 抗 体, 现在还处于Ⅱ期的临床试验, 其靶标 是 内 皮 生 长 因 子 受 体 ( EGFR) 。在 临 床 的 应用中利用噬菌体展示技术制备的单抗 已占约 30%。但还是有其不足之处: ( 1) 一 般而言, 从库中筛选出活性抗体的机会 和库容量大小成正比, 但由于转化效率
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的限制, 目前所能建立的噬菌体抗体库 的 最 大 库 容 为 1010 左 右 , 而 且 构 建 这 么 大的库容量费时耗力; ( 2) 有些编码蛋白 由于其不利于宿主菌生长或是有毒性, 因而在表达时不可避免地存在偏差, 导 致一些蛋白的缺失; ( 3) 体内和体外之间 重复转换的操作耗费大量人力。 2.2 转基因鼠技术产生的人类抗体 转 基因鼠技术是现今最重要的制备完全人 源 化 单 抗 的 方 法 。1985 年 , Alt 报 道 了 转 基 因 技 术 可 以 使 未 重 排 的 种 系 ( germline) 结构的转基因产生新的人类抗体序列。 1989 年 , Bruggemann 报 道 了 人 类 重 链 全 部 基 因 的 表 达 。 在 敲 除 鼠 的 重 链 和 κ轻 链后转入人类的不同重链和轻链, 可引 起高亲和力的人类单抗的二次免疫应 答 。1994 年 , 两 位 研 究 者 报 道 了 有 4 种 不 同种系修饰的小鼠产生: 2 种是小鼠内源 性 的 重 链 和 κ轻 链 基 因 敲 除 , 另 2 种 是 人类重链和轻链转基因表达。虽然都使 用了同源重组的方法利用小鼠的胚胎干 细 胞 ( ES) 设 计 相 似 的 小 鼠 基 因 敲 除 的 位 点, 但是采用了不同的导入人类序列的 转基因方法。一个是使用囊胚显微注射 法[7] 导 入 改 造 后 的 转 基 因 , 这 种 重 链 的 转 基 因 有 3 个 VH 基 因 、16 个 D 基 因 、6 个 JH 基 因 、μ及 γ1 恒 定 区 基 因 片 段 。 在 这 个 过 程 中 , 抗 体 发 生 VDJ 重 排 、小 鼠 的 发 育和相关类型的转换。轻链的转基因包 括 4 个 Vκ基 因 、5 个 Jκ基 因 和 Cκ基 因 。相 反 地 , 另 一 个 是 用 酵 母 原 生 质 体 融 合 法 [8] 来 转 入 酵 母 人 工 染 色 体 ( YAC) 克 隆的转基因。建立人抗体基因座转基因 小 鼠 的 特 殊 性 在 于 必 须 将 完 整 的 人 Ig 基 因 全 部 转 入 , 但 人 的 Ig 基 因 的 各 个 基 因 座都长达 1 Mb 左右, 所以 只 能 用 YAC 载 体 进 行 克 隆 。 其 中 , 重 链 包 括 5 个 VH 基 因 、25 个 D 基 因 、6 个 JH 基 因 、μ和 δ恒 定区基因片段。发生 VDJ 重排后 表达 IgM 和 IgG。YAC 轻链包括 2 个 Vκ基因、5 个 Jκ基因和 Cκ基因。这 2 种方法都没有活 化内源性的 λ轻链位点。小鼠 Igλ基因的 表 达 在 小 鼠 的 血 清 中 仅 占 Ig 的 5%左 右 。 功 能 性 的 λ链 的 表 达 导 致 B 细 胞 分 化 产 生 BCR 并 分 泌 含 人 类 重 链 和 小 鼠 λ轻 链 的 抗 体 。但 是 它 并 不 影 响 在 识 别 靶 抗 原 时 分 泌 完 全 人 源 化 的 单 克 隆 IgM 和 IgG 杂 交瘤细胞的分离。
事实上, 嵌合抗体并不能完全解决 HAMA 反 应 所 带 来 的 问 题 , 在 临 床 上 应 用嵌合抗体的治疗中人类抗嵌合抗体反 应 ( HACA) 仍 是 一 个 显 著 的 问 题 。 因 此 , 将鼠源性抗体的可变区中具有抗原结合 功 能 的 CDR 移 植 到 人 类 抗 体 可 变 区 的 框 架 区 ( FR) 内 , 便 得 到 了 人 源 化 抗 体 , 又 称 为 CDR 移 植 抗 体 或 改 型 抗 体 。
抗体 A4.6.1 m4 N901 PM-1 anti-B4 MAT M195 K20 MaE11 RSV19 mumAb4D5 YTH12.5 OKT3
表 1 已经制备的部分人源化抗体及其潜在的临床应用
靶抗原
潜在的临பைடு நூலகம்应用
血 管 上 皮 生 长 因 子 受 体 ( VEGF) 肿 瘤 相 关 糖 蛋 白 ( TAG72) sialosyl-Tn 表 位 CD56 人 IL-6 受 体 人 B 细 胞 表 面 的 CD19 抗 原 人 IL-2 受 体 的 p55 链 CD33( p67 蛋白 ) 人 整 合 素 的 β1 链 ( CD29) 游 离 的 人 IgE 呼吸道合胞病毒的 F 蛋白 酪 氨 酸 蛋 白 激 酶 ( p186HER2) 的 胞 外 结 构 域 人 T 细 胞 表 面 的 CD3 抗 原 复 合 物 人 T 细 胞 表 面 CD3 分 子 的 E 亚 单 位
在 敲 除 鼠 的 重 链 和 κ轻 链 后 , 再 转 入人的重链和轻链得到的转基因鼠可以 表达免疫球蛋白。一些像囊胚显微注射 法 或 者 YAC 和 ES 细 胞 融 合 法 已 经 得 到 了很大的改进。现在可以用微细胞介导
的染色体转移的方法转入更大的人类片 段 。在 这 种 方 法 中 , 人 类 纤 维 原 细 胞 在 未 插入到鼠的内源性染色体的细胞分化过 程 中 能 够 复 制 , 并 且 获 得 各 自 的 功 能 。这 些 人 类 纤 维 原 细 胞 来 源 于 微 细 胞 和 ES 细胞融合后产生的那些具有端粒和着丝 点的单个的人类染色体或染色体片段的 多 能 细 胞 系 。Tomizuka[9] 用 这 种 技 术 得 到 了 包 括 人 类 κ轻 链 和 重 链 位 点 的 染 色 体 2 片 段 和 14 片 段 的 嵌 合 鼠 。此 外 , 还 得 到 了 包 含 人 类 λ轻 链 位 点 的 完 整 染 色 体 22 的 嵌 合 鼠 。 种 系 的 转 移 由 人 类 的 κ轻 链 ES 细 胞 系 获 得 。随 后 , 种 系 的 转 移 由 人 类 的 重 链 ES 细 胞 系 获 得 , 并 且 在 敲 除 了 鼠 的 重 链 和 κ轻 链 后 可 以 表 达 出 完 整 的 人 类 重 链 和 轻 链 [10] 。 这 样 就 可 以 得 到 完 全 人类的高亲和力单抗。
等优点在临床得到更广泛的应用, 而基 于降低鼠抗体的免疫原性设计出的嵌合 抗 体 发 展 更 是 迅 速 。随 后 , 对 抗 体 进 行 了 人源化的改造, 出现了互补决定区 ( CDR) 移 植 的 人 源 化 抗 体 。 但 是 这 些 抗 体 仍 不 能 完 全 解 决 HAMA 反 应 所 带 来 的 问 题 。于 是 , 就 转 向 于 利 用 噬 菌 体 技 术 和转基因鼠技术来制备完全人源化抗 体。 1 人源化抗体
抑制促有丝分裂信号活性, 用于抗肿瘤治疗 结 肠 癌 、胃 癌 和 卵 巢 癌 小细胞肺癌 多发性骨髓瘤 B 细胞肿瘤 预防肾移植排斥反应 急性髓样白血病 免疫抑制治疗 IgE 介 导 的 过 敏 小儿急性呼吸道疾病 乳腺癌和卵巢癌 器 官 移 植 排 斥 、自 身 免 疫 和 T 细 胞 淋 巴 瘤 肿瘤和器官移植患者的免疫反应
2 完全人源化抗体 2.1 噬菌体展示技术产生的人类抗体 20 世 纪 80 年 代 , Smith[4] 发 现 了 可 以 分 离 基因的噬菌体展示技术。这种技术利用 了丝状纤维噬菌体( 细菌病毒) 根据基因 的 蛋 白 产 物 来 分 离 基 因 。Smith 的 模 型 是 通过在平板里孵育带有抗体的噬菌体来
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