基因工程抗体的研究进展

基因工程抗体的研究进展

作者：江萍

来源：《科学与财富》2019年第29期

摘要：基因工程抗体是继多克隆抗血清和细胞工程抗体（杂交瘤单克隆抗体）之后出现的第三代抗体。基因工程抗体是按人类设计所重新组装的新型抗体分子，可保留或增加天然抗体的特异性和主要生物学活性，去除或减少无关结构，从而可克服单克隆抗体在临床应用方面的缺陷。现已广泛应用于疾病的临床诊断、预防、基础理论研究等领域。本文介绍了基因工程抗体的分类及其研究进展。

关键词：基因工程抗体;抗体;发展

1简介

抗体已广泛应用于生物医学领域中，其制备技术经历了从多克隆抗血清、杂交瘤单克隆抗体到基因工程抗体等3个发展阶段。以抗原免疫高等脊椎动物制备的多克隆抗体为第一代抗体;通过杂交瘤技术生产的只针对某种特定抗原决定簇的单克隆抗体为第二代抗体;应用重组DNA 技术或是基因突变的方法改造某种抗体基因的编码序列而产生自然界中原本存在的抗体蛋白质分子称为第三代抗体，即基因工程抗体。

第一代抗体药物源于动物多价抗血清，主要用于一些细菌感染性疾病的早期被动免疫治疗。虽然具有一定疗效，但异源性蛋白引起的较强的人体免疫反应限制了这类药物的应用，因而逐渐被抗生素类药物所代替。

第二代抗体药物是利用杂交瘤技术制备的单克隆抗体及其衍生物。单克隆抗体由于具有良好的均一性和高度的特异性，因而在实验研究和疾病诊断中得到了广泛应用。1986年，美国FDA批准了世界上第一个单抗治疗性药物——抗CD3单抗OKT3进入市场，用于器官移植时的抗排斥反应。此时抗体药物的研制和应用达到了顶点。随着使用单抗进行治疗的病例数的增加，鼠单抗用于人体的毒副作用也越来越明显。由于大多数单抗均为鼠源性，在人体内反复应用会引起人抗鼠抗体（HAMA）反应，从而降低疗效，甚至可引起过敏反应。

近年来，由于杂交瘤单克隆抗体的一些缺陷，在80年代早期，人们开始利用基因工程制备抗体，以降低鼠源抗体的免疫原性及其功能，抗体药物的研发进入了第三代，即基因工程抗体时代。主要包括两部分：一是对已有的单克隆抗体进行改造，包括单克隆抗体的人源化（嵌合抗体、人源化抗体）、小分子抗体以及抗体融合蛋白的制备;二是通过抗体库的构建，使抗体不需抗原免疫即可筛选并克隆新的单克隆抗体。经过多年的发展，抗体药物已经在恶性肿瘤、自身免疫病等重大疾病的治疗中占据了重要的位置，是当前生物药中复合增长率最高的一类药物。

2基因工程抗体的分类

基因工程抗体主要分为人源化改造抗体药物和小分子抗体药物。前者包括嵌合抗体、人源化和完全人源化抗体。近年来，人源化及全人抗体发展迅速，以其低排斥反应等优点成为抗体药发展的主要趋势。后者主要为单链抗体、双特异性抗体（BsAb， Bispecific antibody）、纳米抗体及人源Fab片段等。这些抗体分子量小、组织穿透力强，便于进入病灶的核心部位。

2.1人源化抗体

2.1.1人-鼠嵌合抗体

人-鼠嵌合抗体是最早制备成功的基因工程抗体。它是由鼠源性抗体的可变区基因与人抗体的恒定区基因拼接为嵌合基因，然后插入载体，转染宿主细胞表达的抗体分子。因其减少了鼠源成分，从而降低了鼠源性抗体引起的不良反应，并有助于提高疗效。但这种抗体仍存在20%-30%的鼠源成分，在实际应用中仍可刺激机体产生较强的抗独特型反应。

2.1.2改型抗体

改型抗体也称为人源化抗体、CDR（Complementarity Determining Region互补决定区）植入抗体。将鼠源单抗的CDR移植至人源抗体可变区，替代人源抗体CDR，使人源抗体获得鼠源单抗的抗原结合特异性，同时进一步解决鼠抗体对人产生的免疫原性问题，但人源化抗体经常达不到原有鼠源单抗的亲和力。

2.1.3全人源抗体

全人源抗体（All-Human Antibodies），是指组成抗体的氨基酸序列100%是来自于人的抗体。采用基因敲除术将小鼠免疫球蛋白基因敲除，代之以人免疫球蛋白基因，然后用抗原免疫小鼠，再经杂交瘤技术即可产生大量全人源抗体，不包含任何鼠源成分。

天然全人源单克隆抗体的主要特点：不仅基因序列100%是人的，而且其亲和力和特异性是经过人体的免疫耐受环境下选择而成熟的，以人免疫耐受为指导进行表位选择，理论上对人体自身无免疫原性，抗体重链和轻链是天然原生配对组合，称之為天然全人源抗体。毫无疑问，天然全人源抗体，将在临床应用上给予患者最大的安全性保证。

自从Humira这首款全人源的单抗在2002年获批以来，全人源抗体正在变得越来越常见。目前主要的全人源抗体技术包括抗体库展示技术和转基因动物技术。

2.2小分子抗体

2.2.1单链抗体

单链抗体是在DNA水平上将轻、重链可变区基因用一段适当的寡核苷酸链连起来，使之在适当的生物体中表达成为一条单一肽链，称为单链抗体。单链抗体具有其优越性：通过细菌发酵生产，成本低;分子量小，实体组织穿透力比完整抗体强，但抗原结合活性相同;特异性好，有利于对肿瘤等疾病的治疗等。

2.2.2双特异性抗体

将识别效应细胞的抗体和识别靶细胞的抗体联结在一起，制成双功能性抗体，称为双特异性抗体。双特异性抗体拥有2个特异性抗原结合位点，可同时作用于靶细胞和功能细胞（一般为T细胞），进而增强对靶细胞的“杀伤力”。双特异性抗体的制备主要有双杂交瘤细胞法、化学偶联、重组基因制备等方法。目前在免疫诊断、肿瘤放射显影、肿瘤杀伤等方面已有一定应用。

3基因工程抗体药物发展现状

3.1单克隆抗体发展

目前，单克隆抗体药物的生物学功能主要体现在抑制肿瘤生存的关键分子、激活针对肿瘤的免疫固有性和适应性、抗体偶联细胞毒药物三个方面。单克隆抗体药物的靶点主要集中在HER2、TNF-α、CD20、PD-1 /L1、VEGF以及CD3等。

自1986年FDA批准第一个治疗性单克隆抗体药物以来，单克隆抗体药物从靶点开发到技术改进，从临床研究到商业化策略，各个方面均日趋成熟，已经成为医药领域的主流新秀。目前共有上百个国家/地区竞逐单克隆抗体药物市场，其中药物研发和商业化数量排名前十的国家/地区主要为美国、中国、瑞士、日本、韩国、英国、德国、加拿大、印度和法国。截止2018年10月，总部位于美国的企业在单克隆抗体药物研发和商业化方面遥遥领先，单克隆抗体药物数量高达761个，已上市的药物有 64个;而总部位于我国（不含台湾）的企业的单克隆抗体药物有359个，数量排名第二，但是已上市的药物仅有8个。

全球单克隆抗体药物市场规模约千亿美元，近10年来仍保持10%以上的增速，高于医药行业5%～6%的平均增速水平，美国是全球最大的单克隆抗体药物研发基地。PD-1 /L1药物、抗体Fc融合蛋白药物等有广阔的市场前景，多特异性抗体、抗体偶联药物正逐步进入全新的发展阶段。

3.2双特异性抗体发展

相比单抗，双特异性抗体的两个重链可变区可以识别2个不同细胞起到桥接作用，或者识别同一抗原的2 个表位，增强信号。桥接作用是单抗无法实现的。普通单抗的2个fab臂特异性相同，只能结合单一靶点，限制了其在某些领域的应用，如肿瘤、自身免疫疾病等需阻断多