人源化抗体的研究进展

人源化抗体的研究进展

摘要：单克隆抗体的问世使得人们对于一种新的治疗疾病的药物充满期待，然而鼠源性抗体往往会受到人体免疫系统的排斥，因而抗体的人源化已成为治疗性抗体的发展趋势。用人抗体取代鼠抗体，是克服鼠单抗临床应用障碍的关键。随着分子生物学研究的深入和一些技术的突破，抗体人源化技术日益成熟。大量人源化抗体已经被广泛应用于临床试验和应用。本文主要介绍了目前人源化抗体构建的三种方法：嵌合、重构和表面重塑，并对人源化抗体的未来发展趋势进行了展望。

关键字：基因工程抗体人源化

1 基因工程抗体简介

基因工程抗体(genetically engineered antibod2ies ，GEAb)是按人工设计所重新组装的新型抗体分子，它既保留或增加了天然抗体的特异性和生物学活性，又去除或减少了无关结构，降低或基本消除抗体的免疫原性，使抗体人源化，并改善抗体的药物动力学，具有生产简单，价格低廉，容易获得稀有抗体的优点，具有广阔的临床应用前景。其主要技术原理是：首先从杂交瘤或免疫脾细胞、外周血淋巴细胞等提取mRNA，逆转录成cDNA，再经PCR分别扩增出抗体的重链及轻链基因，按一定的方式将两者连接克隆到表达载体中，并在适当的宿主细胞(如大肠杆菌、CHO细胞、酵母细胞、植物细胞及昆虫细胞等)中表达并折叠成有功能的抗体分子，筛选出高表达细胞株，再用亲和层折等手段纯化抗体片段[1]。

1984年，Morrison等首次报道人鼠嵌合抗体在骨髓瘤成功表达，标志着基因工程抗体的诞生。1986年，Jones等人源化抗体构建和表达成功。1988年，Skerra 等第一次证明抗体的F ab和F v片段可以在大肠杆菌(E。coli)中正确地装配成保持原抗体特异性的小分子抗体。1989年，Huse等用外分泌型载体构建成功小鼠抗体库，利用抗体库技术获得了全人源化的抗体。1994年，德国基因工程抗体研究小组成功地将基因工程抗体在培养细胞中表达，抗体释放到组织培养液中，获得了较高的抗体产量[2]。

抗体药物的最大特征在于它识别抗原的高度专一性。本文主要介绍人源化抗体的发展历程与研究进展。近几年来随着鼠单抗人源化技术越来越成熟大量的人源性单抗被用于临床治疗肿瘤研究，并取得一定进展，由于其具有高效、低毒、病人不易产生抗药性等优点，同时又克服鼠单抗半衰期短、反复应用会引进病人的等缺点，人源性单抗已成为继手术切除、放疗及化疗后又一治疗肿瘤的药物[3]。

2 人源化抗体的发展

早在一个世纪前，Paul Ehrlich就把抗体形容为“魔弹”，1975年杂交瘤技术建立以后，大量制备含有相同抗原决定簇的单克隆抗体成为可能，从而使“魔弹”进入了临床试验阶段[4]。1982年，当Philip Karr将第一株抗独特型单抗(anti-1d)应用于B细胞淋巴瘤的临床治疗并取得成功之后[5]，治疗性抗体的研究很快成为

生物医药的热点，许多以单克隆抗体为研究对象的公司相继成立。然而，随着单克隆抗体研究的广泛深入开展，大量临床实验结果背离了人们的期望。直到1994年，只有一株用于治疗急性移植排斥反应的单克隆抗体OKT3被FDA批准上市。此时，人们对于治疗性单抗研究的热情已经开始消退，转而冷静地思考和分析单抗应用中存在的问题：一是抗体的鼠源性，鼠杂交瘤分泌的单抗不仅受到人体免疫系统的排斥，而且其Fc段不能有效地激活人体效应系统；此外就是单抗的生产成本高，用药难度大。

尽管人们十分清楚，用人抗体取代鼠抗体，是克服鼠单抗临床应用障碍的关键，然而反复实验证明，杂交瘤技术不能提供稳定分泌人抗体的细胞株。80年代末期，随着分子生物学研究的深入，在抗体基因工程研究领域相继出现了一些技术突破，如用PCR方法扩增抗体可变区基因、大肠杆菌表达功能性抗体片段以及噬菌体展示抗体功能片段等，这些技术为抗体人源化和人抗体的研究奠定了基础。在疾病治疗中，人源化抗体之所以优于鼠抗体，不仅因为抗体中鼠源成分的减少降低了机体的免疫排斥反应，还在于人抗体中的F c段能够诱发机体的效应功能-募集效应因子或效应细胞，后者对靶细胞具有杀伤作用。人抗体的另一大优点是它在体内的半衰期长，鼠抗的半衰期不到20h，而人源化抗体可达数天甚至有时接近21d。对于该现象的解释是：人源化抗体中的F c段可以特异结合人血管内皮细胞上的F c受体(F c Rn)，使抗体内化到血管内皮细胞而不被降解，并能够回到血液中参与循环。鼠抗体由于不能有效的与人F c Rn结合而很快从循环系统中清除。

1988 年Riechmann 首次成功地构建了有活性的人源化抗体[6]，他们首先按照Kabat 法查出大鼠YTH34。5HL 抗体CDRs 所在部位及序列，然后通过六个含有大鼠抗体CDRs序列的寡聚核苷酸将其插到人抗体(New 和REI) 重链或轻链的V 区框架中，构建成整形的重链和轻链V 区结构域( HuV HCAMP) ，然后分三步与C区结构域相联：第一步把整形的重链结构与大鼠IgG2b 的C 区相联，并转染H 链丢失突变的YTH34。5 杂交瘤细胞中，比较HuV HCAMP，HuV H2CAMP 及大鼠IgG2b 的活性，发现HuVHCAMP 活性降低；第二步把大鼠重链V 区分别与人抗体IgG1，2，3，4C 区相译，转染H 链丢失的YTH34。5细胞，证明只有与IgGl 相联的抗体有活性，故选择IgGl 做为框架区；第三步把整形的重链与人抗体C 区结构域相联；最后把重新构建的重链与轻链两个克隆转染不分泌Ig的同一鼠骨髓瘤细胞YO中，结果成功的分泌出能与CAMPATH-l 抗原结合的抗体。

在构建人源化抗体时要特别注意两个问题：一是要选择同源性较好的人抗体V 区做为框架区；另一问题是要对鼠抗体互补决定区(Complementarity determining regin，CDRs) 附近的氨基酸残基进行分析，查出CDRs 空间构型有影响的氨基酸残基，在构建人源化抗体时把这些氨基酸残基与CDRs 一起插入到框架区中，否则将会影响人源化抗体的活性。还应注意到被选做为框架区的人抗体V 区中也常出现特殊的氨基酸残基，它既不同于人抗体V 区的保守序