第一章 抗体工程药物

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2000年底,在美国药品市场上生物技术药物有76 种,其中抗体药物有15种;正处于临床研究阶段 的369种生物技术药物中,抗体药物有70种。 中国已有2个治疗性单抗产品获准生产,3个治疗 性产品处在临床试验阶段,多个抗体药物处于临 床前研究阶段,已批准的诊断性单抗有31个。
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国内抗体药物总体状况 4个主要的重组抗体类产品(益 赛普、利卡汀、泰欣生、健尼哌) 2010年本土企业销售额10亿元, 同比增长80% 2010年仅占国内药物市场0.7%
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抗体与化疗药物分子的偶联方法一般采用化学法。 这些偶联物对结肠癌、肝癌、胃癌、黑色素瘤、 肾癌、卵巢癌、宫颈癌、乳癌、肺癌、骨肉瘤等 有一定的抗癌效应。 抗体与生物毒素交联制备的偶联物称为免疫毒素。 免疫毒素抗体部分对相应抗原有特异识别作用, 及免疫毒素部分具有对细胞毒作用,对肿瘤细胞 具有杀伤效应,是很有潜力的免疫治疗方法。
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肿瘤疫苗主要有二类: 第一类对肿瘤抗原表位性质的研究,导致了肿瘤 分子疫苗的产生。具有肿瘤抗原决定基的肽疫苗 和多糖疫苗已在研制,有的已在临床试用。 第二类,确定了抗肿瘤免疫应答的主要效应细胞 是TC细胞,导致了基因转染的肿瘤细胞疫苗的出 现。
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TC细胞识别肿瘤表面的肽抗原(peptide)与 MHCⅠ类分子的复合物,必需要有第二信号才能活 化。这个第二信号可以由TC细胞表面的CD28分子 与粘附分子B7的结合来提供。 (B7分子主要存在于活化的B细胞和抗原呈递细胞 表面。) 在通常性况下,肿瘤细胞合成的胞内抗原经胞内 降解、处理后,形成的肿瘤肽抗原与MHCⅠ类分子 结合复合物,共表达于瘤细胞表面。
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抗体分子在识别抗原的同时,也能被其他抗体分 子所识别。在同一动物体内一组抗体分子上独特 型决定簇可被另一组抗独特型抗体分子所识别。 而一组淋巴细胞表面抗原受体分子亦可被另一组 淋巴细胞表面抗独特型抗体分子所识别。这样在 体内就形成了淋巴细胞与抗体分子所组成的网络 结构。 网络学说认为:这种抗体的产生在免疫应答的调 节中起着重要作用。使受抗原刺激增殖的克隆受 到抑制,而不至于无休止地进行增殖,藉以维持 免疫应答的稳定平衡。
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免疫网络学说的提出 这一学说是Jerne(1972)根据现代免疫学对 抗体分子独特型的认识而提出的。 这一学说认为在抗原刺激发生之前,机体处于一 种相对的免疫稳定状态,当抗原进入机体后打破 了这种平衡,导致了特异抗体分子的产生,当达 到一定量时将引起抗Ig分子独特型的免疫应答, 即抗体的产生。
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抗肿瘤血管生成抗体治疗肿瘤的研究最近也取得 了很大的进展。 在动物模型中用抗血管生成因子、抗体封闭血管 内皮生长因子取得了抑制肿瘤生长作用; 抗癌基因产物抗体Herceptin(r)作为生物技术 药品已经在美国上市,配合化疗用于乳腺癌和卵 巢癌的治疗,并获得较好疗效。
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1.单克隆抗体(McAb) 抗体作为免疫治疗的生物制剂,在临床应用已有 一个世纪。 以前抗体主要来自于经抗原免疫的异种动物(如 马)的血清。 淋巴细胞杂交瘤技术,可以大量制备针对任何抗 原决定基的单克隆抗体。
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②细胞毒素 主要有白喉外毒素(DT),绿脓杆菌外毒素(PE) 等。 它们主要通过抑制延长因子-2阻断蛋白质合成, 杀死靶细胞。 上述这些毒素都具有极强的毒性,1个分子的篦麻 毒素进入细胞,就足以杀死该细胞
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抗肿瘤单克隆抗体与抗癌药物的交联物,又称免 疫交联物(immunoconjugate)。 用以制备这类导向药物的抗癌药物主要有阿霉素 (adriamycin)、氨甲蝶呤(MTX)等。 它们主要通过阻断DNA合成来杀死靶细胞。抗癌药 物杀细胞作用比毒素低得多,增加抗体分子携带 的药物分子数,可以增强其杀伤活性,但常会导 致抗体活性的下降与丧失。 这类导向药物的优点是分子较小,同时如有非特 异杀伤不会有严重后果。 缺点:杀伤力不高,临床应用前景不被看好。
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2.导向药物(targeteddrug) 利用抗肿瘤单克隆抗体特异识别肿瘤细胞的特点, 将它作为导向载体与各种杀伤分子,如毒素、抗 癌药物、放射性核素等,进行化学交联,可以构 建成一种对肿瘤细胞具有高度特异的强杀伤活性 的杂交分子,称为导向药物。
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抗肿瘤单抗与毒素的交联物又称免疫毒素(IT)。 用于制备IT的毒素主要有: ①植物毒蛋白 这类毒素主要有篦麻毒素(ricin)、相思子毒素 (abrin)以及苦瓜毒素(mormordin)、商陆抗 病毒蛋白(PAP)、天花粉蛋白等。 它们都可以通过灭活核糖体,阻断蛋白质合成, 杀伤靶细胞。 。
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目前在临床中使用的肿瘤治疗药物多数存在“敌 我不分”的问题,即在杀死肿瘤细胞的同时,也 破坏了人体正常细胞。 “生物导弹”为解决这个难题提供了一个理想的 思路。“生物导弹”,即将各种毒素、放射性同 位素、化疗药物与识别肿瘤特异抗原或偶联肿瘤 相关的抗原后,能够特异杀伤肿瘤细胞的一类药 物。 这种药物经由静脉注入人体内,药效分子集中作 用于肿瘤细胞,既增强疗效又减少对机体的毒副 作用。放射性同位素与抗体的偶联物在体内能将 前者运至药靶部位,并通过其放射性活性杀伤靶 细胞,还可通过 X射线照相机拍摄核素放射线图 像,用于体内治疗和定位诊断。
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大多数肿瘤细胞由于没有B7分子,因此肿瘤细胞 来自百度文库具有肽抗原与MHCⅠ类分子的复合物,但由于不 能提供第二信号,所以不能活化TC细胞。 IL-2、IL-4、IL-6、IFN-γ等基因转染的肿瘤细 胞本身可以分泌细胞因子,导致抗肿瘤免疫应答 的产生。 实验研究发现,接种了工程化的肿瘤细胞后,原 先已生长的亲本野生型肿瘤细胞开始消退;并且 以后再接种野生型的肿瘤细胞也不再生长,这说 明工程化的肿瘤细胞具有典型的抗肿瘤疫苗效应。 有意义的是,用放射线将这种工程瘤苗杀伤死后, 仍然可以获得相同的抗肿瘤效果。
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目前正在进行开发和已经投入市场的抗体性药物 主要有以下几种用途: 1.器官移植排斥反应的逆转; 2.肿瘤免疫诊断; 3.肿瘤免疫显像; 4.肿瘤导向治疗; 5.哮喘、牛皮癣、类风湿性关节炎、红斑狼疮、 急性心梗、脓毒症、多发性硬化症及其他自身免 疫性疾病; 6.抗独特型抗体作为分子瘤苗治疗肿瘤; 7.多功能抗体(双特异抗体、三特异抗体、抗体 细胞因子融合蛋白、抗体酶等)的特殊用途。
第一讲 抗体工程药物
抗体工程药物的概念
又称抗体药物、单克隆抗体治疗剂、抗体治疗剂。 通过细胞工程或基因工程方法制备,用于治疗 的单克隆抗体、抗体片段、基因工程改造的抗体, 以及抗体免疫偶联物或抗体融合蛋白,称为抗体工程 药物。
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抗体药物的重要地位
恶性肿瘤严重威胁人们的生命健康,是导致人类 死亡的重要因素。全球每年有700万人死于肿瘤,且 逐年增长。 传统的肿瘤临床治疗有三种:手术、放疗和化疗。 近几年里,以单克隆抗体为基础的抗肿瘤导向治疗药 物开发领域发生了突飞猛进的进展。单克隆抗体药物 能特异识别肿瘤细胞,能有效提高药物杀伤力、减少 毒副作用。 1997年以来,FDA已经批准10种单克隆抗体药物, 占有市场所有生物技术药品的四分之一。一年的综合 销售超过10亿美金。
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共性关键技术问题
中国
原创性
上市抗体药物 产业规模 抗体表达量 细胞大规模培养技术 大分子制剂技术 培养基和纯化介质
国际
普遍(人源化)
41个 >600亿美元 ~4g/L 10000L-25000L 高浓度制剂、靶向制剂等 占垄断地位
稀缺 (人源化少)
9个 2-3亿美元(国产) 1g/L 500-3000L 冻干粉和水针 自主产品少
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Ⅰ、放射性免疫交联物可用于肿瘤的诊断。 与肿瘤细胞结合的放射性免疫交联物放出的γ 射线,可以用γ照像机摄像,获得清晰的肿瘤显 像。此技术称为放射免疫显像。 Ⅱ、放射性免疫交联物也可用于肿瘤治疗。 标记了大量高能核素的抗肿瘤单克隆抗体与肿 瘤细胞结合后,可以通过辐射损伤杀死靶细胞及 其周围的肿瘤细胞。此技术又称为放射免疫治疗。 用于与抗肿瘤单克隆抗体交联的放射性核素主要 有125Ⅰ、131Ⅰ、111In等。
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根据美国药物研究和生产者协会( P hRMA)的调 查报告,癌症是威胁人类健康的主要疾病之一, 预防和治疗癌症是研究和开发抗体药物的主要目 标之一。 最初抗体主要被用于肿瘤体外免疫诊断和体内免 疫显像,随着抗体工程技术的不断进步,近年来 人们将更多的目光集中在治疗肿瘤的抗体药物开 发上。 第一个被美国批准用于人肿瘤治疗的基因工程抗 体-Rituxan(r)最初被用于非何杰金氏淋巴瘤, 总有效率达60%,现在正在探索用于治疗艾滋病 相关淋巴瘤和中枢神经系统淋巴瘤。
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山东是医药产业大省,规模以上医药企业达到646家
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黑龙江
吉林 新疆 甘肃 内蒙古 北京 宁夏 青海 陕西 西藏 四川 山西 河南 湖北 河北 山东 江苏 安徽 浙江 江西 湖南 贵州 云南 广西 广东 上海 辽宁
国产:9个 上海 北京 广东 湖北 四川 4 1 1 1 1
福建
辽宁
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上市抗体药物分布图
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(四)肿瘤疫苗 肿瘤疫苗与传统疫苗在概念上不同,它主要 不是用于肿瘤的预防,而是通过瘤苗的接种来刺 激机体对肿瘤的免疫应答来治疗肿瘤。 由于人肿瘤相关抗原的免疫原性很弱,不足以有 效地刺激机体的免疫应答,因此单纯用自身或同 种肿瘤细胞作瘤苗治疗肿瘤的效果不好。 用肿瘤细胞卡介苗等佐剂联合应用,能提高免疫 应答效果,在一些晚期肿瘤患者取得了一定的治 疗效果。
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随着生物技术的发展,单克隆抗体在疾病治疗方 面的作用越来越受到人们的重视。 在同种异体免疫排斥、自身免疫反应抑制、抗血 小板治疗、癌症治疗、感染性疾病治疗等方面应 用最为广泛。 目前全球从事人源化单克隆抗体开发的企业260家 左右,研究中的产品达700多个,其中进入临床阶 段的约100个,估计占研制中的生物技术药物的 25%。据美国制药工业协会的调查报告显示,单克 隆抗体药物居所有医药生物技术产品之首。
进口:11个
海南
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阿司匹林 (180Da)
胰岛素 (~5.8kDa)
IgG 单克隆抗体 (~150kDa)
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抗体药物 中试及产业化 大分子制剂
抗体药物评价 与表征分析
关键原材料
抗体制药
细胞大规模 培养
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抗体分子的应用
抗体分子是生物学和医学领域用途最为广泛的蛋白 分子。 以肿瘤特异性抗原或肿瘤相关性抗原、抗体独特型 决定簇、细胞因子及其受体、激素及一些癌基因产 物等均作为靶分子,利用传统的免疫方法或通过细 胞工程、基因工程等技术制备的多克隆抗体、单克 隆抗体、基因工程抗体广泛应用在疾病诊断、治疗 及科学研究等领域。 完整鼠源抗体容易引起机体排异反应,而基因工程 抗体由于分子量小,通过改造可以降低鼠源性,所 以是生物技术制药领域研究的重点和热点。
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单克隆抗体的另一重要应用是肿瘤诊断及分型。 在过去10多年来,抗各种人肿瘤相关抗原的单克 隆抗体得到了广泛的研究。 针对各种人肿瘤细胞的单克隆抗体都能较特异地 识别肿瘤细胞,而基本上不与正常组织起反应。 抗肿瘤单克隆抗体在肿瘤的诊断及分型方面是一 种有用的工具;但在肿瘤的治疗上,由于大多抗 肿瘤单克隆抗体不能直接杀伤肿瘤细胞,所以单 独应用肿瘤没有明显效果。
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抗T细胞及其亚类的抗CD3、抗CD4、抗CD8单克隆 抗体,它们在移植排斥及某些自身免疫病的应用 中,已取得了明显的疗效。 抗各种细胞表面分子的单克隆抗体,如抗IL-2受 体的单克隆抗体,抗粘附分子的单克隆抗体都有 明显的免疫调节作用,在自身免疫病的治疗,防 止肿瘤转移等方面都有重要的使用潜力。
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