基因工程抗体研究进展

基因工程抗体的研究进展

摘要

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活性，去除(或减少或替代)无关结构，因此比天然抗体更具有潜在的应用前景，近年来在这一领域出现了一些可喜的成果。基因工

程抗体技术已成为当前MA b新技术前沿研究的核心。

关键词：基因工程抗体

1 引言

分子生物学技术的发展，推动了免疫球蛋白遗传学的研究。抗体的研究从原来的血清学方法、氨基酸水平分析发展到大免疫球蛋白基因结构、表达及调控DNA水平的研究，揭示了抗体多样性、等位基因排斥现象、抗体的分泌型和膜结合型形式、H链类别转换以及亲和力成熟机制等多种生物学现象。自1975年Milstein和kÖhler等人研制出单克隆抗体以来，抗体技术得到了广泛的应用和发展，但在生物研究和临床疾病的治疗中却遇到了一定的困难。异源性鼠抗体在人体内诱生免疫应答，产生抗小鼠抗体；人单克隆杂交瘤制备困难，生产量少，稳定性差；获得特异性类别抗体比较困难。随着对抗体基因的研究和DNA分子重组技术的应用，通过基因改造获得特异性抗体成为可能。1989年Huse等首次构建了抗体基因库，从而使抗体的研究从细胞水平进入到分子水平，并推动了第3代抗体—基因工程抗体技术的发展。至此，抗体的产生技术经历了三个阶段：经典免疫方法产生的异源多克隆抗体；细胞工程产生的鼠源单克隆抗体及基因工程产生的人源单克隆抗体。抗体产生的技术革命为抗体治疗开辟了广阔的前景。

2 基因工程抗体的简介

2.1 基因工程抗体的概述

基因工程抗体, 即应用基因工程技术将抗体的基因重组并克隆到表达载体中, 在适当的宿主中表达并折叠成有功能的一种抗体分子。基因工程抗体具有分

子小、免疫原性低、可塑性强及成本低等优点。此技术的基本原理是, 首先从杂交瘤或免疫脾细胞、外周血淋巴细胞等中提取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, 筛选出高表达的细胞株, 再用亲和层析等手段纯化抗体片段。基因工程抗体技术的着眼点在于尽量减少鼠源成分保留原有抗体的亲和力和特异性。借助于基因工程技术, 既可以对完整抗体, 又可以对抗体片段进行改造。

2.2 基因工程抗体的发展阶段

抗体技术的发展经历了3 个阶段, 第1 代抗体为血清多克隆抗体, 1975 年Kohler 和Milstein 创立了单克隆杂交瘤技术使第1 代抗体发展到了第2代抗体即单克隆抗体。但由于鼠单抗对人体具有免疫原性, 不能重复使用, 影响疗效, 而且生产单抗的成本较高, 难以普及使用。1984 年国外首次报道人-鼠嵌合体在骨髓瘤细胞中成功表达, 开创了基因工程抗体技术, 标志着第3 代抗体基因工程抗体的诞生。随后1985 年人源化抗体构建和表达成功, 1988 年第首次证明抗体的Fab 和Fv 片段可以在大肠杆菌中正确地装配成保持抗原特异性的小分子抗体, 1991 年报道了用附着型载体构建成功抗体库, 利用抗体库技术获得全人源化的抗体。因此基因工程抗体技术可以通过基因操作改造已知的抗体, 也可以不细胞融合及免疫动物直接从基因水平制备抗体,是继杂交瘤技术之后抗体产生技术的又一次革命。随着这项技术的发展和完善, 人们可以在更大程度上根据需要改造和制备抗体。自1 9 7 5 年单克隆抗体杂交瘤技术问世以来, 单克隆抗体(下简写为m A b) 在临床医学中被广泛地应用于疾病的诊断、治疗及予防。但目前绝大多数m A b 是鼠源的, 临床重复给药时体内产生抗鼠抗体, 使临床疗效减弱甚至消失。人们普遍认为, 临床应用理想的m A b 应是人源的, 但人一人杂交瘤难于制备, 目前尚未突破, 即使研制成功, 也还存在人一人杂交瘤体外传代不稳定, 亲和力低及产量不高等缺点。目前较好的解决办法是研制基因工程抗体, 代替鼠源m A b应用于临床。基因工程抗体兴起于80 年代早期, 目前在欧美国家广泛开展。基因工程抗体将分子免疫学关于1 9 基因结构与功能的了解与先进的D N A 重组技术相结合, 根据研究者的意图在基因水平对抗体分子进行切割、拼接或修饰, 甚至是人工全合成后导入受体细胞表达, 产生的新型抗体也称第二

代抗体。基因工程抗体内容包括嵌合抗体、重构抗体、单链抗体、单区抗体及最近的关于全套抗体的研究。目前以嵌合抗体研究的较多也较成熟。随着工作的不断深入,可能还会有其它类型的基因工程抗体出现。

3 基因工程抗体的分类

3.1 人一鼠嵌合抗体

由于人源性抗体制备的困难，及鼠源性单抗在人体内应用中的局限性，因而希望对鼠源性抗体进行改造，提高鼠源性抗体的应用价值。嵌合抗体（ chimeric atibody ）是最早制备成功的基因工程抗体。它是由鼠源性抗体的 V 区基因与人抗体的 C 区基因拼接为嵌合基因，然后插入载体，转染骨髓瘤组织表达的抗体分子。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。其中 C 区为种属特异性的, 最具有免疫原性, 且与抗体介导的细胞毒作用有关。

3.2 小分子抗体

小分子抗体因其分子量小、穿透性强、抗原性低、可在原核系统表达以易于进行基因工程操作等优点而受到人们重视小分子抗体包括：Fab段、Fv段、单链抗体(ScFv)、二硫键固定的Fv段、Diabody、Minibody。

3.3 改形抗体

为了进一步降低来自鼠可变区中骨架区的免疫源性，近年来在嵌合抗体的基础上构建了改形抗体RAb是指利用基因工程技术，将人抗体可变区V中互补决定族序列改换成鼠源单抗CDR序列。重构成既具有鼠源性单抗的特异性又保持抗体亲合力的人源化抗体。RAb亦叫“重构型抗体”，因其主要涉及CDR的“移植”，又可称为CDR移植抗体” 由于这种重构型抗体只含有很少一部分鼠源蛋白成分（只有CDR来自小鼠），过敏反应大大降低并且对靶抗原又有较高的特异性和亲合力，在人体内的免疫原性被极大地降低，因此RAb的产生和发展，具有广泛的临床应用潜能。