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  • 發布時間:2021-03-01 21:42 原文鏈接: 人源抗體基因小鼠研發及其在治療疾病中的應用(二)

    在人源化抗體研發技術成功的基礎上,90年代早期開始應用噬菌體展示技術研制全人源抗體。該技術是建立在構建重組肽和蛋白平臺,實現體外展示技術的基礎上。利用噬菌體包殼蛋白與外源多樣性組合抗體基因融合在一起,構建所需的抗體組合表達庫,而這些與噬菌體外殼蛋白融合的人源抗體基因,可共同展現于噬菌體表面,再借助特異性抗原結合篩選方法,即可獲得與抗原特異結合的噬菌體抗體。應用該技術平臺首先研發的人源抗體主要為抗體片斷(比如scFv和Fab)。在研制全人源抗體中,噬菌體展示技術的重要貢獻在于,該技術不依賴體內免疫反應,通過體外抗體篩選方法,直接獲得結合不同抗原(比如自身抗原、毒素、不穩定和非免疫原性抗原等),且可供親和力成熟改造的候選人源抗體。

     

    90年代初,研究者們也成功建立了另外一個全人源抗體研發技術平臺,即建立人源抗體基因小鼠模型,該技術是將人源抗體基因組導入或替換小鼠抗體相應基因組,使小鼠的免疫系統經抗原免疫后,可在小鼠體內合成生產全人源抗體。人源抗體基因小鼠模型平臺的研制成功,無疑極大促進了人源抗體臨床應用的發展。

     

    與噬菌體展示技術研制全人源抗體的“先快后慢”的特點相比,雖然在起初的抗原免疫小鼠、篩選特異性抗體及制備雜交瘤細胞等階段方面,人源抗體基因小鼠技術平臺相對較慢。但一旦獲得最初的抗體,由于隨后的抗體優化過程是通過基因高頻突變在小鼠體內自然完成,因此,該技術平臺顯示出其在提高抗體親和力及有效性,以及不用擔心免疫排斥等方面的明顯優勢。目前獲批的人源抗體臨床應用也證明,在抗體藥物成藥性的相關指標(比如抗體自我聚合、特異性結合等)評價方面,由人源抗體基因小鼠技術開發的抗體藥物都表現更好。

     

    三、治療性抗體基本結構與臨床疾病治療的相互關系?

    目前已獲批上市的約80多種治療性抗體中,IgG是五種抗體免疫球蛋白(Ig) 分類中(IgA、 IgD、IgG、IgM和IgE ) 最常見的治療性抗體。IgG結構為Y形的150kDa免疫球蛋白, 由兩對相同的重鏈和輕鏈,通過二硫鍵連接組成。Y形結構的兩個臂分別構成抗體的兩個抗原結合域 (Fab), 包含抗體的重鏈和輕鏈的可變區(Fv)。而抗體Y結構中重鏈骨干區域稱之為片斷結晶區(Fc), 該區域具有IgG 抗體結合細胞表面Fc受體和補體系統蛋白等作用,比如Fc伽馬受體 (FcγR)、補體蛋白(C1q)、新生FcR(FcRn)。

     

    IgG抗體主要通過與其相應“搭檔”的相互結合作用,而發揮其主要治療功能,比如抗原、補體、Fcγ受體和FcRn。其中抗體可變區與抗原的選擇性特異結合作用,是抗體發揮其治療功能的關鍵功能區。通過抗體Fc與其FcγR和補體蛋白結合,可引起Fc介導的抗體依賴細胞毒反應(ADCC)和C1q介導的補體依賴細胞毒反應(CDC),從而導致細胞破壞。而抗體Fc與其FcRn結合,則可能具有延長抗體循環半衰期的效果。

     

    抗體的不同亞型能與不同的Fcγ受體相互作用,可顯著影響抗體的功能活性和藥物動力學。比如,IgG1被認為是治療性抗體的最適合亞型,占目前臨床上抗體的80.3%,而其他抗體亞型分別占IgG4(12.7%), IgG2(5.6%)和雜交IgG2/4(1.4%)。雖然,IgG3亞型在誘導ADCC和CDC方面最為重要,但目前仍無IgG3亞型抗體獲得批準。可能與該亞型抗體在體內的半衰期較短,且抗體鉸鏈結構較長,從而增加了生物加工過程的復雜性有關。IgG1、IgG2和IgG4抗體在血清中抗體半衰期都約為23天,而IgG3則只有2-6天。另外,IgG2抗體亞型不能結合Fcγ受體, 而IgG4卻不能激活補體系列反應。

     

    在獲批治療性抗體中,完整抗體約占78%, Fc融合蛋白為15%,抗體片斷約(Fab和scFv)為7%。 治療性抗體片斷的研發,在保留其特異性和選擇性基礎上,具有其研發時間與成本方面的優勢,且也有針對腫瘤靶細胞與組織浸潤性較好的特點。但是,由于該類抗體缺少Fc區域,可影響其穩定性,縮短其在體內有效循環時間,從而影響其治療的效果。

     

    相對于小分子藥物,大分子抗體藥物的特點是靶點特異性強,其毒性也多為靶點毒性,給藥方式多為兩周或一個月一次的靜脈或皮下注射,抗體藥物通過淋巴系統吸收,多分布于血管和腸道液體循環系統,并以蛋白酶水解方式代謝和通過抗體的FcRn受體回收。

    哺乳細胞表達系統是人源抗體生產的最為常見系統。該表達系統的優勢在于能大量生產,且有助于抗體生產過程中的翻譯后修飾,特別是對于需要糖基化的人源抗體而言。在已經批準臨床應用的治療性抗體中,有約63%是由中國倉鼠卵巢(CHO)細胞生產。其余有小鼠骨髓瘤細胞NSO(18%)和Sp2/0(11.1%),  人胚胎腎臟細胞系(HEK)293(4.2%)和大腸桿菌(4.2%)。

     

    四、人源抗體基因小鼠模型建立有哪些策略與方法?目前這類人源抗體臨床應用進展如何?

    利用小鼠模型研制人源抗體的策略,即應用小鼠免疫系統,通過人源抗體基因在小鼠體內重組和體細胞高突變的自然發生過程,生產針對不同免疫原的多樣性組合,且有特異性的人源抗體。人源抗體基因小鼠模型的建立,為治療性抗體研發提供了可靠的技術平臺。與其他人源抗體研制技術比較,基因小鼠技術平臺的優勢表現有,人源抗體生產不僅無需人源化及更多抗體組合多樣性、且抗體體內親和力成熟與篩選抗體克隆過程是自然優化等。當然,由于人源抗體Ig 基因覆蓋基因組區域非常大,也使構建如此人源抗體基因小鼠有巨大的挑戰性。

     

    1985年,科學家首先提出將人源抗體基因導入小鼠生殖細胞,通過建立轉基因小鼠來生產人源抗體的建議,該想法的提出開創了人源抗體生產研發的新思路。1989年,科學家們首次構建了人源抗體重鏈基因載體,包括人源IgM抗體重鏈可變區(包括VDJ)和μ鏈恒定區基因。將約25kb大的質粒DNA載體顯微注射至小鼠受精卵,成功獲得約4%小鼠B細胞表達人源抗體μ鏈,且能生產人源IgM抗體的轉基因小鼠。1993年,科學家們將小鼠抗體重鏈部分(JH)和輕鏈(Jk)基因敲除,并與表達人源IgH和IgL抗體的轉基因小鼠交配,成功獲得能產生多樣性組合的人源抗體轉基因小鼠模型。

     

    1994年,第一個人源抗體基因小鼠HuMabMouse技術平臺首先研制成功。該小鼠模型是在小鼠抗體重鏈和輕鏈(IgH和IgK)基因 敲除的基礎上,構建能表達人源抗體重鏈和輕鏈基因。整個人源抗體重鏈基因組約有1.29Mb, 輕鏈基因組約為1.39Mb,而起初引入的人源抗體重鏈基因組只有約80kb大小。由于抗體多樣性組合是由其生殖細胞中V(D)J基因決定的,因此,如何增加導入人源抗體基因組容量,提高人源抗體基因組合的多樣性,則是成功研制該技術平臺的合理策略與需要解決的關鍵技術難題。

     

    1993年,科學家們開始應用酵母人工染色體(YAC)載體,通過酵母同源重組的方法,分別構建人源抗體重鏈(~220kb) 和輕鏈(~300kb)載體,并借助酵母-胚胎干(ES)細胞融合方法,成功將其導入小鼠ES細胞。1997年,又將大片斷人源抗體重鏈(~1Mb)和輕鏈(~700kb)的YAC導入小鼠ES細胞,并與鼠源抗體基因(可變區和恒定區)敲除小鼠交配,成功構建了表達人源抗體基因的XenoMouse小鼠模型。該基因小鼠包含了人源抗體重鏈可變區(VDJ)基因66個、輕鏈可變區(VJ)基因32個。雖然,XenoMouse和HuMabMouse小鼠模型都徹底排除了小鼠抗體基因可能對人源抗體基因的干擾影響,且也增加了人源抗體基因組合的多樣性,但由于這兩種小鼠抗體基因都被完全敲除,即小鼠不僅缺失抗體可變區基因,其恒定區基因也被敲除,從而降低了人源抗體生產的有效性,也影響了抗體在小鼠體內的類別轉換效果和體細胞高頻突變發生率。


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