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  • 發布時間:2020-09-14 17:35 原文鏈接: SELEX技術——抗體工程的新紀元1

    回顧20世紀,分子生物學及其相關學科的發展給科學研究和人類生活帶來了日新月異的變化,同時也更新了一些傳統概念。比如,自20世紀30年代以來,人們一直認為"所有的酶都是蛋白質"。1986年,Lerner等首次研制成功催化水解羧酸酯的抗體,稱之為抗體酶(Abzyme)。1987 年,Cech等發現了具有催化活性的RNA分子,稱之為核酶(Ribizyme)。新近又發現了特異切割RNA的DNA分子,稱之為脫氧核酶(DNAzyme)。現在,可以給酶下這樣的定義:“酶是生物體內一類具有催化活性和特殊空間構象的生物大分子物質,包括蛋白質和核酸等”。
     
    抗體是機體免疫系統中最重要的效應分子,具有結合抗原、結合補體、中和毒素、介導細胞毒、促進吞噬和通過胎盤等功能,發揮抗感染、抗腫瘤、免疫調節與監視等作用。抗體的研究始于18世紀末,即1890年德國學者Von Behring證明免疫動物血清中存在抗毒素(抗體)。隨后又相繼發現了凝集素、沉淀素、溶血素、溶菌素和補體結合素等。


    隨著DNA結合蛋白研究的深入,受組合化學、抗體庫和隨機噬菌體肽庫技術的啟發,Gold等于1990年構建了隨機核酸庫并從中篩選出與靶蛋白特異結合的核酸配基,命名為指數富集的配基系統進化技術,簡稱SELEX技術(Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment)。目前已從核酸庫中篩選出多種與蛋白質、核酸、小肽、氨基酸、有機物、金屬離子等特異結合的配基并應用于臨床治療和診斷。為此,我們提出這樣的設想:核酸(脫氧核酸)能否作為抗體分子而替帶免疫球蛋白?能否在體外合成抗體分子而改變抗體生產的傳統途徑,開創抗體工程的新紀元?
     
    一、抗體的產生途徑
     
    抗體的產生途徑有三條:一是經典途徑,即通過免疫動物產生多克隆抗體;二是細胞工程途徑即用雜交瘤技術生產單克隆抗體;三是利用基因工程途徑表達和改造抗體。
     
    但是,蛋白類抗體的生產與應用存在如下限制:
     
    毒性抗原免疫動物承受不了,免疫原性弱的難以產生抗體;雜交瘤產生于鼠,治療應用受限(HAMA);異源抗體在診斷中產生非特異性反應(假陽性),還受到類風濕因子和自身抗體的干擾;成本高、費時費事,罕見抗體需大量篩選才能得到;克隆株(細胞)的有效保存不易,有些雜交瘤難以在體內生長;批間質量不一,診斷時要重新優化;體內與體外的識別特異性有差別;抗體-靶相互作用的動力學參數無法依要求改變;壽命有限;對溫度敏感,發生不可逆變性。
     
    二、SELEX技術及其優越性
     
    核酸類抗體(配基)的篩選過程稱之為SELEX技術,其基本原理就是利用分子生物學技術,構建人工合成的單鏈隨機寡核苷酸文庫,其中隨機序列長度在 20~40bp左右,文庫容量在1014~1015之間。由于單鏈隨機寡核苷酸片段特別是RNA易形成發卡、口袋、假節、G-四聚體等二級結構,能與蛋白質、核酸、小肽、氨基酸、有機物,甚至金屬離子結合,形成具有很強結合力的復合物。利用這一原理,將隨機寡核苷酸文庫與抗原或藥物等靶分子相互作用,洗脫篩選出特異寡核苷酸配基(aptemer),經RT-PCR及體外轉錄生成新的次一級文庫,再與該靶子結合。反復數個循環,即可篩選出能與該靶子特異結合的寡核苷酸片段(圖1)。
     
    隨機寡核苷酸文庫,特別是隨機RNA文庫,與現在常用的蛋白、多肽以及合成的小分子有機化合物庫相比,具有如下優點:
     
    1、作用的靶分子范圍更廣
     
    對靶無限制,包括金屬離子、有機染料、藥物、氨基酸、復因子、糖、抗生素、核酸、堿基類似物、核苷酸、多肽、酶、生長因子、抗體、基因調節因子、細胞粘附因子、植物血凝素、完整的病毒顆粒和致病菌等;
     
    2、篩選出的配基與靶分子的結合能力更強
     
    甚至強于天然配基,解離常數(kd)多在pMol/L~nMol/L之間;
     
    3、與靶分子結合的特異性更強
     
    能夠分辨出靶分子結構上細微的差別,可以區分1個甲基或1個羥基的差別。如茶堿與其他黃嘌呤類似物咖啡因、可可堿的結構非常相似,常規的茶堿單抗檢測與后二者有交叉反應,而通過SELEX技術篩選到的寡核苷酸配基只特異結合茶堿,與其他兩種物質無反應,其中與茶堿的親和力比與咖啡因的親和力高 10,000倍。通過反向SELEX篩選,可以有效減弱以至消除既與靶分子結合,又與靶分子類似物結合的寡核苷酸配基,從而篩選出特異結合靶分子的寡核苷酸配基。從混合體系中篩選某一已知或未知靶分子的寡核苷酸配基,反向SELEX技術顯示出其獨特的價值,比如,用于尋找特異結合某種腫瘤標志物的寡核苷酸配基,就可以用健康個體的組織細胞進行預篩選,除去與背景結合的序列,從而篩選出目的寡核苷酸配基。


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