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人源抗体基因小鼠研发及其在治疗疾病中的应用

2020年07月14日 浏览量: 评论(0) 来源:赛业生物 作者:小赛 责任编辑:admin
摘要:治疗性抗体已成为目前治疗肿瘤等人相关疾病的主导药物。随着基因编辑技术的不断发展与完善,表达人源抗体基因小鼠模型技术平台的成功建立,不仅是治疗性抗体药物研发的革命性创新,也推动了治疗性抗体作为药物的研发及其在临床上的广泛应用。过去25年来,抗体疗法已经成为临床上治疗肿瘤为主等多种人相关疾病的重要方法。特别显著的是,2018到2019年一年,就有约18个治疗性抗体新药获批临床使用。

19世纪末,应用动物来源的血清治疗感染性疾病,成为抗体药物研发的最早尝试。1975年杂交瘤技术的成功建立,极大促进了治疗性抗体的基础研究发展。1986年第一个治疗性鼠源抗体药物批准临床应用,更加速了生物医药企业研发以抗体为重要治疗药物的方向。 

治疗性抗体已成为目前治疗肿瘤等人相关疾病的主导药物。随着基因编辑技术的不断发展与完善,表达人源抗体基因小鼠模型技术平台的成功建立,不仅是治疗性抗体药物研发的革命性创新,也推动了治疗性抗体作为药物的研发及其在临床上的广泛应用。过去25年来,抗体疗法已经成为临床上治疗肿瘤为主等多种人相关疾病的重要方法。特别显著的是,2018到2019年一年,就有约18个治疗性抗体新药获批临床使用。

一.治疗性抗体发展经历了哪些历史阶段?在治疗疾病中取得了哪些里程碑成就?

19世纪末,研究者们首先证实,动物抗白喉毒素的抗血清具有抗微生物作用,这一发现为抗微生物感染开创了新的思路。1901年,德国微生物学家Behring也因此成为获得诺贝尔生理和医学奖的第一人。1975年杂交瘤技术的突破性成功,使利用杂交细胞无限生产单克隆抗体成为可能。杂交瘤细胞技术的建立,唤醒了治疗性抗体药物研发领域的极大兴趣。

 

1986年,第一个获FDA批准的鼠源抗CD3抗体(Orthoclone OKT3), 用于防止急性器官移植排斥反应的治疗。但该鼠源抗体因毒性较大且半衰期短,于2011年不得不退出市场。

 

1994年,第一个嵌合抗体,抗GPIIb/IIIa抗原结合片段(Fab)抗体,获批主要用于抑制血小板凝聚相关的心血管疾病治疗。该嵌合抗体是通过将小鼠抗体可变区与人抗体恒定区相结合研制而成。1997年第一个治疗肿瘤的嵌合抗体,抗CD20获批用于非霍奇金(Hodgkin)淋巴瘤治疗。

 

1997年,第一个人源化抗IL-2受体抗体获批,也是用于预防器官移植排斥反应治疗。人源化抗体的研制成功,使抗体药物长期治疗某些疾病(比如肿瘤和自身免疫性等)成为可能。1998年批准的治疗肿瘤的人源化抗HER2抗体 (Herceptin),用于治疗人表皮生长因子2(HER2)阳性转移乳腺癌和胃食管交界腺癌患者。

 

2002年,第一个全人源抗体成功获批,抗肿瘤坏死因子α(TNF-α) 抗体,是通过噬菌体展示技术构建的全人源抗体,主要用于治疗风湿性关节炎,其临床应用目前已扩展到强直性脊椎炎、银屑病、炎症性肠病和溃疡性结肠炎等疾病。由AbbVie公司研发的抗TNF-α抗体 (Humira) 目前不仅是抗体药物市场中销售排第一的大分子药物,也2019年全球所有药物销售排名第一的药物。2006年,第一个由人源抗体基因小鼠(XenoMouse)平台研发成功的全人源抗EGFR抗体获批,用于治疗多种肿瘤。

 

近几年来,免疫检查点相关分子正在不断引起肿瘤免疫治疗研发领域的极大兴趣与重视。 2011年,第一个针对免疫检查点CTLA-4的全人源抗体(Yervoy),是由人源抗体基因小鼠HuMabMouse平台成功研制。2014年,针对免疫检查点的全人源抗PD1抗体(Opdivo)和人源化抗PD1抗体(Keytruda) 相继获批,目前该两种人源抗体已用于治疗黑色素瘤、非小细胞肺癌、头颈部癌、霍奇金淋巴瘤和肾癌等。作为治疗肿瘤抗体的“明星”药物,该两款抗PD1抗体也成为2018年全球抗体药物销量的第二和第三名,且在2019年全球所有药物销量排名中分别为第6和第3名。

 

治疗性抗体已成为制药市场中的最佳销量药物。到目前为止,全球生物医药企业开展的治疗性抗体临床试验至少有570个,其中约有近80个抗体被FDA批准临床使用,包括30个是治疗肿瘤抗体。目前,治疗性抗体市场主要集中应用于肿瘤(~40%)、自身免疫性疾病(~25%)、遗传疾病(~7%)、感染疾病(~6%)、心血管疾病(~4%)和血液疾病(~4%)等人相关疾病的治疗。2018年数据表明,全球排名前十位最佳销量药物中有8个为抗体药物,全球治疗性抗体药物市场价值接近1152亿美元,预计到2019年底的销量可达到1500亿美元,到2025年预计可达3000亿美元。

 

目前,就抗体药物市场占有率而言,主要由7家生物医药企业主导,分别是Genentech (30.8%)、Abbvie (20.0%)、 Johnson & Johnson (13.6%)、Bristol-Myers Squibb (6.5%)、Merck Sharp & Dohme (5.6%)、Novartis (5.5%)、Amgen (4.9%),其他公司约占13%。

 

人源化抗体研发的成功,极大改善了抗体的临床耐受性,为治疗性抗体的广泛临床应用打开了大门。目前已获批的治疗性抗体中,按抗体人源化程度方法分类,比如全人源抗体、人源化抗体、嵌合抗体和鼠源抗体,所占比例分别为51%、34.7%、12.5%和2.8%。 

二、为什么要研发人源抗体?人源抗体研发技术与策略有哪些?

由于鼠源抗体临床应用具有诸多不利因素,比如会引起人抗鼠抗体(HAMA)反应,不仅加速了鼠源抗体的清除,也可引起难以预料的过敏反应,而且,也限制了针对鼠源抗体Fc片断反应而诱发的抗体介导的细胞毒性作用(ADCC),严重阻碍鼠源抗体在临床上的广泛应用。

 

为了降低鼠源抗体的免疫原性,嵌合抗体和人源抗体研发策略与技术随之发展起来,也成为抗体药物市场的重要抗体研发技术。噬菌体展示技术的建立,即由噬菌体表达人源抗体基因重组抗原结合片断组合库中,成功筛选获得具有高亲和力的第一个全人源抗体。同样,通过构建携带有人源抗体基因组小鼠模型,也成为目前研制人源抗体最具吸引力的技术平台。另外,借助康复患者B淋巴细胞与人杂交瘤细胞相结合的技术,获得针对特殊疾病的人源抗体,也成为一种人源抗体研发具有发展潜力的新兴技术。

 

建立人源化抗体首先是通过构建嵌合抗体技术开始,即将鼠源抗体可变区与人源抗体恒定区相结合,嵌合抗体中约30%的序列来自小鼠,其余70%为人源抗体序列。该种嵌合抗体保留了抗体结合抗原的特异性。而相对于嵌合抗体技术,互补决定区(CDR)移接技术,则只保留了鼠源抗体中结合抗原决定区序列,其余部分均为人源抗体成分,该种抗体中人源抗体序列占90%。因此,CDR移接技术较嵌合抗体的免疫原性更低,也曾被认为是人源化抗体研发的金标准技术。该技术不仅使人抗嵌合抗体和人抗CDR抗体的发生率由约40% 降低至约9%水平,也为临床上治疗那些需要长期与反复治疗的复杂疾病(比如肿瘤和自身免疫疾病)奠定了基础。但是,人源化抗体技术的最大不足是缺乏通用的方法。比如,人源化的CDR移接过程个性化要求高。而且,由于10%鼠源抗体序列的存在,人源化抗体的临床应用仍含有一定程度免疫排斥或超敏反应的风险。

 

在人源化抗体研发技术成功的基础上,90年代早期开始应用噬菌体展示技术研制全人源抗体。该技术是建立在构建重组肽和蛋白平台,实现体外展示技术的基础上。利用噬菌体包壳蛋白与外源多样性组合抗体基因融合在一起,构建所需的抗体组合表达库,而这些与噬菌体外壳蛋白融合的人源抗体基因,可共同展现于噬菌体表面,再借助特异性抗原结合筛选方法,即可获得与抗原特异结合的噬菌体抗体。应用该技术平台首先研发的人源抗体主要为抗体片断(比如scFv和Fab)。在研制全人源抗体中,噬菌体展示技术的重要贡献在于,该技术不依赖体内免疫反应,通过体外抗体筛选方法,直接获得结合不同抗原(比如自身抗原、毒素、不稳定和非免疫原性抗原等),且可供亲和力成熟改造的候选人源抗体。

 

90年代初,研究者们也成功建立了另外一个全人源抗体研发技术平台,即建立人源抗体基因小鼠模型,该技术是将人源抗体基因组导入或替换小鼠抗体相应基因组,使小鼠的免疫系统经抗原免疫后,可在小鼠体内合成生产全人源抗体。人源抗体基因小鼠模型平台的研制成功,无疑极大促进了人源抗体临床应用的发展。

 

与噬菌体展示技术研制全人源抗体的“先快后慢”的特点相比,虽然在起初的抗原免疫小鼠、筛选特异性抗体及制备杂交瘤细胞等阶段方面,人源抗体基因小鼠技术平台相对较慢。但一旦获得最初的抗体,由于随后的抗体优化过程是通过基因高频突变在小鼠体内自然完成,因此,该技术平台显示出其在提高抗体亲和力及有效性,以及不用担心免疫排斥等方面的明显优势。目前获批的人源抗体临床应用也证明,在抗体药物成药性的相关指标(比如抗体自我聚合、特异性结合等)评价方面,由人源抗体基因小鼠技术开发的抗体药物都表现更好。

 

三、治疗性抗体基本结构与临床疾病治疗的相互关系?

目前已获批上市的约80多种治疗性抗体中,IgG是五种抗体免疫球蛋白(Ig) 分类中(IgA、 IgD、IgG、IgM和IgE ) 最常见的治疗性抗体。IgG结构为Y形的150kDa免疫球蛋白, 由两对相同的重链和轻链,通过二硫键连接组成。Y形结构的两个臂分别构成抗体的两个抗原结合域 (Fab), 包含抗体的重链和轻链的可变区(Fv)。而抗体Y结构中重链骨干区域称之为片断结晶区(Fc), 该区域具有IgG 抗体结合细胞表面Fc受体和补体系统蛋白等作用,比如Fc伽马受体 (FcγR)、补体蛋白(C1q)、新生FcR(FcRn)。

 

IgG抗体主要通过与其相应“搭档”的相互结合作用,而发挥其主要治疗功能,比如抗原、补体、Fcγ受体和FcRn。其中抗体可变区与抗原的选择性特异结合作用,是抗体发挥其治疗功能的关键功能区。通过抗体Fc与其FcγR和补体蛋白结合,可引起Fc介导的抗体依赖细胞毒反应(ADCC)和C1q介导的补体依赖细胞毒反应(CDC),从而导致细胞破坏。而抗体Fc与其FcRn结合,则可能具有延长抗体循环半衰期的效果。

 

抗体的不同亚型能与不同的Fcγ受体相互作用,可显著影响抗体的功能活性和药物动力学。比如,IgG1被认为是治疗性抗体的最适合亚型,占目前临床上抗体的80.3%,而其他抗体亚型分别占IgG4(12.7%), IgG2(5.6%)和杂交IgG2/4(1.4%)。虽然,IgG3亚型在诱导ADCC和CDC方面最为重要,但目前仍无IgG3亚型抗体获得批准。可能与该亚型抗体在体内的半衰期较短,且抗体铰链结构较长,从而增加了生物加工过程的复杂性有关。IgG1、IgG2和IgG4抗体在血清中抗体半衰期都约为23天,而IgG3则只有2-6天。另外,IgG2抗体亚型不能结合Fcγ受体, 而IgG4却不能激活补体系列反应。

 

在获批治疗性抗体中,完整抗体约占78%, Fc融合蛋白为15%,抗体片断约(Fab和scFv)为7%。 治疗性抗体片断的研发,在保留其特异性和选择性基础上,具有其研发时间与成本方面的优势,且也有针对肿瘤靶细胞与组织浸润性较好的特点。但是,由于该类抗体缺少Fc区域,可影响其稳定性,缩短其在体内有效循环时间,从而影响其治疗的效果。

 

相对于小分子药物,大分子抗体药物的特点是靶点特异性强,其毒性也多为靶点毒性,给药方式多为两周或一个月一次的静脉或皮下注射,抗体药物通过淋巴系统吸收,多分布于血管和肠道液体循环系统,并以蛋白酶水解方式代谢和通过抗体的FcRn受体回收。

哺乳细胞表达系统是人源抗体生产的最为常见系统。该表达系统的优势在于能大量生产,且有助于抗体生产过程中的翻译后修饰,特别是对于需要糖基化的人源抗体而言。在已经批准临床应用的治疗性抗体中,有约63%是由中国仓鼠卵巢(CHO)细胞生产。其余有小鼠骨髓瘤细胞NSO(18%)和Sp2/0(11.1%),  人胚胎肾脏细胞系(HEK)293(4.2%)和大肠杆菌(4.2%)。

 

四、人源抗体基因小鼠模型建立有哪些策略与方法?目前这类人源抗体临床应用进展如何?

利用小鼠模型研制人源抗体的策略,即应用小鼠免疫系统,通过人源抗体基因在小鼠体内重组和体细胞高突变的自然发生过程,生产针对不同免疫原的多样性组合,且有特异性的人源抗体。人源抗体基因小鼠模型的建立,为治疗性抗体研发提供了可靠的技术平台。与其他人源抗体研制技术比较,基因小鼠技术平台的优势表现有,人源抗体生产不仅无需人源化及更多抗体组合多样性、且抗体体内亲和力成熟与筛选抗体克隆过程是自然优化等。当然,由于人源抗体Ig 基因覆盖基因组区域非常大,也使构建如此人源抗体基因小鼠有巨大的挑战性。

 

1985年,科学家首先提出将人源抗体基因导入小鼠生殖细胞,通过建立转基因小鼠来生产人源抗体的建议,该想法的提出开创了人源抗体生产研发的新思路。1989年,科学家们首次构建了人源抗体重链基因载体,包括人源IgM抗体重链可变区(包括VDJ)和μ链恒定区基因。将约25kb大的质粒DNA载体显微注射至小鼠受精卵,成功获得约4%小鼠B细胞表达人源抗体μ链,且能生产人源IgM抗体的转基因小鼠。1993年,科学家们将小鼠抗体重链部分(JH)和轻链(Jk)基因敲除,并与表达人源IgH和IgL抗体的转基因小鼠交配,成功获得能产生多样性组合的人源抗体转基因小鼠模型。

 

1994年,第一个人源抗体基因小鼠HuMabMouse技术平台首先研制成功。该小鼠模型是在小鼠抗体重链和轻链(IgH和IgK)基因 敲除的基础上,构建能表达人源抗体重链和轻链基因。整个人源抗体重链基因组约有1.29Mb, 轻链基因组约为1.39Mb,而起初引入的人源抗体重链基因组只有约80kb大小。由于抗体多样性组合是由其生殖细胞中V(D)J基因决定的,因此,如何增加导入人源抗体基因组容量,提高人源抗体基因组合的多样性,则是成功研制该技术平台的合理策略与需要解决的关键技术难题。

 

1993年,科学家们开始应用酵母人工染色体(YAC)载体,通过酵母同源重组的方法,分别构建人源抗体重链(~220kb) 和轻链(~300kb)载体,并借助酵母-胚胎干(ES)细胞融合方法,成功将其导入小鼠ES细胞。1997年,又将大片断人源抗体重链(~1Mb)和轻链(~700kb)的YAC导入小鼠ES细胞,并与鼠源抗体基因(可变区和恒定区)敲除小鼠交配,成功构建了表达人源抗体基因的XenoMouse小鼠模型。该基因小鼠包含了人源抗体重链可变区(VDJ)基因66个、轻链可变区(VJ)基因32个。虽然,XenoMouse和HuMabMouse小鼠模型都彻底排除了小鼠抗体基因可能对人源抗体基因的干扰影响,且也增加了人源抗体基因组合的多样性,但由于这两种小鼠抗体基因都被完全敲除,即小鼠不仅缺失抗体可变区基因,其恒定区基因也被敲除,从而降低了人源抗体生产的有效性,也影响了抗体在小鼠体内的类别转换效果和体细胞高频突变发生率。

 

2014年,科学家们应用细菌人工染色体(BAC)和Cre/loxP重组技术,在体外ES细胞系上,将人源抗体重链(V-D-J)可变区和轻链(Vk-Jk)可变区分别插入到小鼠重链恒定区(Cμ )和轻链恒定区(Ck) 的上游区域,在不影响小鼠抗恒定区的基础上,成功构建了KyMouse小鼠模型。KyMouse小鼠在抗原刺激后,能实现体细胞高频突变发生,并产生高亲和力的人源抗体。

 

另外,科学家们通过构建一定数量的大片断人源抗体基因BAC,进行系列显微注射方法,将相应BAC载体导入小鼠ES细胞,实现人源抗体重链和轻链可变区基因定点替换相应小鼠抗体重链和轻链可变区基因,在保留小鼠抗体基因恒定区的基础上,成功构建了Veloclmmune小鼠模型。

 

目前,应用人源抗体基因小鼠技术平台研制治疗性抗体的生物医药企业主要有7家,包括,1. Cell Genesys/Abgenix公司研制的XenoMouse小鼠;2. Genpharm/Medarex公司的HuMAbMouse小鼠,该两家公司后来分别被 Amgen于 2005年和Bristol Myers Squibb于2009收购;3. Kymab公司的KyMouse;4. Regeneron公司的VelociMouse小鼠;5. Harbour Biomed 公司的H2L2小鼠;6. Trianni 公司的Trianni小鼠;7. Ablexis公司的AlivaMab小鼠。然而,目前获批的人源抗体也只是来自于XenoMouse、HuMAbMouse和VelociMouse三个基因小鼠技术平台。

 

到目前为止,由HuMabMouse小鼠平台研发并获批的人源抗体已有8个,其中两个抗体,抗CTLA-4抗体YervoyI和抗PD-1抗体 Opdivo,分别于2011年和2014年批准,都是首先用于黑色素瘤患者治疗。抗CTLA-4抗体能与免疫检查点抑制因子CTLA-4结合,抑制CTLA-4与APC细胞表面的B7结合,激活细胞毒T淋巴细胞活性,实现杀死肿瘤细胞的作用。同样,抗PD-1抗体与免疫检查点抑制因子PD-1的结合,阻止其对肿瘤特异性T细胞的免疫抑制效果,达到肿瘤治疗目的。HuMabMouse小鼠平台获批的两个抗IL-12亚单位p40和IL-23抗体,能阻止促炎反应信号作用,达到降低炎症反应的效果,用于临床上治疗自身免疫性疾病。此两个抗体分别于2009年和2016年获批治疗严重斑块状牛皮癣和克罗恩氏回肠炎。

 

由XenoMouse小鼠平台研发获批人源抗体已有7个。2006年第一个全人源抗EGFR抗体, 用于治疗EGFR表达(无KRAS基因突变)转移性结肠癌患者。该人源抗体是阻止EGFR与其配体结合,抑制EGFR信号通路,诱导肿瘤细胞的凋亡。另外有2个人源抗体用于治疗自身免疫皮肤相关性疾病;其中一个是人源抗IL-17抗体,具有降低牛皮癣患者的炎症反应作用。另外一个是人源抗IL-17受体抗体,发挥抑制IL-17家族细胞因子的作用。它们分别于2015年和2017年获得美国FDA批准,用于临床治疗牛皮癣患者。

 

作为第二代人源抗体基因Veloclmmune小鼠技术平台,已获得包括抗IL-4受体抗体、抑制IL-4和IL-13信号通路、以及抗IL-6受体抗体4个人源抗体药物。2017年获批的抗IL-6受体抗体,通过抑制IL-6信号通路,降低肝细胞释放炎症相关因子,实现治疗风湿性关节炎等自身免疫性疾病作用,并被认为在治疗新冠肺炎疾病中,该类抗体可能具有缓解由病毒引起的炎症因子风暴的作用。

 

五、人源抗体研发未来发展的趋势?

治疗性抗体研发领域这几年发展非常迅速,已经成为药物研发市场的主力军。然而,治疗性抗体领域仍有巨大发展与应用潜力。传统意义上讲,抗体药物主要应用于肿瘤、自身免疫性疾病和感染性疾病等临床治疗。如果我们可以深入阐明某些特异蛋白或分子参与某些特殊疾病致病过程的分子机制,将有助于研发应用范围更广、更加有效和特异性的治疗性抗体。

 

治疗性抗体研发未来发展趋势可分为两大种类型,第一类型为直接应用于治疗疾病的所谓裸抗体(naked antibady), 比如,治疗肿瘤抗体,就是通过介导ADCC/CDC等相关通路,直接攻击肿瘤细胞,引起细胞的凋亡,或者攻击肿瘤细胞生长微环境,或攻击免疫检查点分子等。在此类抗肿瘤过程中,抗体是通过招募自然杀伤细胞或其他免疫细胞,发挥消灭肿瘤细胞的作用。

 

第二类型抗体药物是通过对抗体的进一步加工修饰,达到增加其治疗疾病价值的目的。通常应用的抗体修饰方法与策略包括,抗体-免疫细胞因子结合、抗体-化学药偶联物、抗体-放射核素结合物、双特异性抗体、免疫脂质体、和嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)治疗等。抗体-免疫细胞因子结合,目的是通过抗体与特定细胞因子的融合,以增强细胞因子传送的特异性。抗体-药物偶联物是由能特异性识别肿瘤靶点的抗体与小分子药物相结合,从而增加了小分子药物作用的特异性与有效性,降低了其对非靶点细胞的毒性作用。抗体与放射核素的结合,也增加了放射疗法特异性治疗肿瘤作用。

 

最近,双特异性抗体研发为抗体治疗提供了具有巨大吸引力的新策略和新机会。双特异性抗体是借助蛋白质工程技术,将两个抗原结合域(如Fabs/scFvs)相互连接起来,使一个抗体可同时识别两个不同的抗原。因此,借助基因编辑技术方法,让一个抗体发挥治疗疾病的新功能,而不仅仅是原来两个抗体简单的混合体。多数双特异性抗体的设计策略是基于结合免疫系统中,针对致病靶点的两个细胞毒效应细胞来设计的。目前,已有两个双特异性抗体进入临床应用,一个是针对靶点CD3和CD19抗体,治疗B细胞急性淋巴细胞白血病(ALL),另外一个是针对活化血凝因子IX和X的双特异性IgG抗体,用于治疗A型血友病。同时,有近85个双特异性抗体进入临床试验,约86%为评价抗肿瘤治疗效果的双特异性抗体。

 

早期针对治疗性抗体的研发集中在如何提高抗体结合、功能与药物特征等更适合临床应用方面,比如,如何提高抗体可变区人源化程度及其亲和力成熟,或者研制具有治疗效果不同的抗体片断(Fab和scFv) 等。随后,这方面的研究开始转向如何改善抗体的Fc功能,比如,如何提高抗体的ADCC、ADCP(抗体依赖细胞吞噬作用)、CDC、或灭活Fc功能等方面。抗体Fc工程成为增强抗体特异性活性和延长其有效期非常重要的工具,可实现降低抗体药物使用量和潜在副作用的目的。

 

另外,嵌合抗原受体(CAR)T细胞疗法,则是另外一种抗体与T细胞相结合的技术应用。通过将T细胞靶向特异性目标,实现破坏肿瘤细胞的目的。CAR-T细胞是将抗体可变区(比如scFv) 与T细胞的激活相关分子融合构建而成。2017年,FDA批准了第一个CAR-T细胞治疗药物,用于临床治疗急性淋巴性白血病(ALL)以及成年大B细胞淋巴瘤。

 

从单个B细胞分离筛选研制人源抗体也是目前该研发领域的新趋势,且有可能成为针对感染性疾病治疗的新兴研究领域。经过EBV转染单个B细胞永生化过程等方式研制人源抗体技术的优势,在于只需要少量人体外周血细胞,快速分离克隆潜在高效的人源抗体。面对新型病原致病因子的危险,比如最近出现的新冠病毒感染疾病,快速研发具有免疫治疗或多样性组合抗体库就更加具有其现实意义。而单个B细胞分选技术则是实现该研发目的最为理想的选择。虽然,目前应用单个B细胞方法已成功研制出抗病毒的人源抗体。比如,抗登革热病毒、抗Zika病毒、抗Ebola病毒、抗HIV病毒和抗呼吸道合胞病毒(RSV)的人源抗体。其中许多此类人源抗体目前分别进入不同阶段(I/II/III期)的临床试验。

 

然而,目前为止,还没有FDA批准的由单个B细胞技术研发的人源抗体进入临床应用,该技术仍面临需要克服相关问题的挑战。比如抗原标记技术、分选抗原配置、以及克隆抗体引物设计等。结合新一代NGS测序技术,新诊断、药物代谢动力学应用和临床治疗方面的进展,单个B细胞技术研制人源抗体也将成为一个非常有力的工具,实现寻找与发现具有稀有特征的治疗性抗体,以满足未来新一代治疗性抗体研发的设计需求与目标。

 

近年来,临床上应用多个抗体组合的策略(抗体鸡尾酒疗法)治疗疾病,也被认为是抗体治疗某些特殊疾病的发展方向。此种所谓的抗体鸡尾酒疗法,起初主要基于是针对肿瘤或感染性疾病中,同一靶点的不同抗原表位的策略。该种疗法有利于潜在降低抗体使用量的同时,增加多个抗体协同作用,达到提高治疗疾病有效性和安全性的目的。所以,抗体鸡尾酒疗法的开发,既发挥了各个抗体的特异性、质量可控、副作用低等优点,又兼顾了多抗结合位点多、亲合力强、逃逸可能性低等长处,成为人源抗体药物研制的有利补充。

 

另外,在已成功建立人源抗体基因小鼠技术平台基础上,对其他非传统的人源抗体基因小鼠技术平台也受到人们一定的关注,比如,有利用于多特异性人源抗体研发的技术平台,包括只含重链的 HCAb (Harbour BioMed)或只含轻链(OmniFlic) 的人源抗体基因小鼠模型,以及建立其他类似的基因动物模型,比如,人源抗体基因大鼠模型(OmniRat®)、人源抗体基因鸡模型(OmniChicken™)和人源抗体基因牛模型(Tc Bovine™)等相应技术平台。

 

六、抗新冠病毒人源抗体研发目前有哪些进展?

针对当前面临的新冠肺炎全球大流行的挑战,全球科学家们也正在应用单个B细胞分离筛选与人源抗体基因小鼠等技术平台,加速研制针对新冠病毒的人源中和抗体,希望早日成功应用于抗新冠肺炎治疗。比如,Eli Lilly公司研发的抗新冠病毒中和抗体(LY-CoV555)是全球首个进入临床试验的抗新冠病毒抗体药物。国内的君实生物研制的抗新冠病毒抗体(JS016)也宣布进入临床试验。Eli Lilly和君实生物研发的抗新冠病毒中和抗体都是来自新冠肺炎康复患者外周血分离的单个B细胞。

 

另外,中国科学院微生物研究所为主导的研究团队最近报道,从新冠肺炎康复患者体内分离鉴定到的几十株全人源抗体基因,最终筛选获得两株理想的特效抗体,具有高效中和新冠病毒的活性。恒河猴新冠病毒感染模型研究证实,该两株人源抗体能有效地阻断新冠病毒的感染,显著降低了恒河猴呼吸道中新冠病毒的载量,保护由病毒感染造成的肺部损伤。目前该人源抗体也已进入临床试验。

 

考虑到新冠病毒已发生突变及抗体药物临床使用潜在逃逸风险的因素,国内外不少研究团队将抗体鸡尾酒疗法放在了新冠病毒中和抗体药物研发的首位。再生元(Regeneron)公司应用其VelocImmune人源抗体基因小鼠平台,结合康复患者外周血分离的单个B细胞分离技术,开发了两个中和活性高,且无竞争的抗新冠病毒抗体。临床前研究表明,由此两种人源抗体组合的抗体鸡尾酒疗法,具有中和目前已知的新冠病毒突变毒株的作用。由于该两种抗新冠病毒抗体与刺突蛋白S的受体结合域(RBD)结合为非竞争性,从而可降低突变病毒逃逸抗体治疗的几率。该抗体鸡尾酒疗法最近进入临床试验III期。

 

和铂医药(Harbour BioMed)也是最早研制抗新冠病毒感染抗体的公司之一。应用其H2L2全人源抗体基因小鼠技术平台,筛选出一株有效抵抗新冠病毒感染的人源抗体。由于该抗体靶向新冠病毒和SARS病毒共用的保守表位,因此,该抗体有望对同亚属的冠状病毒同时发挥预防和治疗的作用。研究者认为,由于这款抗体对病毒的中和能力并不依赖于抑制新冠病毒RBD与ACE2受体的结合,所以,该抗体有望和其他针对新冠病毒受体结合的抗体组合应用形成“鸡尾酒疗法”,产生协同抗新冠病毒感染的作用。

 

目前,根据全球新冠抗体药物数据库资料表明,有超过百种的抗体药物疗法,其中传统抗体形式占到约81%,其他为各种形式抗体药物(比如单域抗体、融合抗体和单克隆抗体等)及相关药物,覆盖了抗新冠肺炎从早期感染到全身性器官衰竭(比如包括抗细胞因子风暴反应的抗体IL-6R、GM-CSF和C5等)靶点相关抗体药物。新冠病毒刺突S蛋白则是研发相应中和抗体最受关注的靶点,而目前针对抗新冠肺炎治疗性抗体研发的技术策略,则是以单个B细胞分离筛选技术为主,以及应用人源抗体基因小鼠模型和噬菌体展示等技术平台。现在绝大部分相关抗体药物的研发仍处于临床前,有接近20%的抗体药物已进入临床试验。

 

人源抗体研制已显示了其作为神奇子弹的高效性与特异性,虽然在实际临床应用中,仍难以避免一些副反应的发生。比如,从短暂的抗药物抗体(ADA)的出现,到严重的瘫痪和药物清除障碍等。相信随着抗体研制新技术与策略的不断发展与完善,将会促进人源抗体研发,扩大抗体药物治疗多种人相关疾病的范围,让更多不同疾病患者受益。 

作者简介

赛业生物-俞晓峰博士

作者

俞晓峰 博士,高级科学家 

俞晓峰博士现任赛业模式生物副总裁、高级科学家,负责基因修饰模式动物的研发与技术服务等工作。俞博士在遗传基因模式动物领域有超过20年研发与管理等方面的丰富经验,在干细胞相关领域及哺乳动物细胞系基因改造研究也取得了巨大成就,其研究成果多次发表在Nature Immunology,Hum Mol Genet,Mol Cell Biol 等高水平杂志上。加入赛业生物前,俞博士2010-2013年任职于美国应用干细胞(ASC)公司,担任研发总监,负责基因修饰模式动物的研发与定制服务,并在中国子公司斯坦福生物科技担任副总裁一职。2009-2010任纽约大学医学院研究员。2003-2009期间任职于美国基因打靶公司(iTL),作为资深科学家和项目经理负责参与了基因修饰小鼠模型研发方案与策略设计、项目管理、技术人员指导与培训、以及客户服务和技术咨询等方面工作,2007年起负责开发了p53基因不同点突变的人源化肿瘤小鼠模型库项目。2000年任美国耶鲁大学医学院研究员。1995年获得军事医学科学院博士学位。


关于赛业

赛业生物历经14年发展,已服务全球数万名科学家,产品和技术已直接应用于包括CNS(Cell,Nature, Science)三大期刊在内的3600余篇学术论文。除了提供基因敲除、基因敲入、条件性基因敲除模型定制服务外,赛业生物还有专业的手术疾病模型团队,可以提供多种复杂精细的小动物手术疾病模型;药物筛选评价小鼠平台可以提供从欧美行业领袖引进的免疫缺陷鼠、用于心血管及阿尔茨海默症等研究的人源化小鼠;国际标准化无菌鼠技术平台可以提供无菌鼠、无菌动物定制服务、微生物菌群移植服务等基于无菌动物模型的各类产品和服务,结合赛业生物成熟稳定的基因编辑小鼠平台,还可帮助您研究菌群与基因的互作机制。

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