Antibody Therapeutics創(chuàng)刊 | 何苗壯：尋找“魔彈”
Antibody Therapeutics主編何苗壯教授
作者：何苗壯
翻譯：張宏宇
校正：王楠
編輯：王寶龍
治療性抗體技術(shù)已經(jīng)歷經(jīng)四十余年的發(fā)展歷史。盡管抗體工程技術(shù)仍有進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)的空間，但抗體工程核心技術(shù)已經(jīng)基本建立，這些方法產(chǎn)生的許多抗體在臨床上也得到了驗(yàn)證。在這個(gè)前提下，單域抗體的開發(fā)是一個(gè)在將來可能會取得重要突破性進(jìn)展的領(lǐng)域。
我很榮幸地介紹牛津大學(xué)出版社出版的華人抗體協(xié)會旗下期刊 Antibody Therapeutics（譯者注：抗體藥物）。在2016年一個(gè)普通的日子里，我收到一條從王守業(yè)博士（也就是后來的華人抗體協(xié)會的第一任會長）發(fā)來的微信信息，邀請我加入位于波士頓的一個(gè)興趣小組（譯者注：就是BC抗體論壇微信群）。這個(gè)興趣小組主要由一群在抗體工程及抗體藥開發(fā)領(lǐng)域有著濃厚興趣的華人科學(xué)家組成。巧合的是，早在2011年我就在馬里蘭州的Bethesda成立過一個(gè)類似的興趣小組，名字為美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）抗體興趣小組。于是，當(dāng)王博士對我初步介紹這個(gè)興趣小組的時(shí)候，我立刻意識到了兩個(gè)團(tuán)體有著非常類似的目標(biāo)。僅僅幾個(gè)月之后，我欣喜地得知這個(gè)興趣小組已經(jīng)發(fā)展為華人抗體協(xié)會并注冊為501(c)非營利性組織，協(xié)會已經(jīng)有了超過500名會員注冊（譯者注：截至發(fā)稿時(shí)間，華人抗體協(xié)會已經(jīng)有1300名會員），并且將在2017年4月在美國麻州劍橋的萬豪酒店舉辦第一屆年會。我榮幸的受邀成為協(xié)會的顧問委員會主席。記得在這次年會里，抗體領(lǐng)域的許多精英云集，濟(jì)濟(jì)一堂，碰撞出了耀眼的科學(xué)火花。在這樣的氛圍下 ，協(xié)會雄心勃勃地決定創(chuàng)辦一份專業(yè)的國際學(xué)術(shù)期刊，而我被邀請成為創(chuàng)刊主編。懷著對這份期刊熱切的期待，我接受了這個(gè)邀請，并且建議將它命名為Antibody Therapeutics。我把這份尚在襁褓的期刊定位為一份服務(wù)全球抗體學(xué)界的、同行評審的開放式期刊。過去的一年中，在許多個(gè)工作之余的夜晚和周末閑暇的時(shí)間，我們初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)反復(fù)地討論期刊編委會組建以及年輕助理編輯的招募。我們認(rèn)真討論了如何挑選出版商、期刊的logo、期刊網(wǎng)站的測試以及為作者和審稿人撰寫的指南。我必須承認(rèn)創(chuàng)辦一份刊物所需要花費(fèi)的精力遠(yuǎn)超我此前的想象。我們?yōu)槟馨堰@份期刊介紹給抗體界的同行們而感到由衷的開心。歡迎大家把最好的原創(chuàng)試驗(yàn)結(jié)果、抗體領(lǐng)域新方法或新技術(shù)、綜述投寄給我們期刊！
抗體療法在當(dāng)代的癌癥治療領(lǐng)域里扮演著無可或缺的角色。以細(xì)胞表面抗原為靶點(diǎn)的抗體在多個(gè)方面效果顯著：它們可以調(diào)控癌癥細(xì)胞的信號傳導(dǎo)，引導(dǎo)免疫系統(tǒng)識別癌細(xì)胞，以及運(yùn)送細(xì)胞毒素來直接殺滅癌細(xì)胞（圖一）。過去四十余年里，隨著基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程和轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)的發(fā)展，治療性抗體的技術(shù)也有著巨大的進(jìn)展。正如免疫學(xué)泰斗Paul Ehrlich在一個(gè)世紀(jì)以前所描述的“魔彈”那樣，靶點(diǎn)特異性的單克隆抗體被譽(yù)為治療癌癥、傳染病和其他疾病最有前景的“魔彈”。1975年，劍橋大學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室 (LMB) 的César Milstein 和 Georges K?hler第一次成功地把骨髓瘤細(xì)胞和免疫淋巴B細(xì)胞融合在一起，并用得到的單克隆融合細(xì)胞生產(chǎn)出了單克隆抗體，這就是著名的雜交瘤技術(shù)。值得一提的是，César Milstein 和 Georges K?hler所用的骨髓瘤細(xì)胞，正是位于Bethesda的NIH科學(xué)家Michael Potter提供的。但是， 鼠源抗體有免疫原性，在血液里的半衰期較短。因此，人鼠嵌合抗體、人源化抗體或者全人源抗體，在研發(fā)具有顯著效果的癌癥療法中的必要性就凸顯了出來。蛋白質(zhì)工程技術(shù)在過去二十年的重大進(jìn)展，使得抗體從單純的研究和診斷工具轉(zhuǎn)變?yōu)橐活愔匾陌邢虔煼ā?/span>
第一個(gè)在臨床上得到驗(yàn)證的人源化技術(shù)，是將鼠源抗體的CDR區(qū)域嫁接到人類抗體的序列上。這項(xiàng)技術(shù)最早的成功，是將鼠源4D5抗體的CDR嫁接到人源抗體的框架上，由此開發(fā)出了具有顯著治療效果的曲妥珠單抗。除了人源化抗體，全人源的抗體也分別通過轉(zhuǎn)基因小鼠(如：panitumumab, golimumab, canakinumab, ustekinumab, ofatumumab, denosumab, ipilimumab, nivolumab 和 alirocumab) 和噬菌體展示技術(shù)(如：adalimumab, belimumab， raxibacumab) 被研發(fā)出來 （圖2），這些全人源抗體已經(jīng)獲批上市或者正在不同的臨床試驗(yàn)階段。1990年代，研究人員在轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)成功產(chǎn)生了第一個(gè)全人源抗體：他們把外源的人類免疫球蛋白基因位點(diǎn)嵌入小鼠的基因組中，并由此破壞掉小鼠自身的免疫球蛋白基因。在這之后，研究人員又成功嘗試了把人類抗體的可變區(qū)基因片段（而不是整個(gè)抗體的基因 ）嵌入小鼠基因組，以提高小鼠雜交瘤的效率。這些進(jìn)展都是為了開發(fā)出具有對癌癥靶點(diǎn)能產(chǎn)生更持久免疫效果的抗體。此外，利用噬菌體展示，人源抗體的Fab或單鏈Fv的片段可以從超過1010的抗體基因庫中被篩選出來。除了噬菌體展示技術(shù)，研究人員也開發(fā)了酵母和哺乳動物細(xì)胞的展示技術(shù)，不同的是這兩項(xiàng)技術(shù)將重組的抗體片段表達(dá)在真核細(xì)胞的表面，這樣就能使研究人員用流式細(xì)胞儀把那些對抗原分子具有高親和力的細(xì)胞分離出來。
Figure 2. Examples of how human monoclonal antibodies specific for tumor antigens can be isolated. Four major approaches have been developed to isolate human monoclonal antibodies. (a) Phage display. A large phage display library is commonly used to isolate human scFv or Fab specific for an antigen (11). After 3-5 rounds of panning, tumor-specific phage clones may be enriched and identified commonly by using ELISA. More recently, human single domain antibodies are also isolated by phage display (28,29). (b) Transgenic mice. Mice producing human Ig genes are immunized with a tumor antigen. Mouse hybridomas are created to produce stable mouse B cell lines. Mouse B cells expressing tumor-specific human mAbs are screened in ELISA using culture supernatant. (c) B cell immortalization. Human B cells are immortalized by EBV transformation. A large number of immortalized B cell clones are screened for antigen binding. (d) Single B cell sorting. Memory B cells are sorted by flow cytometry for the isolation of rare single B cells (<1%) for antigen binding followed by single-cell cloning by RT-PCR.
盡管從B細(xì)胞里直接分離出人單抗看起來很有吸引力，但事實(shí)上在早期是一件非常困難的事情。近年來， 通過對一些非進(jìn)展性HIV感染病人的B細(xì)胞群的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種針對HIV的廣譜中和抗體，并且用先進(jìn)的B細(xì)胞分選技術(shù)和單細(xì)胞RT-PCR測定了該抗體的基因序列。但是，這些技術(shù)能否在癌癥患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)治療性的抗體，依然是個(gè)未知數(shù)。即便如此，近期的一項(xiàng)研究表明通過B細(xì)胞克隆技術(shù)獲得的人源抗體在癌癥療法中依然有應(yīng)用的前景。此外，一些研究人員試圖把B細(xì)胞永生化，用來篩選某些特異性的抗體。早在1970年代晚期，就有研究人員開發(fā)出用EBV病毒來實(shí)現(xiàn)B細(xì)胞永生化的方法。但是這項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)是需要篩選極大數(shù)量的B細(xì)胞來獲得非常罕見的具有特異親和性的細(xì)胞系。因此，近期開發(fā)的一些技術(shù)幫助實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)抗體的B細(xì)胞的培養(yǎng)，其中一項(xiàng)技術(shù)是通過工程化改造B細(xì)胞來表達(dá)一些關(guān)鍵的增殖因子，例如Bcl-6和Bcl-xL，并通過添加CD40L和IL-21來激活B細(xì)胞。
雖然在抗體工程的技術(shù)領(lǐng)域仍可能有進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)的空間，但是相關(guān)的核心技術(shù)已經(jīng)大致趨于成熟，并且其中不少技術(shù)已經(jīng)在臨床上得到了的驗(yàn)證。在這個(gè)前提下，單域抗體的開發(fā)，例如駱駝的VHH和鯊魚的VNAR，可能是一個(gè)在不久的將來會取得重大突破性進(jìn)展的方向（圖3）。這些抗體分子代表著一個(gè)新穎、獨(dú)特的產(chǎn)品門類：分子量小，易于表達(dá)和生產(chǎn)，穩(wěn)定性高，以及能夠穿透組織接觸那些被重重包裹的腫瘤或者病毒的抗原分子。近幾年來，我實(shí)驗(yàn)室和合作者們研發(fā)了一系列的具有高親和力的人源單域抗體，用于識別腫瘤特異性的抗原分子，諸如mesothelin, GPC2以及 GPC3。在相關(guān)的研究中，我們發(fā)現(xiàn)單域抗體可以用來抑制Wnt，Yap和其他在癌細(xì)胞增殖中重要的信號傳導(dǎo)通路。有趣的是，完全人工設(shè)計(jì)的單域抗體分子也已經(jīng)開始有所報(bào)道， 值得關(guān)注。新一波單域抗體能否會最終成為我們應(yīng)對癌癥和其他疾病的魔彈？讓我們拭目以待。
Figure 3. The complex of a single domain antibody and a protein antigen reveals a buried binding site. (a) The nurse shark VNAR single domain in complex with lysozyme (PDB 1T6V) (24). VNAR residues Arg100 and Tyr101 are shown in the ribbon diagram to illustrate their interaction with the substrate binding pocket of lysozyme. (b) The humanized HyHEL-10 Fv in complex with lysozyme (PDB 2EIZ) (38).
靶向治療雖然已經(jīng)發(fā)展了四十余年，遺憾的是，我們大部分的治療手段依然無法對造成90%的病患死亡的實(shí)體瘤產(chǎn)生作用。因此，發(fā)現(xiàn)新的癌癥抗原仍然是人類尋找“魔彈”征程中最大的挑戰(zhàn)之一。正如美國癌癥登月計(jì)劃的藍(lán)帶委員會總結(jié)的那樣，對于絕大多數(shù)的惡性腫瘤， 我們對什么樣的腫瘤特異抗原可以用來安全地有效地區(qū)分腫瘤以及正常組織仍然知之甚少。多年來， 我實(shí)驗(yàn)室一直在研究mesothelin和肌醇蛋白聚糖GPC3這兩個(gè)實(shí)體腫瘤抗原作為抗體治療的靶點(diǎn)。事實(shí)證明， mesothelin和GPC3是為數(shù)極少在臨床上正在進(jìn)行試驗(yàn)的實(shí)體腫瘤靶點(diǎn)。 除了腫瘤特異抗原外，腫瘤特異性的突變，例如 EGFRvIII 和KRAS，也為靶向治療提供了很好的機(jī)會?；蚪M學(xué)將繼續(xù)為靶點(diǎn)的驗(yàn)證提供新的支持。除此之外，蛋白質(zhì)組學(xué)和糖組學(xué)也會為驗(yàn)證那些存在于腫瘤微環(huán)境里的諸如腫瘤特異的蛋白剪切變異體或者異形體、腫瘤特異的具有獨(dú)特構(gòu)造的蛋白、糖基化和其他經(jīng)過翻譯后修飾的蛋白靶點(diǎn)提供依據(jù)。在我看來，現(xiàn)在是為我們的協(xié)會成員們創(chuàng)辦一份促進(jìn)跨領(lǐng)域交流的學(xué)術(shù)期刊的最佳的時(shí)機(jī)。系統(tǒng)生物學(xué)的方法可能在未來我們征服癌癥的道路上為我們提供新的思維。我們由衷希望這份期刊會成為一個(gè)能夠加強(qiáng)協(xié)會會員乃至其它業(yè)內(nèi)同行之間職業(yè)關(guān)系網(wǎng)、教育和職業(yè)發(fā)展的平臺。
我很榮幸成為這份新期刊的第一任主編。我相信抗體治療是當(dāng)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最快的一個(gè)分支。我由衷感謝王守業(yè)博士對我的信任，也感謝安志強(qiáng)教授幫助我并出任期刊副主編，以及胡天岑、王頌煜、張宏宇和鄧覓四位博士擔(dān)任期刊的助理編輯，當(dāng)然還感謝所有編委會的成員們對期刊的大力支持。我最后感謝牛津大學(xué)出版社的Nikul Patel和Margaret Graton為期刊的出版提供高質(zhì)量的專業(yè)服務(wù)。
Single domain antibodies have emerged as a new class of therapeutic molecules in antibody engineering. A single domain antibody (shark VNAR), in contrast to a conventional antibody (Fv), is capable of binding a buried functional site consisting of the enzyme’s substrate hbinding pocket. For additional information, see Ho, Searching for magic bullets, Antibody Therapeutics.
單域抗體是抗體工程領(lǐng)域里一個(gè)新的成員。不同于普通抗體 (Fv)，單域抗體（譬如， 鯊魚單域抗體VNAR）可以結(jié)合酶蛋白上面隱蔽的功能區(qū)域， 從而抑制其底物分子的結(jié)合。
英文原文：Inaugural Editorial: Searching for Magic Bullets
文章來源：公眾號“華人抗體”，經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)發(fā)。
