抗體技術的一次重大突破是單克隆抗體技術的誕生。為了便于區(qū)別,此前以抗原免疫動物獲得抗血清途徑制備的抗體則稱之為多克隆抗體。1975年英國科學家Milstein和法國科學家Kohler將產(chǎn)生抗體的B淋巴細胞同腫瘤細胞融合形成雜交瘤細胞。雜交瘤細胞具備親本細胞的特性,既可以產(chǎn)生抗體,又具有腫瘤細胞無限增殖的特性,從而持續(xù)分泌單克隆抗體。單克隆抗體優(yōu)點眾多,在抗體臨床應用過程中具有劃時代的意義。兩位科學家因此被授予1984年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

自1986年第一個治療性抗體進入臨床以來,治療性抗體得到了迅速的發(fā)展,到目前為止,FDA共批準了近百個治療性抗體藥物,其已成為現(xiàn)代生物醫(yī)藥的重要組成部分。伴隨現(xiàn)代科技的發(fā)展,治療性抗體經(jīng)歷了鼠源性抗體,嵌合抗體,改性抗體和表面重塑抗體(部分人源化抗體),以及全人源化抗體等不同發(fā)展階段。

第一代:鼠源單抗(momab)

1986年,也就是在Milstein和Kohler憑借單抗雜交瘤技術獲得諾貝爾獎后的第二年,強生的Orthoclone  OKT3成為第一個被美國FDA批準的單抗藥,用于防止腎臟移植后的宿主排斥。但直到9年以后,第二個抗體藥——禮來和強生的ReoPro——才于1995年在美國上市,被用來抑制血栓形成。

第一個單克隆抗體藥Orthoclone  OKT3來自于小鼠,它的氨基酸序列都是鼠源的。鼠源抗體在給病人服用過程中常常遇到一些問題:1)人體把這些單抗藥當作異體蛋白,會產(chǎn)生免疫排斥。2)免疫排斥使單抗藥很快從病人體內(nèi)被清除掉,大大降低了它們應有的療效。尤其治療慢性疾病需要長期服用的情況下,鼠源單抗藥在后續(xù)注射時療效甚微;3)少數(shù)病例中,鼠源抗體會引起嚴重的過敏反應,甚至導致了個別病人的死亡。因此,早期單抗藥的銷售始終沒有騰飛——Orthoclone OKT3的年銷售額僅有1千萬美元左右。

單抗藥要想在江湖上立足,要想在醫(yī)學上有更廣泛的應用,必須要轉(zhuǎn)變成人源化抗體或人源抗體。

第二代:人鼠嵌合單抗(ximab)和人源化單抗(zumab)

這里我們有必要區(qū)分一下人源化抗體和人源抗體。人源化抗體一般是以鼠源抗體為基礎,通過更換蛋白片斷和置換部分氨基酸序列, 使抗體的最終氨基酸序列更接近人源的。而人源抗體是任何能被人體B細胞表達的抗體,其氨基酸序列是100%由人的基因編碼的。

20世紀90年代,以美國為主出現(xiàn)了幾十家生物技術公司。他們個個身懷絕技——他們的技術平臺都是圍繞如何將抗體人源化或直接產(chǎn)生人源抗體而建立的,他們的目的都是將抗體藥發(fā)揚光大。以研發(fā)抗體藥為主的公司在當時的江湖上分兩大流派。第一個流派可以稱之為抗體蛋白工程派或人源化派。單抗在小鼠中產(chǎn)生后,它的部分氨基酸序列或被置換,或被拼接組合,其最終目的是既不引起人的免疫排斥,又不降低它對靶抗原的親和性。這一流派又分為兩個層次。第一個層次是嵌合抗體(Chimeric  antibody):  抗體的恒定區(qū)都被置換成人的氨基酸序列。嵌合單抗蛋白約33%的氨基酸序列來自小鼠,其余67%為人源的。第二個層次是人源化抗體(Humanized antibody),即拿到針對某抗原的小鼠抗體后,只取其識別抗原的幾段區(qū)域(CDR區(qū)域),把它們移植到人源抗體中。人源化單抗中人源的序列占90%。人源化單抗顯然比嵌合單抗更有優(yōu)勢,引起免疫排斥或超敏的風險更低。人源化單抗技術的代表公司為Protein Design Labs, 或PDL�；�因泰克幾個著名的單抗藥——Herceptin, Xolair和Avastin——的人源化都需要獲得PDL的技術許可。人源化單抗技術最大的缺點是缺乏通用的方法。每個抗體分子的人源化,都需要個案分析、分子建模、大量的改造和試錯。即使這樣,由于鼠源序列的存在,人源化單抗還是不能完全避免免疫排斥或超敏的風險。

第三代:全人源化單抗(mumab)

抗體藥的第二個流派是全人源單抗。這一流派又分為兩大門派:噬菌體展示和轉(zhuǎn)基因小鼠。            

用噬菌體展示技術產(chǎn)生抗體完全避免了動物的使用。在這一技術中,先通過PCR技術建立一個以噬菌體質(zhì)粒為載體的、表達無數(shù)個人源抗體可變區(qū)的基因庫。當大腸桿菌被這些質(zhì)粒轉(zhuǎn)染后,千百萬個噬菌體被釋放出來。每個噬菌體表面呈現(xiàn)一個獨特的抗體可變區(qū)片斷。含有這些噬菌體混合物的溶液,在流過附著特定抗原的固態(tài)基質(zhì)后,粘在基質(zhì)表面、洗不走的往往是呈現(xiàn)特異性抗體的噬菌體顆粒。特異性抗體的基因再進一步被擴增、純化。這一流派的代表公司包括CAT和Dyax。

轉(zhuǎn)基因小鼠技術出道雖晚,但技術優(yōu)勢卻最為明顯。該技術通過轉(zhuǎn)基因的手段把小鼠自身的抗體表達系統(tǒng)破壞掉,再引進人的抗體生成系統(tǒng)。這種轉(zhuǎn)基因小鼠針對某種抗原就可以直接產(chǎn)生全人源的抗體。

噬菌體展示和轉(zhuǎn)基因小鼠在執(zhí)行過程中各有千秋。一般來說,噬菌體展示技術“先快后慢”,即找到針對某種靶蛋白的抗體很快,但選出的這個抗體和靶蛋白的親和性往往不高,需要人工細調(diào),更換個別氨基酸。優(yōu)化這一步費時費力,而且即使優(yōu)化的抗體和通過轉(zhuǎn)基因小鼠出來的抗體相比,親和力可能還是相差一個數(shù)量級。另外,在優(yōu)化的過程中需要替換一些氨基酸,也就引進了被免疫排斥的風險。轉(zhuǎn)基因小鼠技術是“先慢后快”,將抗原注射到小鼠體內(nèi)、產(chǎn)生特異抗體、制備雜交瘤細胞等前幾步需要幾個月的時間。但一旦最初的抗體產(chǎn)生,其優(yōu)化過程在小鼠體內(nèi)繼續(xù)完成,又快又好,并且不用擔心免疫排斥的問題。

在這里要不得不提到全球第一個上市的全人源抗體—阿達木單抗(修美樂)。阿達木單抗始于1993年巴斯夫子公司BASF Knoll和劍橋抗體技術公司(Cambridge Antibody Technology,CAT)的合力研究。劍橋抗體技術以TNFα為抗原使用它們特有的噬菌體展示技術在體外篩選中得到了全人抗體D2E7。在隨后的研究中,BASF Knoll進一步對全人抗體D2E7進行了完善,并完成了前期的生產(chǎn)工藝開發(fā)和臨床申報。

2002年6月,美國雅培制藥(Abbott)以69億美元收購BASF Knoll,獲得了全人抗體D2E7的開發(fā)生產(chǎn)和銷售權(quán),最終將阿達木單抗推向市場。自2002年首次獲得FDA批準上市以來,阿達木單抗已經(jīng)累計創(chuàng)造了1161億美元的銷售收入,2017年的美國市場增速為18．5%,全球市場增速為14．6%,因此直到今天仍然以每年兩位數(shù)的增幅刷新單只藥品的年度銷售記錄。