噬菌体展示技术与抗体药物研发

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噬菌体展示技术与抗体药物研发! p& S' n5 t+ V! f2 Z. J- C" n+ u
来源：药渡 2018-10-10 12:23
& t& K+ X6 Y% M& Z6 {( ?7 c2018年诺贝尔化学奖尘埃落定，授予Frances Arnold、George Smith、Gregory Winter三人。其中化学奖一半的奖金授予美国科学家Frances Arnold，奖励她的工作实现了酶的定向进化；另一半的奖金授予英国科学家Gregory Winter以及美国科学家George Smith，以奖励他们在肽类和抗体的噬菌体展示技术的巨大成就。
8 u. M, d6 E! R科学技术的发展是药物研发的动力，Smith等人发展出噬菌体展示技术，使得抗体药物的研发有了突破性进展。噬菌体展示技术已成为最重要的药物筛选平台之一，它不仅可以用于多肽、单抗的筛选，也可以用于其他蛋白质的筛选，其筛选的多样性也是该技术的亮点之一。
- |8 W% K. }& b7 y: `, Q那么，什么是噬菌体展示技术呢？该技术是由Smith于1985年开发，之后Winter继续发展了该技术，他们所用的工具是基因工程改造过的噬菌体——一种可以感染细菌的病毒，作为宿主。
  _; v. j8 `7 b% Y/ q1 _A.基因工程将编码多肽或蛋白文库的DNA序列插入到噬菌体的外壳蛋白基因，这样，多肽或蛋白就可以表达在噬菌体的表面；B.噬菌体转化到宿主细胞内，成熟的噬菌体从宿主中释放出来。1.用固定有靶蛋白的培养板捕捉能特异结合靶蛋白的噬菌体；2.洗去未与靶点结合的噬菌体；3 将与靶点结合的噬菌体洗脱下来进行下一轮转化；4.进行下一轮感染与转化；5.进一步放大目标噬菌体的数量。这样，循环往复，就可以得到想要的高亲和性抗体。! M, B- d6 \0 x  U0 V" h' `" h
那么，这么做有什么好处呢？首先，并不是所有文库中表达的蛋白质表位都是有用的，这样可以筛选感兴趣的表位，以保证候选药物的活性最佳；其次，在体外实验中，可以筛选人源与非人源靶点，这就节省了临床前试验的时间。
; X7 H* z' ~2 t9 x洗去不与靶点完全结合的表位，只留下亲和性最高的表位& s  f9 W, ]) S* H: z
目前，已有多种抗体药物利用该技术成功上市，Adalimumab单抗就是其中最出色的一例，成功研发的第一个全人源重组IgG1：κ单克隆抗体，该药物近年来一直雄踞畅销药物的榜首，2017年，其销售额为184亿美元。此外，还有多个利用该技术的药物成功上市，有一批待上市的药物处于临床试验之中。下面就让我们了解这些成功上市的药物。
: q6 g4 p+ @% Z; u- Q8 NAdalimumab6 S( J7 X# l) i8 e/ }& f
Adalimumab是全人源重组IgG1-κ单克隆抗体，该药是首个获批的抗肿瘤坏死因子TNFα药物，用于治疗类风湿性关节炎于2002年在美国上市。Adalimumab利用噬菌体展示技术的“指导选择”筛选出来的。该步骤分为两步，首先研究人员发展出了鼠源抗人类TNF抗体MAK195，但是鼠源抗体不能作为自身免疫病的药物，于是他们利用这个鼠源抗体指导分离与MAK195有相同表位的人源抗体。利用MAK195的重链与轻链在蛋白库中找到配对的人类DNA序列，之后利用噬菌体展示技术进一步筛选，得到高亲和性的抗TNF抗体。这就形成了Adalimumab单抗。
) G+ E! ]" m$ J5 j) P! M6 S/ X( s5 YBelimumab# [% ^6 ^0 H1 U* P
Belimumab是人源IgG1λ单克隆抗体。由Cambridge Antibody Technology 与 Human Genome Sciences (GlaxoSmithKline公司)联合研发，于2011年被批准上市，用于治疗系统性红斑狼疮，是50多年来首个用于治疗系统性狼疮的靶向药。Belimumab可以与B淋巴细胞刺激因子(BLyS)结合，阻止BLyS与B淋巴细胞结合，促进B淋巴细胞凋亡。研究人员利用单链可变片段(scFv)噬菌体展示技术筛选了1200个抗体，得到亲和力较高的Belimumab，临床前研究表明，该药可以抑制食蟹猕猴的B淋巴细胞生长。临床试验表明，Belimumab可以有效改善患者病情。
1 n( q2 [: `' S6 ?- Y0 H9 t4 U  LRanibizumab (Lucentis？)( W$ l) w# H3 s4 B* h- j
Ranibizumab由Genentech公司研发，是与VEGF-A结合并抑制其活性的抗原结合片段(Fab)。鼠源性抗体A4.6.1在小鼠肿瘤模型中有很好的应用，并且得到了抗肿瘤药Bevacizumab (Avastin？)，Ranibizumab也是A4.6.1的突变位点的候选化合物。Clone Y0317(也就是Ranibizumab)对VEGF-A的亲和力为0.1nM，仅含有6个与亲本不同的突变，且将对VEGF的亲和力提高了100多倍，大大减少了用药剂量。该药于2006年被批准上市，用于治疗年龄相关性黄斑病变，2010年被批准用于治疗糖尿病性黄斑水肿，2015年被批准用于治疗糖尿病性视网膜病变。& w/ u5 Q4 {& d8 n* K
Ecallantide (Kalbitor？)' x, N/ M, X4 i3 z
Ecanllantide是由60个氨基酸组成，是一种重组激肽释放酶蛋白抑制剂。使用人类脂蛋白相关凝血抑制剂(LACI-D1)的第一个Kunitz结构域构建的噬菌体展示文库作为支架发现了Ecallantide。该药于2009年批准上市，用于治疗遗传性血管性水肿(HAE)这种罕见的遗传性疾病。
+ m; y" E1 C7 k# U# r( |. \Romiplostim (Nplate？)! Q, o# V( R/ E% w- O' y
Romiplostim含有两个相同的亚单位，每个亚单位分别由一个IgG1 Fc结构区和c-Mpl结合区共价结合构成，结合促血小板生成受体(TPOR)，于2008年由美国FDA批准上市，该药物是首个由FDA批准的肽体药物，也是首个并且是唯一的血小板生成药物。0 y$ a4 J2 i: K
Raxibacumab (Abthrax？)
* O+ y! r9 u# iRaxibacumab是一种人源单克隆IgG1λ抗体，用于治疗和预防由炭疽杆菌感染造成的疾病，Raxibacumab结合炭疽杆菌的保护性抗原，阻止细菌毒素的释放。该药由Human Genome Sciences研发，试验证明，Raxibacumab明显增加了兔子与猴的生存期。/ x( p& B, y2 }- v6 T% I' G/ X
Necitumumab (Portrazza？)) b9 B: ^7 E, ?; j+ @, L( o
Necitumumab由ImClone Systems、Eli Lilly与Bristol-Myers Squibb三公司利用“de Haard”Dyax Fab噬菌体展示技术文库，共同合作研发，该药靶向表皮生长因子受体(EGFR)。在该药的研发过程中，表皮样癌细胞作为抗体筛选的靶点，Necitumumab对该细胞的亲和性为3.3±0.5nM。2015年，Necitumumab被批准上市，与gemcitabine与cisplatin联用治疗鳞状非小细胞肺癌。/ V. T9 q4 G; ]  @& g# R; a
Ramucirumab (Cyramza？)
/ E/ V8 S8 A7 m! p( `3 r$ q$ c. ~Ramucirumab也是从deHaard Fab噬菌体展示技术文库中筛选得到的，VEGFR2药物，Ramucirumab是利用人类Fabs非免疫的噬菌体展示技术文库，通过PCR扩增得到的人源重链与轻链。在临床前研究中，该药显示出优良的抗肿瘤活性，在临床III试验中显示，该药对多种肿瘤具有显着的抑制效果。2014年由美国FDA批准上市，用于治疗晚期胃癌或胃食管结合部腺癌。. g, Q$ X9 w  r
总结" z8 \$ R" I7 c" r
除了上述的上市药物，还有更多的药物处于正在临床试验中。在抗体药与蛋白质药物筛选方面，噬菌体展示技术显示出巨大的优越性，提高了药物研发的成功率，也节省了药物筛选的时间与费用。(生物谷Bioon.com）5 V& f4 ?' B( z' n! M9 M