antibody therapeutics创刊 | 何苗壮：寻找“魔弹”
antibody therapeutics主编何苗壮教授
作者：何苗壮
翻译：张宏宇
校正：王楠
编辑：王宝龙
治疗性抗体技术已经历经四十余年的发展历史。尽管抗体工程技术仍有进一步优化改进的空间，但抗体工程核心技术已经基本建立，这些方法产生的许多抗体在临床上也得到了验证。在这个前提下，单域抗体的开发是一个在将来可能会取得重要突破性进展的领域。
我很荣幸地介绍牛津大学出版社出版的华人抗体协会旗下期刊 antibody therapeutics（译者注：抗体药物）。在2016年一个普通的日子里，我收到一条从王守业博士（也就是后来的华人抗体协会的第一任会长）发来的微信信息，邀请我加入位于波士顿的一个兴趣小组（译者注：就是bc抗体论坛微信群）。这个兴趣小组主要由一群在抗体工程及抗体药开发领域有着浓厚兴趣的华人科学家组成。巧合的是，早在2011年我就在马里兰州的bethesda成立过一个类似的兴趣小组，名字为美国国立卫生研究院（nih）抗体兴趣小组。于是，当王博士对我初步介绍这个兴趣小组的时候，我立刻意识到了两个团体有着非常类似的目标。仅仅几个月之后，我欣喜地得知这个兴趣小组已经发展为华人抗体协会并注册为501(c)非营利性组织，协会已经有了超过500名会员注册（译者注：截至发稿时间，华人抗体协会已经有1300名会员），并且将在2017年4月在美国麻州剑桥的万豪酒店举办第一届年会。我荣幸的受邀成为协会的顾问委员会主席。记得在这次年会里，抗体领域的许多精英云集，济济一堂，碰撞出了耀眼的科学火花。在这样的氛围下 ，协会雄心勃勃地决定创办一份专业的国际学术期刊，而我被邀请成为创刊主编。怀着对这份期刊热切的期待，我接受了这个邀请，并且建议将它命名为antibody therapeutics。我把这份尚在襁褓的期刊定位为一份服务全球抗体学界的、同行评审的开放式期刊。过去的一年中，在许多个工作之余的夜晚和周末闲暇的时间，我们初创团队反复地讨论期刊编委会组建以及年轻助理编辑的招募。我们认真讨论了如何挑选出版商、期刊的logo、期刊网站的测试以及为作者和审稿人撰写的指南。我必须承认创办一份刊物所需要花费的精力远超我此前的想象。我们为能把这份期刊介绍给抗体界的同行们而感到由衷的开心。欢迎大家把最好的原创试验结果、抗体领域新方法或新技术、综述投寄给我们期刊！
抗体疗法在当代的癌症治疗领域里扮演着无可或缺的角色。以细胞表面抗原为靶点的抗体在多个方面效果显著：它们可以调控癌症细胞的信号传导，引导免疫系统识别癌细胞，以及运送细胞毒素来直接杀灭癌细胞（图一）。过去四十余年里，随着基因工程、蛋白质工程、细胞工程和转基因动物技术的发展，治疗性抗体的技术也有着巨大的进展。正如免疫学泰斗paul ehrlich在一个世纪以前所描述的“魔弹”那样，靶点特异性的单克隆抗体被誉为治疗癌症、传染病和其他疾病最有前景的“魔弹”。1975年，剑桥大学分子生物学实验室 (lmb) 的césar milstein 和 georges köhler第一次成功地把骨髓瘤细胞和免疫淋巴b细胞融合在一起，并用得到的单克隆融合细胞生产出了单克隆抗体，这就是著名的杂交瘤技术。值得一提的是，césar milstein 和 georges köhler所用的骨髓瘤细胞，正是位于bethesda的nih科学家michael potter提供的。但是， 鼠源抗体有免疫原性，在血液里的半衰期较短。因此，人鼠嵌合抗体、人源化抗体或者全人源抗体，在研发具有显著效果的癌症疗法中的必要性就凸显了出来。蛋白质工程技术在过去二十年的重大进展，使得抗体从单纯的研究和诊断工具转变为一类重要的靶向疗法。
figure 1. mechanisms of antibody-based cancer therapies. antibodies to cell surface antigens are potentially effective in several ways. first, antibodies directly inhibit tumor cell proliferation via inducing apoptosis or inhibiting key signaling pathways for cell growth. second, antibodies can kill targeted tumor cells by initiating antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (adcc) and complement-dependent cytotoxicity (cdc). third, antibodies can recruit immune cells such as t cells or car t cells. finally, antibodies can be used to deliver cytotoxins including bacterial toxins (immunotoxins) or small toxic molecules (antibody-drug conjugates) to kill tumor cells.
第一个在临床上得到验证的人源化技术，是将鼠源抗体的cdr区域嫁接到人类抗体的序列上。这项技术最早的成功，是将鼠源4d5抗体的cdr嫁接到人源抗体的框架上，由此开发出了具有显著治疗效果的曲妥珠单抗。除了人源化抗体，全人源的抗体也分别通过转基因小鼠(如：panitumumab, golimumab, canakinumab, ustekinumab, ofatumumab, denosumab, ipilimumab, nivolumab 和 alirocumab) 和噬菌体展示技术(如：adalimumab, belimumab， raxibacumab) 被研发出来 （图2），这些全人源抗体已经获批上市或者正在不同的临床试验阶段。1990年代，研究人员在转基因小鼠体内成功产生了第一个全人源抗体：他们把外源的人类免疫球蛋白基因位点嵌入小鼠的基因组中，并由此破坏掉小鼠自身的免疫球蛋白基因。在这之后，研究人员又成功尝试了把人类抗体的可变区基因片段（而不是整个抗体的基因 ）嵌入小鼠基因组，以提高小鼠杂交瘤的效率。这些进展都是为了开发出具有对癌症靶点能产生更持久免疫效果的抗体。此外，利用噬菌体展示，人源抗体的fab或单链fv的片段可以从超过1010的抗体基因库中被筛选出来。除了噬菌体展示技术，研究人员也开发了酵母和哺乳动物细胞的展示技术，不同的是这两项技术将重组的抗体片段表达在真核细胞的表面，这样就能使研究人员用流式细胞仪把那些对抗原分子具有高亲和力的细胞分离出来。
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.
尽管从b细胞里直接分离出人单抗看起来很有吸引力，但事实上在早期是一件非常困难的事情。近年来， 通过对一些非进展性hiv感染病人的b细胞群的研究，研究人员发现了一种针对hiv的广谱中和抗体，并且用先进的b细胞分选技术和单细胞rt-pcr测定了该抗体的基因序列。但是，这些技术能否在癌症患者体内发现治疗性的抗体，依然是个未知数。即便如此，近期的一项研究表明通过b细胞克隆技术获得的人源抗体在癌症疗法中依然有应用的前景。此外，一些研究人员试图把b细胞永生化，用来筛选某些特异性的抗体。早在1970年代晚期，就有研究人员开发出用ebv病毒来实现b细胞永生化的方法。但是这项技术的缺点是需要筛选极大数量的b细胞来获得非常罕见的具有特异亲和性的细胞系。因此，近期开发的一些技术帮助实现了生产抗体的b细胞的培养，其中一项技术是通过工程化改造b细胞来表达一些关键的增殖因子，例如bcl-6和bcl-xl，并通过添加cd40l和il-21来激活b细胞。
虽然在抗体工程的技术领域仍可能有进一步优化改进的空间，但是相关的核心技术已经大致趋于成熟，并且其中不少技术已经在临床上得到了的验证。在这个前提下，单域抗体的开发，例如骆驼的vhh和鲨鱼的vnar，可能是一个在不久的将来会取得重大突破性进展的方向（图3）。这些抗体分子代表着一个新颖、独特的产品门类：分子量小，易于表达和生产，稳定性高，以及能够穿透组织接触那些被重重包裹的肿瘤或者病毒的抗原分子。近几年来，我实验室和合作者们研发了一系列的具有高亲和力的人源单域抗体，用于识别肿瘤特异性的抗原分子，诸如mesothelin, gpc2以及 gpc3。在相关的研究中，我们发现单域抗体可以用来抑制wnt，yap和其他在癌细胞增殖中重要的信号传导通路。有趣的是，完全人工设计的单域抗体分子也已经开始有所报道， 值得关注。新一波单域抗体能否会最终成为我们应对癌症和其他疾病的魔弹？让我们拭目以待。
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).
靶向治疗虽然已经发展了四十余年，遗憾的是，我们大部分的治疗手段依然无法对造成90%的病患死亡的实体瘤产生作用。因此，发现新的癌症抗原仍然是人类寻找“魔弹”征程中最大的挑战之一。正如美国癌症登月计划的蓝带委员会总结的那样，对于绝大多数的恶性肿瘤， 我们对什么样的肿瘤特异抗原可以用来安全地有效地区分肿瘤以及正常组织仍然知之甚少。多年来， 我实验室一直在研究mesothelin和肌醇蛋白聚糖gpc3这两个实体肿瘤抗原作为抗体治疗的靶点。事实证明， mesothelin和gpc3是为数极少在临床上正在进行试验的实体肿瘤靶点。 除了肿瘤特异抗原外，肿瘤特异性的突变，例如 egfrviii 和kras，也为靶向治疗提供了很好的机会。基因组学将继续为靶点的验证提供新的支持。除此之外，蛋白质组学和糖组学也会为验证那些存在于肿瘤微环境里的诸如肿瘤特异的蛋白剪切变异体或者异形体、肿瘤特异的具有独特构造的蛋白、糖基化和其他经过翻译后修饰的蛋白靶点提供依据。在我看来，现在是为我们的协会成员们创办一份促进跨领域交流的学术期刊的最佳的时机。系统生物学的方法可能在未来我们征服癌症的道路上为我们提供新的思维。我们由衷希望这份期刊会成为一个能够加强协会会员乃至其它业内同行之间职业关系网、教育和职业发展的平台。
我很荣幸成为这份新期刊的第一任主编。我相信抗体治疗是当代医学领域发展最快的一个分支。我由衷感谢王守业博士对我的信任，也感谢安志强教授帮助我并出任期刊副主编，以及胡天岑、王颂煜、张宏宇和邓觅四位博士担任期刊的助理编辑，当然还感谢所有编委会的成员们对期刊的大力支持。我最后感谢牛津大学出版社的nikul patel和margaret graton为期刊的出版提供高质量的专业服务。
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.
单域抗体是抗体工程领域里一个新的成员。不同于普通抗体 (fv)，单域抗体（譬如， 鲨鱼单域抗体vnar）可以结合酶蛋白上面隐蔽的功能区域， 从而抑制其底物分子的结合。
antibody therapeutics创刊 | 何苗壮：寻找“魔弹”-凯发k8一触即发
文章来源：公众号“华人抗体”，经授权转发。
