张文宏看好的单克隆抗体技术,会成为新冠病毒的克星吗?

抗体的人源化改造是该技术发展难题。

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张文宏看好的单克隆抗体技术,会成为新冠病毒的克星吗?

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新冠病毒渲染图

新冠病毒渲染图

钛媒体注:本文来源于微信公众号深网腾讯新闻(ID:qqshenwang),作者丨张睿 戴月荷,编辑丨康晓,钛媒体经授权发布。

“单克隆抗体技术在未来可以替代恢复期血浆治疗。”近日在腾讯新闻《财约你》的访谈中,张文宏表示。

在此次被用于治疗新冠病毒患者之前,血浆治疗方法已经有100多年的临床应用历史。

1891年圣诞节,德国军医埃米尔·阿道夫·冯·贝林成功地用羊的血清治愈了一例住院在柏林医院内的白喉患儿,这让欧洲医学界看到了曙光。在此之前,欧洲每年有近5万多名儿童死于白喉。

贝林“血清疗法”的灵感源于一只老鼠。在研究中,贝林发现让牧民和牲畜深受其害的炭疽病从未对老鼠产生影响,因为老鼠血清能摧毁炭疽杆菌。受此启发,贝林尝试将白喉杆菌打入小白鼠身体里。多次实验后,贝林发现被注入白喉杆菌的小白鼠的血清中产生一种能抵抗白喉的特异性物质,具有中和毒素的作用。

1892年,法兰克福化学制药公司找到贝林希望与其合作,并于1894年开始生产和销售白喉疫苗。因为首创白喉的血清疗法,贝林于1901年被授予首届诺贝尔生理学或医学奖。

通俗的讲,血清疗法是将治愈患者的血清注射到对应血型以及相应疾病的患者身上以达到治疗的效果。在此后人类与病毒和疫疾抗争史中,血清疗法成为不可或缺的治疗方法之一。

2020年2月14日,中国生物武汉新冠肺炎康复者血浆采集和治疗项目工作组及武汉血液中心发出《新冠肺炎康复者血浆捐献倡议书》,恳请新冠肺炎康复者朋友献出爱心捐献血浆,力所能及地帮助仍处于危难之中的其他患者。在此前的治疗里,已经有新冠危重患者在接受血浆治疗后临床体征和症状明显好转。

“恢复期的血浆治疗就是用新冠病毒病人康复后体内产生的抗体去给其他新冠患者使用,但血浆治疗有一个弊端,产量不够,一个病人至少需要4个治愈者捐献血浆。” 张文宏认为,现在国际上研究的单克隆抗体技术在未来可以替代恢复期血浆治疗。

而据《华盛顿日报》报道,包括诺贝尔生理或医学奖获得者迈克尔·罗斯巴什在内的12位科学家曾在提交的“新冠时代的曼哈顿计划”中指出,要防止新冠肺炎第二波流行,单克隆抗体是最有希望的抗病毒选项。

什么是单克隆抗体技术?他能成为新冠病毒的克星吗?单克隆抗体药物何时能够面世?这种抗体与疫苗有何不同?

解释这些之前疑惑我们要先认识人体的免疫系统。

人体防御

通过长期与细菌和病毒的抗争,人类通过自身进化构建了免疫系统的三道防线:皮肤和黏膜及其分泌物构成第一道防线;体液中的杀菌物质和吞噬细胞构成第二道防线;由免疫器官(扁桃体、淋巴结、胸腺、骨髓、和脾等)和免疫细胞(淋巴细胞、单核/巨噬细胞、粒细胞、肥大细胞)借助血液循环和淋巴循环构成的第三道防线。

也正是这三道防线帮助人类抵御了绝大多数的病毒和细菌入侵,免疫系统从婴儿出生开始也在“记住”这些微生物,在抗击部分病源过程中人体会产生抗体并终生免疫。疫苗的工作原理则是通过模仿细菌或者病毒侵入身体的过程,从而激活我们的免疫系统,其成分通常是不具感染能力的病毒。

作为人体免疫系统的第一道防线,皮肤虽然能够抵挡绝大部分病毒的入侵,却也有致命的弱点,那就是通往外界的开放通道——嘴巴、鼻子和眼睛。我们会触碰物体,会摸嘴唇,揉眼睛,擦鼻子,借此病毒得以入侵,一旦进来了,就难以驱逐。

这支“外来大军”,通过喷嚏传播,被吸入我们体内。病毒的结构比细胞要简单得多,概括起来便是蛋白质衣壳包裹着遗传物质,其遗传物质则有DNA和RNA两种。

病毒进入细胞需要先和细胞表面的受体结合,而病毒表面的突触蛋白就像是一串钥匙,受体蛋白就相当于锁。

以新冠为例,其病毒通过嵌在病毒脂质包膜上的刺突糖蛋白(S)识别人宿主细胞的受体ACE2,进而打开细胞膜,劫持细胞的生理结构,随后进行无限自我复制并入侵新细胞。

当然,人体免疫系统并未就此罢工,病毒在入侵人体过程中也会刺激B淋巴细胞分化成效应B淋巴细胞,这种细胞能特异性地分泌针对病毒的抗体,抗体与突触蛋白结合并阻止其与细胞表面的受体结合,从而阻止进一步感染。

与抗体结合的病毒也会很快被人体吞噬细胞发现、吞噬并消化,最终转换成人体能够利用的氨基酸等物质。抗体是消灭病毒最直接有效的手段,无论是人体正常免疫系统还是疫苗研发,亦或是难度更高的基因工程,其最终的解决办法都要回归到抗体。

血浆疗法的原理亦是如此,新冠病毒康复者血清中含有抗体,它们也可用于新冠患者的治疗。如张文宏所说:“血浆治疗一个弊端,产量不够,一个病人至少需要4个治愈者捐献血浆。”

“单克隆抗体”却能够很好地解决这一弊端。

研制“生物导弹”

单克隆抗体,简单理解便是“用克隆效应B细胞的方式大量制备单一抗体”,整个过程发生在人体之外,需要极其精准的提纯技术。单克隆抗体成分单一,就像导弹一样,可精准击中入侵人体病毒的某个抗原部位,因此被形容为“生物导弹”。

从1975年鼠源单抗被研发出来至今,单克隆抗体已经发展到了第四代。

B淋巴细胞虽然可以体外利用培养基培养,但却无法在体外长期复制存活,生产抗体能力十分有限。1975年,分子生物学家G.J.F.克勒和C.米尔斯坦在自然杂交技术的基础上,创建立杂交瘤技术,他们把可在体外培养和大量增殖的小鼠骨髓癌细胞与经抗原免疫后的纯系小鼠B细胞融合,成为杂交细胞系。得益于癌细胞在体外无限增殖的特性,与B淋巴细胞进行融合的杂交瘤细胞也具备了无限增殖的能力,大量制备某单一抗体具备可能性。

随着科学技术的进步,单克隆抗体的制备及纯化过程已经相当成熟,但是人体免疫系统却可以识别鼠源性单抗,抗体的人源化改造就成了该技术发展难题。

1984 年 Morrison等人成功地构建了第一个人鼠单克隆抗体即嵌合抗体。为了进一步减少鼠源性成分,医学界开始在人鼠嵌合抗体的基础上对人鼠嵌合抗体进行改型,人鼠嵌合抗体成为最早出现的人源化抗体。

1986 年,Jones 等人成功构建了第一个改形抗体,将鼠单抗可变区中互补决定区 (CDR ) 序列取代人源抗体相应 CDR 序列, 重组构成既具有鼠源性单抗特异性,又保持人抗体亲和力的 CDR 移植抗体,这就成了我们现在常说的人源化抗体。

问题是,无论是人鼠嵌合抗体,还是人源化抗体,只要它们还携带的小鼠蛋白,就无法完全避免进入人体后的免疫排斥或超敏风险,唯一的机会就是全人源。

但全人源并不容易,在1975年杂交瘤技术成功之后,就有很多科学家尝试将人的B细胞与骨髓瘤细胞融合,以生产全人源的单抗药物,但所有的尝试都没有成功,直到1985年George Smith开发出噬菌体展示技术。

1990年,剑桥大学Gregory Winter的团队利用噬菌体展示技术,成功获得了正常折叠且功能完整的人源抗体片段,有了这个最重要的部分,只需再通过分子生物学手段把它嫁接到恒定区上,一个完整的全人源抗体就诞生了。

全人源化单抗可以克服人抗鼠抗体反应,避免单抗分子被免疫系统当作异源蛋白而被快速清除,提高单抗分子的生物学活性。

截至目前,单抗药物已经成为生物医药的重要组成部分,全球已有近百个单抗药物上市,用于治疗肿瘤、自身免疫性疾病、感染性疾病和移植排斥反应等多种疾病。例如抗埃博拉病毒的抗体药REGN-EB3就是一种单克隆抗体,可救活94%的患者。

新冠克星?

据医学预印本网站MedRxiv于3月24日刊登的陈志南院士等人的论文显示,他们已完成一项人源化抗CD147单克隆抗体(Meplazumab,美普拉珠单抗)治疗新冠肺炎的小型临床试验(NCT04275245),显著改善了新冠肺炎患者的症状,并将病毒核酸转阴时间从平均13天缩短到3天。

6月5日,国家食品药品监督局正式批准中科院微生物研究所抗疫科技攻关团队研制的新冠病毒全人源单克隆抗体的临床试验申请。I期临床试验将在健康人体内进行安全和剂量测试,这也是全球首个已经完成了非人灵长类动物实验后,在健康人群中开展的新型肺炎治疗性抗体临床试验。

中国之外,美国相关研究机构和医药企业也在开展单克隆抗体的临床试验,甚至将治疗新冠肺炎的单抗疗法直接推入临床III期试验。据生物世界(Bioworld)网站报道,瑞士罗氏集团下属基因泰克公司于2020年3月16日宣布,将计划于4月份在全球开展一项随机、双盲、安慰剂对照的临床III期试验,用白细胞介素6(IL-6)抑制剂即托珠单抗(Tocilizumab)治疗重症新冠肺炎患者,将招募330位患者。

“全人源抗体疗法也面临着一系列的挑战”,武汉大学医学部病毒所杨占秋在接受采访时公开表示。“首先是时间的挑战。通常而言,一款新药从研发到上市通常需要3-5年的时间,即使像新冠疫情这样的在特殊背景下加速研究,至少也需要2年左右。这让一些抗体药物的研究远水解不了近渴。其次,由于新型冠状病毒是RNA病毒,RNA病毒最大的特点是变异快。而抗体药物具有明确的针对性,如果抗体药物针对的病毒靶点发生了突变,就可能面临失效”。

除研发新冠抗体药物治疗新冠外,各国也在紧锣密鼓研发新冠疫苗以预防新冠。目前,全球共有150多种新冠病毒候选疫苗正处于不同的开发阶段,其中20多种已经在进行人体试验。

7月29日,据北京市发改委主任谈绪祥在市十五届人大常委会第二十三次会议上作《关于北京市2020年国民经济和社会发展计划上半年执行情况的报告》上表示,5个新冠疫苗获批进入临床研究,其中2个已进入Ⅲ期临床试验;4个中和抗体药物获批临床试验。

而在国外,据CNN报道,俄罗斯可能成为世界上第一个批准新冠病毒疫苗上市的国家。据CNN报道,“俄罗斯多名官员表示,他们正在努力争取在8月10日或更早的日期批准这种疫苗上市,这种疫苗是由总部设在莫斯科的加马列亚研究所研制的。假如这种疫苗获得批准,一线医护人员将首先获得它,随后供公众使用”。

而美国已经有医药公司开始出售正在研制的新冠疫苗。

而据英国《金融时报》报道,美国莫德纳公司已经计划以每两剂(一个疗程)50至60美元(约合350元至420元人民币)的价格出售正在研制的新冠疫苗。《金融时报》在报道中援引不愿具名人士的说法,莫德纳公司正与美国等一些高收入国家和地区的政府洽谈研发成功后出售疫苗。莫德纳公司发言人证实,该公司的确正在与一些政府洽谈出售疫苗,但以商业秘密为由拒绝披露定价,一名了解洽谈情况的人士说,疫苗最终价格还没定。

值得一提的是,莫德纳公司是美国“曲率极速行动”计划的企业名单。今年4月,莫德纳公司获得了BARDA(美国政府的生物医学高级研究和开发管理局)提供的4.83亿美元资金。7月,莫德纳公司又获得BARDA追加的4.72亿美元资金。“曲率极速行动”计划的目标是缩短研发新冠疫苗所需的时间,在2021年开始提供数百万剂安全有效的新冠疫苗。

依据共进化理论,地球生命在初始期(40亿年前)便出现分化,朝着两种截然不同的方向发展。一种变得更复杂,变成细胞,最终进化成我们这样的有机体。另一种则保持最简单的构造,例如病毒,利用细胞为自己服务,进行自我复制。

即便在今天,这场病毒对决细胞的战争,无时无刻不在人类体内上演,而你我却不知情。这些无情的微型机器通过杀害细胞而繁殖,在细胞内部也有一整套机制在不断消灭病毒。这场战争可以追溯到四十亿年前的战争改变了细胞进化的原有路线,也改变了人类的进化历程,至今仍在进行。

诺贝尔奖得主乔舒亚莱德伯格博士曾说:“最后获胜的一定是病毒。”

扑灭天花病毒是目前公共卫生领域最大的胜利,世卫组织的天花根除计划是二十世纪医学最让人震惊和感动的故事。以天花来说,人类已经赢了。天花病毒之外,细胞还面临着诸多病毒周而复始的入侵。

细胞vs病毒,这场已经持续了四十亿年的战争势必也将长期演化下去。这场永不停歇的竞赛使我们进化,如果没有和宿敌之间的殊死战斗,我们也不会进化成今天的样子。

而那些杀不死人类的病毒,都将使人类变得更加强大。

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