基因工程抗體

1、基因工程抗體 和 新型抗體 第一節(jié) 小分子抗體 第二節(jié) 雙價及雙特異抗體分子 第三節(jié) 抗體免疫偶聯(lián)物 第四節(jié) 抗體融合蛋白 第一節(jié) 小分子抗體 抗體分子的抗原結(jié)合部位局限在可變區(qū) 組成的Fv段，從而可以構(gòu)建分子量較小 的具有抗原結(jié)合功能的分子片段，稱為 小分子抗體。 優(yōu)點 可以在原核細(xì)胞表達(dá)，降低生產(chǎn)成本； 分子量小，易于穿過血管壁或組織屏障，進(jìn)入病 灶部位，有利于對腫瘤等疾病的治療； 不含F(xiàn)c段，可減少因廣泛分布的Fc受體而帶來的 不利影響，如放射免疫顯像時的本底； 在體內(nèi)半衰期短，雖在靶向治療時不利，但有利 于體內(nèi)毒性物質(zhì)的清除和降低放射免疫顯像的本 底； 易于進(jìn)一步進(jìn)行基因工程改造，如構(gòu)

2、建抗體融合 蛋白等。 一、Fab 由重鏈Fd段和完整的輕鏈組成，兩 者通過一個鏈間二硫鍵連接，形成 異二聚體，是完整抗體分子的三分 之一，僅有一個抗原結(jié)合位點。 早期Fab段的制備通過木瓜蛋白酶對 完整抗體分子酶解后分離純化獲得， 現(xiàn)已能從大腸桿菌表達(dá)獲得。 Papain Fc Fab Fab段由于有二硫鍵連接輕鏈和Fd段，分 子結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，且較好地保持了天然 抗體分子的Fv段的結(jié)構(gòu)。 但其在原核細(xì)胞的表達(dá)因雙鏈結(jié)構(gòu)而較 為困難，分泌型表達(dá)受到蛋白分子穿過 內(nèi)膜和折疊效率低下的影響表達(dá)量較低。 主要用作實驗室研究工具主要用作實驗室研究工具，如作為 抗體分子片段構(gòu)建噬菌體抗體，鑒定抗 體可變區(qū)

3、基因的功能活性等。 二、Fv 是抗體分子中保留抗原結(jié)合部位的最小功最小功 能片段能片段，由輕鏈可變區(qū)和重鏈可變區(qū)組成， 兩者以非共價鍵結(jié)合在一起。 通過將Vh和Vl轉(zhuǎn)送到大腸桿菌周質(zhì)腔，可獲 得有功能的Fv段。但極不穩(wěn)定，使用很少極不穩(wěn)定，使用很少。 三、ScFv 是由一條鏈接肽（linker)將VH和VL連在一起所 形成的兩個可變區(qū)首尾相接的單一肽鏈，通過 正確折疊，兩個可變區(qū)由非共價鍵形成具有抗 原結(jié)合功能的Fv段。 此單一肽鏈的結(jié)構(gòu)既有利于在大腸桿菌的表達(dá) 和進(jìn)行基因重組操作，也增加了Fv的穩(wěn)定性。 由于其易于構(gòu)建和表達(dá)，是目前報道最多的目前報道最多的 基因工程抗體基因工程抗體。 構(gòu)建

4、VH-linker-VL或或VL-linker-VH, 兩種方式構(gòu) 建的ScFv的特異性和親和力相同。 Linker對保持親本抗體的親和力有重要影 響，應(yīng)不影響Fv的立體結(jié)構(gòu)，其長度應(yīng) 不短于3.5nm，也不宜過長，大多為大多為14- 15個氨基酸殘基個氨基酸殘基。 應(yīng)用最廣泛的是（應(yīng)用最廣泛的是（GGGGS)3，G分子量最小，側(cè)鏈最短， 可增加側(cè)鏈的柔性，S是親水性最強的氨基酸，可增加 linker的親水性。 缺點缺點 有時ScFv比其親本抗體的親和力明顯降親和力明顯降 低低，并常常顯示聚集傾向聚集傾向，尤其在37度 時穩(wěn)定性較差穩(wěn)定性較差，這與輕重鏈可變區(qū)由作 用力較弱的非共價鍵連接在一起

5、有關(guān)。 四、dsFv 在VH和和VL之間導(dǎo)入了一個鏈間二硫鍵之間導(dǎo)入了一個鏈間二硫鍵，構(gòu) 建了disulfide-stabilized Fv, dsFv。 二硫鍵可設(shè)計在CDR也可在骨架區(qū)。由于 CDR涉及抗原結(jié)合，需了解Fv段的立體結(jié)構(gòu) 才能確定正確的引入二硫鍵的部位。在遠(yuǎn) 離CDR的結(jié)構(gòu)較保守的骨架區(qū)設(shè)計二硫鍵， 具備通用性。 迄今已有十余個dsFv見諸報道，與相應(yīng)scFv 相比，其穩(wěn)定性有非常明顯的改進(jìn)穩(wěn)定性有非常明顯的改進(jìn)。 對于抗體的抗原結(jié)合活性，dsFv與scFv相比 則有不同情況，有的結(jié)合能力不變，有的 增強，有的下降。 應(yīng)用前景 靶向載體：抗體分子能與抗原特異性結(jié)合 的特性可用

6、于臨床某些疾病，尤其是腫瘤 的顯像定位診斷和靶向治療。 構(gòu)建其它工程抗體：scFv可進(jìn)一步改建為雙 鏈抗體、三鏈抗體及diabody等多價小分子 抗體，也可與其它基因融合構(gòu)建免疫毒素 等抗體融合蛋白，用于臨床靶向治療。 細(xì)胞內(nèi)抗體（intrabody) 將小分子抗體基因?qū)爰?xì)胞內(nèi)，使其在細(xì)胞內(nèi)特 定部位表達(dá)，通過與靶抗原的結(jié)合影響其生物學(xué)通過與靶抗原的結(jié)合影響其生物學(xué) 活性活性，即為細(xì)胞內(nèi)抗體。 通過對小分子抗體基因的修飾可將其表達(dá)到細(xì)胞通過對小分子抗體基因的修飾可將其表達(dá)到細(xì)胞 的不同部位的不同部位，如將前導(dǎo)肽中的疏水區(qū)換成親水氨 基酸殘基或?qū)⑶皩?dǎo)肽去除，失去分泌能力的抗體 分子可表達(dá)在細(xì)胞

7、漿內(nèi)；將前導(dǎo)肽的疏水區(qū)換成 核定位前導(dǎo)序列，可表達(dá)在細(xì)胞核內(nèi)。 細(xì)胞內(nèi)抗體的應(yīng)用細(xì)胞內(nèi)抗體的應(yīng)用 表型敲除表型敲除：在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)特定抗體分子阻斷某 內(nèi)源蛋白的活性，可用研究靶蛋白的生物學(xué)功 能。 基因治療基因治療：通過細(xì)胞內(nèi)抗體對某些蛋白功能的 干擾也可達(dá)到基因治療的目的，如利用癌基因 的細(xì)胞內(nèi)抗體為抗腫瘤的基因治療提供了一個 新的途徑。 目前抗HIV gp120（外殼蛋白）的Fab段和抗Tat （調(diào)節(jié)蛋白）的scFv已進(jìn)入臨床試用。 五、單域抗體 有些抗體的重鏈可變區(qū)單獨也可以結(jié)合抗原，從而提 出分子量更小的單域抗體（single domain antibody): VH。 又稱納米抗體（n

8、anobody）或重鏈抗體（heavy chain antibody，hcAb）。 是從駱駝科動物和鯊魚的血清中分離出的一種抗體， 其體積約為傳統(tǒng)抗體的1/10。 優(yōu)點優(yōu)點：分子量進(jìn)一步減小，有利于小分子抗體的應(yīng)用； 操作簡便；較Fv和scFv更為穩(wěn)定；其抗原結(jié)合部位的構(gòu) 象較為特殊，可造成特殊的抗體抗原結(jié)合形式，CDR可 插入抗原表面的凹陷中。在免疫實驗、診斷與治療中，在免疫實驗、診斷與治療中， 它將發(fā)揮超乎想象的巨大功能它將發(fā)揮超乎想象的巨大功能。 第二節(jié) 雙（多）價及雙特異抗體分子 所有天然抗體分子至少是雙價的，而生物性抗原抗原也 往往是多價多價的，如病毒表面有重復(fù)性蛋白結(jié)構(gòu)重復(fù)性蛋白結(jié)

9、構(gòu)，細(xì) 胞表面有多副本的膜蛋白。 多個抗原結(jié)合部位同時與同一表面上重復(fù)存在的抗 原決定簇結(jié)合可以得到更高的功能性親和力更高的功能性親和力 （avidity)。 多價結(jié)合多價結(jié)合還可以引起進(jìn)一步的效應(yīng)效應(yīng)：如有些多價抗 體與細(xì)胞表面分子結(jié)合時，可引起與單價抗體完全 不同的效果，導(dǎo)致受體交聯(lián)，激發(fā)細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)致受體交聯(lián)，激發(fā)細(xì)胞內(nèi)的信號傳 導(dǎo)，誘發(fā)細(xì)胞的激活或凋亡導(dǎo)，誘發(fā)細(xì)胞的激活或凋亡等生物學(xué)效應(yīng)。 將小分子抗體改建為雙價或多價成為抗體工程 中活躍的領(lǐng)域之一。 一、雙價及多價抗體分子 （一）體外交聯(lián)體外交聯(lián)構(gòu)建雙價抗體 在小分子抗體的羧基端設(shè)計半胱氨酸殘基，在 體外通過化學(xué)交聯(lián)成為雙價抗體分

10、子。（應(yīng) 用不多） （二）通過自聚化結(jié)構(gòu)域自聚化結(jié)構(gòu)域建雙（多）價抗體 將具有自聚化傾向的結(jié)構(gòu)域（dimerization domain 或association domian)連接在單價小分 子抗體的3端，可促使抗體分子片段多聚化。 （三）雙鏈抗體（diabody)及三鏈抗體 （triabody) 通過縮短縮短scFv的接頭的接頭，使兩個單鏈抗體分子間互 相形成VH和VL配對，以非共價鍵結(jié)合在一起形成二 聚體，從而構(gòu)建出的雙價小分子抗體。 如果將兩個不同特異性的單鏈抗體分子的VH和VL 交叉組合構(gòu)建兩個雜合的單鏈抗體兩個雜合的單鏈抗體基因，重組到同 一表達(dá)載體中，則可在大腸桿菌中表達(dá)出雙特異

11、雙 鏈抗體。 縮短scFv的接頭不僅可形成雙鏈分子，還 可產(chǎn)生三鏈抗體（triabody,三價）以及四 鏈抗體（tetrabody,四價）分子。 雙鏈抗體和minibody迄今顯示了最好的腫 瘤靶向、瘤組織穿透力和血清清除率的平衡， 可能成為免疫治療最具潛力的載體。 二、雙特異抗體雙特異抗體 通過人為的操作使一個抗體分子一個抗體分子具有兩種不同的兩種不同的 特異性特異性，其中一個特異性指向體內(nèi)的效應(yīng)系統(tǒng)， 另一個特異性結(jié)合靶抗原，將激活的生物效應(yīng)橋 連于治療靶標(biāo)，達(dá)到治療目的。 這種特殊的作用機制使雙特異抗體成為引人注目 的免疫治療藥物免疫治療藥物，目前其應(yīng)用的主要目標(biāo)是腫瘤主要目標(biāo)是腫瘤，

12、其次在感染性疾病也展示了誘人的前景。 28 雙特異抗體在腫瘤診斷和治療中的應(yīng)用 介導(dǎo)細(xì)胞免疫的細(xì)胞毒性效應(yīng)介導(dǎo)細(xì)胞免疫的細(xì)胞毒性效應(yīng) 通過BsAb介導(dǎo)細(xì)胞毒作用殺死腫瘤細(xì)胞殺死腫瘤細(xì)胞是當(dāng) 前免疫治療應(yīng)用研究的熱點，其主要模式是 BsAb同時結(jié)合效應(yīng)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的表面抗原， 直接觸發(fā)效應(yīng)細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的特異性殺傷。 31 雙特異性抗體的效應(yīng)靶 效應(yīng)細(xì)胞效應(yīng)細(xì)胞靶分子靶分子 效應(yīng)效應(yīng) T細(xì)胞 TCR/CD3,CD2殺傷腫瘤細(xì)胞 NK細(xì)胞 FcRIII,CD44,CD56,CD38 殺傷腫瘤細(xì)胞 病毒感染細(xì)胞 中性粒細(xì)胞FcRI,CR3, Fc RI 殺傷腫瘤細(xì)胞 病毒感染細(xì)胞 單核巨噬細(xì)胞Fc

13、RI,CR3, FcRI 殺傷腫瘤細(xì)胞 病毒感染細(xì)胞 樹突狀細(xì)胞FcR抗原遞呈 紅細(xì)胞CR1免疫粘附 雙特異抗體的研究已經(jīng)發(fā)展到了一個重要的階 段,從抗體的穩(wěn)定性產(chǎn)量和純度來說,有些已基 本上滿足了臨床上的要求. 抗CD3/抗腫瘤雙特異抗體在臨床上具有較好的 應(yīng)用前景,特別是在控制腫瘤的微小轉(zhuǎn)移灶方面 有著重大的臨床應(yīng)用價值,表現(xiàn)為既可能根治腫 瘤,又可以激發(fā)機體自身產(chǎn)生和維持較長時間的 免疫保護作用. 有資料表明,在美國和歐洲等地,目前至少有 10個臨床中心在進(jìn)行這種抗CD3/抗腫瘤( 包括乳腺癌卵巢癌淋巴瘤腎細(xì)胞癌和神經(jīng) 膠質(zhì)瘤等)雙特異抗體臨床試驗,不但安全性 得到證實,而且在一些腫瘤患

14、者,尤其是晚期 腫瘤患者中已觀察到初步療效,特別是治療 B細(xì)胞惡性腫瘤患者時,療效明顯. 安進(jìn)于2012年耗資12億美元收購Micromet公司，獲得了一種 創(chuàng)新的癌癥免疫療法BiTE抗體技。 今年9月，安進(jìn)向FDA提交首個BiTE療法blinatumomab上市 申請。 FDA日前表示，已接受審查BiTE免疫療法blinatumomab生物 制品許可申請（BLA），同時已授予該藥優(yōu)先審查資格。 此前，F(xiàn)DA和EMA均已授予該藥孤兒藥地位，F(xiàn)DA還授予該 藥突破性療法認(rèn)定。 blinatumomab（AMG103）是一種實驗性雙特異性T細(xì)胞銜接器 （BiTE），該藥是一種雙特異性單鏈抗體，靶向

15、CD19和CD3分子。 BiTE抗體，旨在引導(dǎo)人體自身的T細(xì)胞殺手攻擊腫瘤細(xì)胞，并能夠 在低濃度下起作用。BiTE抗體技術(shù)代表了一種創(chuàng)新的免疫治療方法。 blinatumomabBLA的提交，是基于一項II期臨床試驗的積極數(shù)據(jù)， 該項研究在費城染色體陰性（Ph-）復(fù)發(fā)性/難治性前體B細(xì)胞急性淋 巴細(xì)胞白血?。ˋLL）成人患者中開展，數(shù)據(jù)表明，經(jīng)2輪 blinatumomab治療后，43%的患者實現(xiàn)完全緩解或伴有部分血液學(xué) 復(fù)蘇的完全緩解，達(dá)到了主要療效終點。 目前，關(guān)于成人復(fù)發(fā)性或難治性ALL，還沒有廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)治療 方案。blinatumomab有望顯著推進(jìn)該類患者群體的臨床治療選擇， 而

16、BLA的提交，標(biāo)志著實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要里程碑。 Expert Opin Biol Ther. 2015;15(8):1093-9. doi: 10.1517/14712598. Utilizing the BiTE (bispecific T-cell engager) platform for immunotherapy of cancer. Figure 2. Engagement by BiTE antibody constructs leads to activation and polyclonal expansion of T-cells. The activation of T-

17、cells requires the presence of target cells. Upon binding of the BiTE antibody construct to both CD3 on T-cells and the tumor-associated antigen on target cells, the formation of an immunological synapse is forced, thereby bypassing MHC/antigen-dependent activation of T-cells. Activation is achieved

18、 independently of TCR specificity, costimulation, or peptide antigen presentation. Subsequent to formation of the immunological synapse, apoptosis of the target cell is induced 8,9,27,28. 腫瘤導(dǎo)向治療的常規(guī)方法是將MAb與化療藥物、毒素或放射 性核素耦聯(lián)，但往往導(dǎo)致抗體或藥物活性喪失。 BsAb以抗原抗體反應(yīng)代替了化學(xué)耦聯(lián)，從而可較好地介導(dǎo) 藥物或毒素對腫瘤的殺傷效應(yīng)。 首先使針對腫瘤抗原的BsAb定位于靶部

19、位，待循環(huán)中的 BsAb廓清后再注入藥物，能過抗原抗體反應(yīng)使其聚集于腫瘤 部位。 介導(dǎo)藥物的導(dǎo)向治療介導(dǎo)藥物的導(dǎo)向治療 大量實驗證明BsAb介導(dǎo) 的藥物或毒素對腫瘤 的殺傷效應(yīng)明顯優(yōu)于 MAb導(dǎo)向藥物。 在腫瘤放射免疫顯像中的應(yīng)用在腫瘤放射免疫顯像中的應(yīng)用 放射顯像在臨床中應(yīng)用極為廣泛，也為臨床診療提 供了病變定位的指導(dǎo)依據(jù)，但同時放射性標(biāo)記對正常組織 也存在傷害。 BsAb的一條臂針對腫瘤細(xì)胞表面抗體，另一條 臂針對能與放射性核素結(jié)合的半抗原螯合劑，則可 用于腫瘤放射免疫顯像。 研究表明應(yīng)用雙特異性抗體能夠有效提高放射 性標(biāo)記物對病變部位的趨向性，減少對正常組織的 損害。 在免疫相關(guān)性疾病治

20、療中的應(yīng)用在免疫相關(guān)性疾病治療中的應(yīng)用 Tam等研究了IGE/Fc雙特異性抗體對人肥大細(xì)胞和嗜 堿性粒細(xì)胞的作用，提示IGE/Fc雙特異性抗體不僅未 引發(fā)IgE致敏的細(xì)胞中組胺的釋放，而且阻止了引起組胺 釋放的特定抗原的觸發(fā)，證明IGE/Fc雙特異性抗體能 夠應(yīng)用在過敏性疾病的治療，同時抑制肥大細(xì)胞和嗜堿性 粒細(xì)胞的活化抑制; 目前,雙特異性抗體研究最主要的任務(wù)是 需要通過更多的臨床實驗證明它們的有 效性,并在此過程中為雙特異抗體臨床應(yīng) 用制定一些療效標(biāo)準(zhǔn),以便為以后該型抗 體在臨床上廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 有應(yīng)用價值的有應(yīng)用價值的BsAb至少應(yīng)具有以下特性：至少應(yīng)具有以下特性： 高選擇性及高親和

21、性地結(jié)合腫瘤相關(guān)抗原； 在循環(huán)系統(tǒng)中，BsAb與效應(yīng)細(xì)胞或細(xì)胞毒性觸發(fā) 分子應(yīng)有較低的親和力，以限制全身性效應(yīng)細(xì)胞 活化引起的不良反應(yīng)，但當(dāng)BsAb結(jié)合于表達(dá)靶抗 原的腫瘤細(xì)胞時又必須能有效地誘導(dǎo)效應(yīng)細(xì)胞的 細(xì)胞毒性； BsAb應(yīng)為人源化的抗體； 分子大小適中，既能滲透到腫瘤組織內(nèi)部，又能 保證適當(dāng)?shù)难h(huán)滯留時間。 45 雙特異性抗體的應(yīng)用 免疫診斷免疫診斷 腫瘤放射顯影腫瘤放射顯影 腫瘤藥物殺傷腫瘤藥物殺傷 腫瘤的免疫殺傷腫瘤的免疫殺傷 乳腺癌、淋巴母細(xì)胞白血病、神經(jīng)膠質(zhì)瘤乳腺癌、淋巴母細(xì)胞白血病、神經(jīng)膠質(zhì)瘤 46 構(gòu)建策略 雙特異性抗體的構(gòu)建方法雙特異性抗體的構(gòu)建方法 u雜化雜交瘤技術(shù)雜化

22、雜交瘤技術(shù) 將具有某種特異性（如抗瘤細(xì)胞）的McAb細(xì) 胞株與具有抗第二抗原（如蓖麻毒蛋白）的小 鼠脾細(xì)胞進(jìn)行融合，即產(chǎn)生出雜化雜交瘤細(xì)胞 株的二價瘤體。 47 雜化雜交瘤技術(shù)產(chǎn)生的雙特異性抗體 48 雜化雜交瘤分泌的抗體形式雜化雜交瘤分泌的抗體形式 保持原特異性抗體分子： L1H1-H1L1，L2H2-H2L2 重鏈特異性相同的配對抗體分子： L1H1-H1L2，L1H2-H2L1 L2H1-H1L2，L1H2-H2L2 重鏈、輕鏈特異性不同的配對抗體分子： L1H1-H2L2，L1H2-H1L2 L1H1-H2L1，L2H2-H1L2 49 只有L1H1-H2L2才是所需的雙特異性抗體 5

23、0 雜化雜交瘤方法的不足雜化雜交瘤方法的不足 產(chǎn)量低，僅占10% 產(chǎn)物需篩選，費時費力 瘤株不穩(wěn)定 51 構(gòu)建策略 雙特異性抗體的構(gòu)建方法雙特異性抗體的構(gòu)建方法 u化學(xué)交聯(lián)法化學(xué)交聯(lián)法 Nisonoff和Rivers最早開始研究 化學(xué)交聯(lián)無需經(jīng)過細(xì)胞融合，比較簡便易行。 通常利用重鏈與輕鏈這間的二硫鏈經(jīng)還原和再 氧化，將兩種不同特異性抗體的半分子結(jié)合在一 起?；蛴秒p功能交聯(lián)劑，如鄰苯酸酯等，把兩個 抗體半分子交聯(lián)在一起。 52 化學(xué)交聯(lián)的雙特異性抗體 53 構(gòu)建策略 雙特異性抗體的構(gòu)建方法雙特異性抗體的構(gòu)建方法 u化學(xué)交聯(lián)法化學(xué)交聯(lián)法 用于制備雙功能抗體的McAb可以是完整分子， 也可是經(jīng)胃酶

24、水解獲得F（ab）2片段。后者 在減少鼠源免疫原性方面，效果較好。 54 構(gòu)建策略 雙特異性抗體的構(gòu)建方法雙特異性抗體的構(gòu)建方法 u基因工程技術(shù)基因工程技術(shù) 利用分子生物學(xué)技術(shù)設(shè)計產(chǎn)生雙功能抗體 常見有四種構(gòu)建形式，多為小分子抗體。 55 末端半胱氨酸殘基（末端半胱氨酸殘基（CysCys）共價交聯(lián)）共價交聯(lián) 在兩種scFv分子C末端分別帶上自由的Cys， 通過常規(guī)二硫鍵共價交聯(lián)，形成雙特異性抗體 VLAVHA LCys VLBVHB LCys -S-S- 56 單鏈雙特異性抗體單鏈雙特異性抗體 將兩種scFv分子基因用linker連接在一起， 然后表達(dá)形成雙特異性抗體 VLAVHA L VLBVHB L L 57 微型雙特異性抗體微型雙特異性抗體 利用專門二聚化結(jié)構(gòu)將兩種scFv分子連接在 一起，形成雙特異性抗體 如利用fos和jun基因的亮氨酸拉鏈序列： VLAVHA Lfos VLBVHB Ljun 58 雙體型雙特異性抗體雙體型雙特異性抗體 將兩種不同抗體的VH和VL用較短的linker連 接形成兩種不同單鏈，當(dāng)它們共表達(dá)時，其相 互間連接在一起，形成雙特異性抗體 1993，Ho