结束在线视频

大家好

我是中国科学院微生物研究所研究员严景华

我今天给大家讲的内容是抗体药物和疾病治疗

那么抗体

实际上也是生物药的一种

生物药呢

包含着疫苗

蛋白还有多肽

抗体药物占了很重要的一个部分

早期的生物药物呢

主要来源于动植物的组织

比如说血清蛋白

比如说一些激素

那接下来就到了基因工程药物

基因工程药物最早的一款药物

是1982年的重组人胰岛素

接下来86年第一个抗体的出现

和第一个重组的疫苗的出现就是乙肝疫苗

到了1998年

那么首个Fc融合蛋白药物也开始出现

那么什么叫抗体呢

它的英文名叫antibody

是机体在抗原的刺激下

由B细胞分化的浆细胞所产生的

可以与相应的抗原发生特异性结合反应的

这样一个免疫球蛋白分子

人体呢

或者是动物体呢

有一个很大的

B细胞库

那么外源的这个抗原来了之后呢

它会刺激某一个这样的B细胞

那么B细胞就会发生增殖

并且抗体发生这样的一个突变

最后生成浆细胞

那么浆细胞就会产生大量的这个

可溶性的抗体

来中和这些抗原

同时呢

增殖的B细胞也会分化成这个记忆性B细胞

这些记忆性的B细胞就储存在你的体内

当同样的抗原来了之后

这个记忆性B细胞

三到四天就会增殖

到浆细胞最后分泌抗体

那么在抗体的药物的发展过程中间呢

有很多重要的人物和里程碑式的进展

我们不得不提

比如说呢

我们最早的第一届的诺贝尔奖

就是颁给用抗血清来治疗的

这样一个伟大人物

他叫勃林格

那么这个人呢

他是用一个白喉毒素的抗血清

来治疗这个白喉病人

接下来就是一个克隆的选择学说

也就是B细胞每一个B细胞

它只能产生一个抗体

那么这样的一个克隆的选择

到1972年诺贝尔奖

他是奖给这个抗体结构的人

接下来的就是

杂交瘤技术的发现

我们知道有抗体

我们怎么样来生产抗体

发明这个抗体

那就是说我们有个杂交瘤技术

能够把单一的抗体特异性的抗体

通过这个杂交瘤技术生产出来

那么接下来呢

就是我们可以通过噬菌体展示技术来生产

人源的抗体

那么直到2018年

我们知道一个重要的进展

就是肿瘤治疗性抗体

PD-1的抗体

和CTLA-4的抗体

奖给了一个是Allison一个是Honjo这两个科学家

那么抗体的整个的

这样的研发过程有几个重要的阶段

第一个阶段

我们应该到1960年到1986年之间

这个过程我们叫基础积累阶段

那么到了1986年第一款抗体药物出现

86年到96年十年之间

基本上没有新的抗体药物来研发

那么我们叫它抗体开发的一个低潮期

那么到了

1996年到2000年之间的这个阶段

由于技术的发展有很多抗体出现

比如说这个时期

有第一个嵌合抗体出现

有第一个人源抗体的出现

第一个人源化抗体的出现

那么一直到了2012年

CTLA-4

也就是免疫治疗抗体肿瘤的免疫治疗抗体出现了

那么这个过程

接下来我们大家知道2014年PD-1抗体的出现

所以呢

从12年开始就进入了抗体大跃进的这样一个年代

这个呢

就是一个抗体的结构

抗体呢

是由四个亚基组成

两条重链

两条轻链

每条重链有四个结构域组成

每条轻链有两个结构域组成

头部区域的结构域

它是一个可变区

下面的都是一个保守区

头部区

决定了它的抗原结合

保守区呢

跟它的这个抗体的亚型是相关的

下面我们来看一下抗体的不同结构域的生物学功能

抗体的重链和抗体的轻链

共同构成了抗原的结合位点

主要包括

HCDRs和LCDRs

它们是高度特异和高度可变的

抗体的保守区呢

决定了抗体类型

不仅如此

它的保守区还有其他的生物学功能

比如IgG的CH2和IgM的CH4

有一个补体的结合位点

通过和补体的结合

激活补体系统

促进抗原的清除

它的IgG的CH3上面

有一个FcγR的结合位点

在NK细胞上面促进靶细胞的杀伤

这叫ADCC

在这个巨噬细胞上面

促进病原的这样一个吞噬和靶细胞的吞噬

那么它叫ADCP作用

IgG的CH2和CH3

还可以构成一个FcRn的结合位点

那么

通过和这个结合位点的结合

母源的抗体

可以穿过胎盘进入胎儿的体内

形成新生儿

抵抗病原微生物感染第一道防线

同时

通过和这个受体的结合

可以增加抗体的半衰期

那么抗体

我们刚刚说

根据它的保守区的类型不同

我们可以把它分成五类

包括IgG

IgE IgD IgM和IgA

这些呢

不同的抗体

它的半衰期是不一样的

IgE IgA IgM

它一般就两到四天这样一个半衰期

那么IgG总体来讲

它的半衰期比较长

IgG里面有4个亚型

那么4个亚型IgG1 IgG2 IgG3 IgG4

除了IgG3只有九天的这样半衰期之外

其他的都是二十多天的

这样的半衰期

所以呢

IgG是这个抗体药物的最重要的一个亚型

所以从现在的来看

已经批准的大部分的药物都是IgG

因为其半衰期长

根据药物作用机制不同

我们可以选择不同的IgG的亚型

比如说IgG1现在用的是最多的

那么因为它有一个最强的

跟Fc受体的结合的能力

所以ADCC最强

那么其次呢

就是IgG2和IgG4

那么它们呢

跟这个Fc受体的亲和力比较弱

那么为什么比较弱呢

因为有的抗体

比如说PD-1的抗体

比如说CTLA-4的抗体

它是靶向免疫细胞的

所以这个时候我们不希望

免疫细胞把这个免疫细胞清除掉

所以我们要选择一个最弱的亲和力的

这样一个IgG2

IgG4的抗体

它不产生ADCC

那么刚才说了IgG3

它的半衰期只有九天

所以呢

一般我们都不选用

那么由于技术的原因呢

我们说早期的抗体

一般我们都是采用杂交瘤技术来生产的

鼠源的抗体

第一个上市的抗体就是一个代表

那么是它抗CD3的

是一个鼠源抗体

那么接下来呢

我们就开始进行鼠源抗体的这个嵌合

保留V区

保守区全部换成人的

使得这个免疫源性大大的降低

这个还不够

然后呢

就开始对这个抗体

进一步的工程改造

只保留和抗原的结合的loop区

其他部分全部换成人的

这样一个抗体的成分

这叫人源化抗体

那么它的免疫源性更低

所以从鼠源抗体到人源抗体

它的免疫源性是越来越低的

那么随着现在的技术的提高

可能人的抗体会越来越多

那么抗体介导的这样的一个药物

它有很多种类型

比如说我们刚才说的是讲单克隆抗体

单克隆抗体

我们说它可以作为一个药来使用

比如说它可以作为激活剂

也可以作为抑制剂

也可以直接清除这个抗原

除了这个之外呢

我们还有其他很多种类型

比如说我们可以抗体作为一个靶标

那么在这个抗体上结合上小分子药物

比如说肿瘤药物

也可结合上一些抗生素治疗感染

也可结合上RNA

来表达这个蛋白

那么来杀灭这些病原菌

或者是杀灭这个肿瘤

那么还可以

比如说双特异性抗体

双特异性抗体

它的好处是

它可以解决一个免疫耐受

第二个它可以连接

不同的细胞把靶细胞和免疫细胞结在一块

增强它的杀伤能力

那么还可以连接不同的抗原

使原来没有作用

这样的一个抗原

成为一个有用的

这样一个有活性的这样一个蛋白

那么就是双特异性抗体

另外抗体也可以作为

我们现在最火的一个CAR-T

就细胞治疗的一种重要的工具

靶向肿瘤细胞使T细胞

能够直接和靶细胞连接在一块

活化T细胞

杀伤肿瘤

我们刚刚说了很多抗体的

这样一个功能和它的结构

那么现在我们说要研发一个抗体

那么从哪开始呢

那么抗体的研发呢

我们说应该首先我们就要筛选这个抗体

那么首先第一步我们就选择这个靶抗原

那么接下来

你就要选择一个抗体筛选方法

我怎么样来筛选这个抗体

那么我刚刚说

最早的这个杂交瘤细胞的筛选

是最重要的

除了这个之外

我们现在说人源抗体越来越多

人源抗体我们怎么来筛选的

第一种就是噬菌体展示技术

酵母展示技术

那么第二种呢

现在多的是人源化的抗体 转基因小鼠

那么第三个方法就是人的

B细胞的培养

最重要

还有B细胞的单细胞分离与测序

由于单细胞测序这个技术的提高

那么B细胞的一个细胞的测序

轻链拿出来已经不是一件难的事情

那么抗体筛选好了之后

你要验证这个抗体的功能

主要有哪些内容呢

第一条抗体亲和力的测定

抗体亲和力测定大家前面呢通过课程学习

知道一个最重要的方法

蛋白蛋白相互作用

就是用SPR的方法

Biacore的方法来测定抗原和抗体的亲和力

第二种就是抗体特异性检测

抗体筛选了之后

它是不是特异的

结合这个抗原

跟别的抗原有没有相互作用

那么第三个抗体的结合位点

你要进行鉴定

它结合在哪个位置

它的epitope是什么

那么我们可以通过结构解析或者点突变

加上SPR的方法来检测它

到底结合在哪些位置

哪些残基参与了这个结合

第四个内容

抗性的稳定性

尤其是用展示技术这些筛选的抗体

那么它是不是稳定

你要用HPLC的方法来检测

它是不是稳定等等

那么最后你还要检测这个抗体

生物学功能

可以用细胞生物学

可以用小鼠模型

猴子这些动物模型来检测

它的功能

是不是你预期的

那么抗体筛选好了

抗体的功能生化这些鉴定好了之后

你就要开始来表达这个抗体

向工业化进军

那么这个过程呢就说

你用什么来表达这个抗体

那么现在最重要的

最多的就是CHO细胞

CHO细胞呢

从早期

它是一个二氢叶酸还原酶缺失的这样一个细胞系

另外一种细胞系是敲了谷氨酰胺合成酶

那么接下来你表达质粒选什么

当然毫无疑问要跟前面CHO细胞联系起来

你用什么细胞系你就选择什么样的质粒来表达

这地方我们就不详细来讲了

那么接下来的生产工艺

过去我们就是最多用的批次生产

也就说我用发酵罐去生产

加上培养基几天以后拿出来

然后来纯化蛋白

那么现在呢

又发展到连续的灌流系统

抗体表达完成之后呢

我们就要进行抗体蛋白的一个纯化

那么纯化呢

流程分为两步法和三步法

不管你是哪种方法

第一步首先呢

我们要把这个培养的细胞上清过滤

去掉这些残渣和粗的杂质

然后呢

把澄清的这样一个杂质来

进行第一步的亲和层析

那么通过这一步以后

要进行低pH值的灭活

灭活

这个里面可能存在的一些病毒

第三步要进行这个离子交换层析

那么有的是复合的阴离子柱

有的是先过阳离子或先过阴离子

这样交换来过

最后要进行一个纳米过滤

也就说用这个过滤器

能把病毒的一些东西过滤掉

最后呢

就浓缩

获得我们的这样一个蛋白药物的一个原液

那么这个原液最后

就是制剂

产生这个我们的抗体的一个药物

那么这个是整个的一个流程

我们看一下2018年的抗体药物市场一个情况

在所有的

就是销售额排名前十的这个药物中间

第一名就是阿达木单抗

是治疗类风湿的

它的年销售额在两百个亿美元

排名所有的药物里第一

那么在排名前十的这个药物里面呢

生物药物占了八席

六个是抗体 两个是Fc融合蛋白

可以很明显的告诉大家

生物药物在整个药物市场里面它占的份额

和它的重要性

那么抗体药物我们刚才说

它也是一个逐渐的快速增长的一个过程

那么从2012年开始

也就是五百万美元的这样一个市场

到2018年

一千两百多个亿的这样一个巨大的市场

那么它是快速增长

那么从FDA一年批准的抗体

药物的数量也可以看到

86年批准了 中间十年没有

97年

一直到2012年

中间有的年数是没有的

那么到了2014年之后

几乎都超过了十个抗体

被批准

那么2018年一下批准了17个抗体

所有抗菌药物呢

它的这个批准的速度会越来越快

那么这些抗体

主要用于哪些疾病的治疗呢

其中80%以上都用于

肿瘤和自身免疫性疾病的治疗

那么其中阿达木呢

是全球销量第一的一个抗体

用于治疗类风湿

那么除了这两类之外

其他还有比如说神经系统的疼痛的

其他还有感染性疾病的

比如说眼科疾病等等

这些领域都用到抗体的治疗

那么抗体药物它的发展来讲

它也遇到了一些瓶颈

比如说抗体药物的靶标过于集中

新靶标缺乏

比如说自身免疫性疾病TNF-α

那么这是

很多的药都是针对这个靶

那么肿瘤治疗的PD-1

CTLA-4

HER2 VEGF

那么已经批准的和临床的大量的这个抗体

都是针对这些靶点

新的靶点难以找到

这些抗体治疗什么样的人

效果好呢

这样的这个生物药物

治疗靶标缺乏

那么这是第二个问题

因为这是一个免疫治疗

那么免疫治疗以后就会出现耐受

那么这些耐受的问题怎么解决

比如说多药物的联用

多特异性单抗或双特异性单抗

来使用

还有药物偶联

那么另外还有一些比如技术上一些瓶颈

比如这些抗体大部分的针对的是

细胞表面表达的蛋白

对细胞内的这些蛋白

抗体如何进到细胞里面去

那么这个是一个技术问题

没有解决

那么第二个问题

比如说我们的脑瘤

那么抗体药物怎么跨过这个血脑屏障

进入我们的脑部

那么这些都是需要我们技术上去解决的问题

那么对于我们中国来讲

中国的抗体药物研发呢

面临着一个巨大的挑战

那么我们说上游

总体来讲

中国的这个基础研究比较薄弱

所以呢

药物的靶标集中大部分的产品都是me too

就是你有

我也有

me better

你有我比你好一点

就缺少这种

创新的我们叫first in class这样一个产品

下游我们的生产工艺

我们的细胞株我们的培养基

那么大部分还是依赖于进口这样一些产品

国内的产品非常少

第三个问题市场竞争

因为现在我们国家允许

急需的外国药物加快进入国内的市场

所以对国内企业的压力

会非常的巨大

竞争会越来越激烈

这是我们面临的一个挑战

但是我们有没有机遇呢

我们同样也有

这样一个抗体药物发展的一个巨大的机遇

第一点 抗体药物总体来说

发展的历史是比较短的

比起其他的小分子药物

所以中国企业有机会迎头赶上和超越

第二点

中国的基础研究也取得了非常大的进步

尤其在感染免疫的某些领域

处于国际领先的水平

第三点 就是中国人才和资本效应日益显现

进一步促进了中国医学产业的发展

第四个最重要的一个就是中国

是人口大国 药物市场非常的巨大

那这就是我今天的全部课程

我希望大家通过这个课程的学习

那么为我国

抗体药物的发展做出自己的贡献