當(dāng)今制藥產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn),，被稱為“生物導(dǎo)彈”的治療性抗體藥物開(kāi)發(fā)異常活躍,，但其共同的特點(diǎn),，分子太大、結(jié)構(gòu)太復(fù)雜,、價(jià)格太昂貴又限制了它的生產(chǎn)及在臨床應(yīng)用上的推廣,。對(duì)此，比利時(shí)一家生物技術(shù)公司稱,，他們從駱駝中提取的“納米抗體”將克服這些不足,，使分子更小,，療效也更好，并有望治療更多的疾病,，價(jià)格也會(huì)便宜得多,。
盡管這家名叫Ablynx的公司只有45人，但其中科學(xué)家和生物工程師就占33人,，這些人擁有共同的理想：尋找能代替整條抗體的最小段抗體蛋白片段,，將這一最小段蛋白轉(zhuǎn)換成能創(chuàng)造數(shù)十億美元的藥物，換言之,，創(chuàng)造出世界上第一個(gè)全新的納米抗體藥物,，用來(lái)治療癌癥、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎,、腸炎等疾病，甚至治療阿爾茨海默氏病等,。
Ablynx的成功得益于三大因素的綜合作用：抗體治療藥物的突飛猛進(jìn),、困擾復(fù)雜抗體藥物的諸多問(wèn)題以及該公司科學(xué)家們對(duì)駱駝家族相關(guān)生物學(xué)知識(shí)的獨(dú)特見(jiàn)解。
抗體藥物突飛猛進(jìn)
人體中,，除了大腦,，最復(fù)雜的部分當(dāng)屬免疫系統(tǒng)。從某種意義上講,，我們其實(shí)是生活在“細(xì)菌吃人”的世界,，各種細(xì)菌永無(wú)寧日地侵蝕著我們，把我們當(dāng)做它們繁殖后代的最好場(chǎng)所,，而能幫助我們,，為我們擔(dān)當(dāng)防御衛(wèi)士的就是抗體了?？贵w是由全副武裝的B細(xì)胞生成的,、呈Y字形的蛋白質(zhì)，生活在血液和細(xì)胞間流體中,。每種抗體模型擔(dān)負(fù)一種使命,，通過(guò)化學(xué)觸覺(jué)識(shí)別所遇到的其他分子。當(dāng)免疫系統(tǒng)遭受微生物,、過(guò)敏原或毒素侵蝕時(shí)它就發(fā)出獨(dú)特的化學(xué)信號(hào),，啟動(dòng)我們自身的防御系統(tǒng)。
盡管我們的免疫系統(tǒng)有復(fù)雜的自我防御功能,，我們的身體還是會(huì)遭受不同疾病的困擾,。在身患癌癥或發(fā)生呼吸道病毒感染時(shí)，免疫系統(tǒng)往往反應(yīng)遲緩,；在器官移植中發(fā)生排異反應(yīng)或發(fā)生哮喘時(shí),，免疫系統(tǒng)往往又反應(yīng)過(guò)度,；而免疫系統(tǒng)有時(shí)又會(huì)錯(cuò)誤地進(jìn)攻人體正常細(xì)胞，引起風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等自身免疫能力下降性疾病,。
幾十年來(lái),，藥物研究人員一直在試圖尋找到人工抗體，以克服或緩解這些免疫系統(tǒng)疾病,。自1975年大批量生產(chǎn)單克隆抗體的技術(shù)發(fā)明后,，20年內(nèi)，只有兩種抗體藥物獲得美國(guó)食品和藥物管理局的上市批準(zhǔn),?？贵w藥物發(fā)展的僵局直到1997年才被打破，到2004年末,，已有17種治療性抗體藥物獲得美國(guó)食品和藥物管理局的通過(guò),，治療范圍涉及上面提到的各種疾病，這些藥物僅在2004年一年就為制藥公司創(chuàng)造了112億美元的高額收入,。目前,，單克隆抗體仍然處在快速發(fā)展的階段，尚有幾十種單克隆抗體處于研發(fā)和臨床實(shí)驗(yàn)階段,。有科學(xué)家預(yù)言,，未來(lái)3年將有16種單克隆抗體藥物獲得上市權(quán)，2008年,，單克隆抗體的全球銷(xiāo)售額將突破170億美元大關(guān),。
Ablynx公司表示，明年末他們也將開(kāi)始納米抗體藥物的一期臨床實(shí)驗(yàn),，以期從抗體藥物這塊大蛋糕中分到一杯羹,。分子量只有抗體的1/10、長(zhǎng)度只有幾個(gè)納米的納米抗體有可能超越當(dāng)前抗體藥物,，在阿爾茨海默氏病和其他疾病領(lǐng)域產(chǎn)生全新藥物,，但Ablynx公司的當(dāng)前目標(biāo)是，創(chuàng)造出能取代市場(chǎng)暢銷(xiāo)抗體,，并在藥效方面更加優(yōu)越的納米抗體,。
抗體藥物面臨棘手難題
雖然單克隆抗體還存在巨大的發(fā)展空間，但其高昂的價(jià)格卻帶來(lái)了很多麻煩,。據(jù)報(bào)道,，哮喘病人每年在哮喘病抗體藥物Xolair上的花費(fèi)就要1.1萬(wàn)美元；風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者接受8針抗體藥物Remicade的注射需要4600美元,；而每個(gè)癌癥患者每年在抗體藥物Her鄄ceptin上的花費(fèi)竟然高達(dá)3.8萬(wàn)美元,。
單克隆抗體如此昂貴的主要原因是它的結(jié)構(gòu)太復(fù)雜。按照分子量標(biāo)準(zhǔn)，抗體屬超大分子物質(zhì),，每個(gè)分子含有兩套重鏈和輕鏈,，并與糖分子重疊在一起。合成單克隆抗體之前,，通常需要從老鼠體內(nèi)分離出抗體,，然后進(jìn)行人源化。人源化的過(guò)程很復(fù)雜,，需向鼠源性抗體中嵌入人體基因,，編譯出與人體抗體的氨基酸序列相同的蛋白質(zhì)片段，部分或全部取代鼠源性抗體中的蛋白,。另外,，還有一些公司通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)老鼠進(jìn)行改造，直接產(chǎn)生接近人源化的抗體,?？贵w人源化的目的是減少抗體治療中的排他性等副作用，但它需要生成的大分子蛋白不能像傳統(tǒng)藥物那樣通過(guò)化學(xué)方法合成,，只能在生物反應(yīng)器中,，利用帶有合成單克隆抗體所需的多種基因的哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)而成，這一過(guò)程通常就得耗費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間,。
這種細(xì)胞培養(yǎng)的方法使得單克隆抗體難以大規(guī)模生產(chǎn)，與相同規(guī)模的化學(xué)藥廠或微生物生物合成藥廠相比,，單克隆抗體藥物在建廠和生產(chǎn)過(guò)程中消耗的資金要多很多,。另外，藥品公司還必須保證生物反應(yīng)器的純凈,，防止感染病毒毀壞價(jià)值昂貴的細(xì)胞或污染了所生成的抗體,。最近的研究表明，未來(lái)數(shù)年的產(chǎn)量加在一起也遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于市場(chǎng)對(duì)單克隆抗體藥物的需求,，所有這些因素刺激了克隆藥物價(jià)格的不斷攀升,。
抗體藥物的大分子特性也制約了其廣泛使用和療效的發(fā)揮。單克隆抗體在高溫和強(qiáng)酸強(qiáng)堿的條件下會(huì)分解,，必須在絕對(duì)零度下保存,，否則就會(huì)在數(shù)周內(nèi)完全失去活性?？贵w能被消化系統(tǒng)很快降解,，從而阻止了其進(jìn)入大腦或一些腫瘤的外圍，許多疾病無(wú)法用單克隆抗體藥物治療,，而且單克隆抗體只有注射這一種給藥方式,。
在某些情況下，在單克隆抗體藥物無(wú)法正常工作，即使能正常發(fā)揮藥效的某些情況下,，運(yùn)用更簡(jiǎn)單,、更小的蛋白分子效果會(huì)更好，而且在合成,、操作,、吸收和價(jià)格方面會(huì)更有優(yōu)勢(shì)，這一理念在許多年前就預(yù)言了納米抗體的誕生,。如果將Y型抗體分子的三段視為一條主干和兩條分支的話,，上世紀(jì)80年代，蛋白質(zhì)工程師們就通過(guò)去掉主干或主干和一條分支的方法獲得抗體片段,，來(lái)研究抗體片段代替整個(gè)抗體行使其功能,。這些抗體片段也能像整段抗體一樣，通過(guò)與毒素,、病原體,、異常細(xì)胞信號(hào)結(jié)合或與那些不受歡迎分子的細(xì)胞受體結(jié)合達(dá)到治療疾病的效果。但是由于Y型結(jié)構(gòu)中的一些蛋白片段被去掉,，抗體片段無(wú)法恢復(fù)其他免疫系統(tǒng)成分如T細(xì)胞的功能,。
抗體片段的優(yōu)勢(shì)在于，它能夠通過(guò)細(xì)菌,、酵母或真菌合成,，這種方法比利用老鼠合成抗體便宜得多?？贵w片段還能偷偷進(jìn)入腫瘤的中心,，從而可用作放射性同位素或化療藥物的載體，將這些藥物帶入腫瘤細(xì)胞,，直接攻克腫瘤細(xì)胞,。另外，抗體片段能更快地分解或從血液中過(guò)濾,，與在體內(nèi)持續(xù)數(shù)周的整段抗體藥物相比,，半衰期只有幾小時(shí)，這一特點(diǎn)雖然在用做載體時(shí)具有優(yōu)勢(shì),，但用做藥物時(shí)卻是一大缺點(diǎn),，在體內(nèi)的藥效持續(xù)時(shí)間太短，這也是目前為止只有一種抗體片段在美國(guó)上市的原因,。
為了克服這一問(wèn)題,，許多公司不斷對(duì)抗體片段進(jìn)行修飾，甚至將抗體片段只保留一條鏈的末端,。這樣的抗體末段含有互補(bǔ)決定區(qū)域這樣的重要化學(xué)成分,，互補(bǔ)決定區(qū)域決定抗體將要識(shí)別的靶標(biāo)或抗原以及抗體抗原結(jié)合的緊密程度，這種單鏈抗體的分子量與Ablynx公司的納米抗體已經(jīng)非常接近。但由于是從大分子的雙鏈抗體中獲得的,，單鏈抗體具有雙鏈抗體一樣的粘性,，在合成抗體的細(xì)菌體內(nèi)和使用抗體藥物的病人體內(nèi)容易聚集成塊狀，從而降低了單鏈抗體的合成效率和其藥效的發(fā)揮,。
在駱駝身上找到納米抗體
Ablynx公司在生物化學(xué)家們重組抗體片段解決抗體發(fā)展中的問(wèn)題時(shí),，從駱駝身上獲得了納米抗體。Ablynx公司的一位創(chuàng)始人在1989年參加駱駝和水牛如何抵抗寄生蟲(chóng)疾病的野外科考活動(dòng)中,，對(duì)從駱駝血液中分離出的抗體檢測(cè)后,，發(fā)現(xiàn)了一特殊情況：除了正常的四鏈抗體外，還有一些抗體僅含有兩條重鏈,，是在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單許多的天然抗體,。Ablynx公司在1993年的《自然》雜志上刊登了多年的研究結(jié)果：在駱駝血液中的抗體，有一半沒(méi)有輕鏈,，而且更讓人驚喜的是,，這些“重鏈抗體”能像正常抗體一樣與抗原等靶標(biāo)緊緊結(jié)合,，而且不像單鏈抗體那樣互相沾粘,，甚至聚集成塊。
駱駝在這一特性上不同于其他哺乳動(dòng)物的秘密何在雖然不得而知,，但自然界的進(jìn)化卻為科學(xué)家解決抗體和抗體片段所面臨的棘手問(wèn)題提供了良方,。納米抗體不僅分子量只有抗體的十分之一，化學(xué)性質(zhì)也更加靈活,，能與酶的活性部位和細(xì)胞膜中的裂縫嚙合在一起,。由于納米抗體比抗體小很多，而且不具有化學(xué)疏水性,，其抗熱性和抗酸堿性更強(qiáng),。老鼠實(shí)驗(yàn)證明,，當(dāng)它們通過(guò)老鼠的消化系統(tǒng)時(shí)能保持穩(wěn)定和活性,，增強(qiáng)了抗體藥物口服療法治療疾病的可能性，納米抗體在室溫下也可保持藥效穩(wěn)定,。
納米抗體在化學(xué)組成和形狀上比抗體簡(jiǎn)單許多,，它們能被單基因編碼，也更容易用微生物合成,。2002年荷蘭生物學(xué)家在1.5萬(wàn)公升的酵母反應(yīng)器中釀造出1000克的鈉米抗體,，而Ablynx公司在最近的報(bào)道中表示，他們已經(jīng)將酵母反應(yīng)器釀造納米抗體的產(chǎn)量大大提高,，達(dá)到每公升1克的產(chǎn)量,，這樣1.5萬(wàn)公升的反應(yīng)器就可釀造15000克的納米抗體。納米抗體的生產(chǎn)比一般抗體的生產(chǎn)更加容易，更快也更便宜,。
納米抗體的最大優(yōu)勢(shì)在于,，其更容易相互結(jié)合或與其他化合物結(jié)合。Ablynx公司已經(jīng)將抗血清納米蛋白與靶向性蛋白結(jié)合,，從而將其在血液中的半衰期延長(zhǎng)到數(shù)周,，增加了藥效持續(xù)時(shí)間。該公司也將4個(gè)納米抗體結(jié)合,，從而使每個(gè)分子能與更多的抗原結(jié)合或與兩個(gè)不同靶標(biāo)結(jié)合,，增加藥物作用效率。Ablynx公司最近還發(fā)表了他們激動(dòng)人心的研究成果,，他們?cè)O(shè)計(jì)出的納米抗體能與癌癥細(xì)胞上的受體結(jié)合,，進(jìn)而與其遇到的任何腫瘤細(xì)胞緊密結(jié)合。這類(lèi)納米抗體還能通過(guò)每個(gè)蛋白質(zhì)與酶結(jié)合形成雙重功能,，將前體藥物轉(zhuǎn)換成化療藥物,，殺死腫瘤細(xì)胞。他們將癌化的老鼠分成兩組,，一組給予化療藥物,，結(jié)果腫塊只縮小了一點(diǎn)點(diǎn)；另一組給予雙功能的納米抗體,，等納米抗體排除老鼠體內(nèi)后再注射前體藥物,，結(jié)果化療作用的靶向性更高，既能保住正常細(xì)胞,，腫瘤細(xì)胞也能被完全驅(qū)除,。
