工程原核生物和酵母菌中生产单克隆抗体和抗体片段研究进展 *

抗体药物和抗体片段药物在药物市场占据了重要的地位,主要通过哺乳动物细胞系统进行生产,操作复杂并且成本高。为了能够克服哺乳动物细胞系统生产抗体药物的弊端,越来越多的抗体及抗体片段在原核细胞及酵母菌中生产,但是产率往往不高并且没有糖基化。从基因转录和翻译的优化、分子伴侣的共表达和抑制蛋白水解降解等方面概述了在原核生物表达系统及酵母菌中提高单克隆抗体和抗体片段产量的研究进展,为未来利用原核生物和酵母菌实现工业化生产单克隆抗体及抗体片段奠定基础。     

用于抗体/抗体片段表达的系统及其高表达策略

随着诊断及治疗领域内单克隆抗体及片段的广泛应用,传统的杂交瘤生产技术已很难满足对其日益增长的需求。由于基因重组技术及生物工程技术的迅速发展及日益成熟,大规模生产单克隆抗体/片段已成为可能。对目前常用的载体及表达系统进行列举和比对,这些系统包括大肠杆菌(Escherichia coli, E.coli)系统、酵母表达系统、昆虫细胞表达系统及哺乳动物细胞表达系统。在第二部分,对提高表达产率的策略进行了探讨,其中包括:表达蛋白质本身的修饰(如蛋白融合、定点突变)、表达系统的选择、密码子优化、表达环境的优化和抗体体内表达等。最后,对抗体/抗体片段高表达的前景作了展望,认为生物信息学将在此领域发挥重大作用,并且相信建立高表达平台的时机已经来到。     

基因工程抗体

通过基因工程可以大规模地制备能与人相容的单克隆抗体或其片段,用于诊断、治疗以及抗体结构与功能的研究。基因工程抗体的制备过程是通过PCR技术获得抗体或其片段的基因,再与适当的载体重组后引入不同的宿主系统,如哺乳动物细胞、昆虫细胞、大肠杆菌和植物中进行表达、装配。较详细地介绍了基因工程抗体的背景、现状和进展。     

抗体药物表达技术最新进展

生物技术药物是21世纪医药工业发展的中坚力量,其中单克隆抗体类药物是生物技术药物的典型代表,是恶性肿瘤、自身免疫病等领域全球销售额最高的药品种类。在抗体药物发展的几十年里,随着基因工程、蛋白质工程等领域的发展,抗体生产的宿主细胞建立、表达、纯化等各阶段的技术均不断取得突破,文中综述和讨论了抗体药物生产所采用的真核哺乳动物细胞表达系统、原核大肠杆菌表达系统、转基因动物反应器、无细胞蛋白质合成系统以及相关的关键技术进展。     

单克隆抗体生产过程中二硫键还原成因及预防方法

单克隆抗体生产过程中二硫键的还原是生物制药领域中的一个常见技术难题,可产生低分子量碎片,影响产品质量,导致蛋白纯度降低、稳定性下降,影响药物的安全性和有效性。抗体二硫键还原实质上是由细胞内的硫氧还蛋白系统和谷胱甘肽系统引起的可逆氧化还原反应,并与具体生产过程参数有关。近年来,随着抗体药物和哺乳动物细胞培养工艺规模的发展,二硫键还原问题频繁发生。为解决此问题,研究人员不断尝试并建立了多种预防方法以保证产品质量。概述了抗体二硫键结构、二硫键还原的主要成因及生产过程中的形成因素,重点阐述了消除或减缓抗体二硫键还原的方法、对策,并列举了几种可行的过程分析技术,以期为单克隆抗体药物生产制造工艺的进一步优化提供参考。     

DNA免疫学特性及其应用的研究进展

本文综述了ＤＮＡ免疫学特性及其应用研究进展,分析讨论了原核生物与哺乳动物的ＤＮＡ在免疫原性上的差别,特别是具有特殊核苷酸序列的细菌ＤＮＡ,除可诱导抗体产生外,还原调节小鼠的Ｔ,Ｂ细胞功能,刺激巨噬细胞产生细胞因子,增强ＮＫ细胞活性,本文从感染性疾病的防治,肿瘤的免疫治疗,以及单克隆抗体制备等方面,阐述了ＤＮＡ免疫的应用前景。     

单克隆抗体制备的细胞工程学研究进展

单克隆抗体是近年来发展最快、最成功的大分子药物之一,哺乳动物细胞作为单抗大规模制备最适宜的宿主,在工业生产中仍然存在成本高、产率低等缺点。近年来,抗细胞凋亡、控制细胞周期、优化代谢过程等细胞工程学方面的研究极大地推动了抗体表达及翻译后修饰技术的发展。以下对近年来单克隆抗体制备在细胞工程学方面取得的进展作一综述,并探讨该领域未来可能的研究方向。     

抗体药物的发展与应用

早期抗体药物是鼠源单克隆抗体,存在免疫原性强、半衰期短等问题。历经数十年的发展,抗体药物从最初的鼠源单抗,逐步发展为人鼠嵌合抗体、人源化抗体及全人源化抗体。通过片段重组、位点修饰、药物偶联等方法,科研人员研发了包括抗体融合蛋白、抗体偶联药物、双特异性抗体、小分子抗体片段等形式多样的抗体药物。抗体药物在恶性肿瘤、自身免疫病、感染性疾病的治疗上发挥重要作用。通过对抗体药物人源化历程,不同类型的抗体结构和特点,以及抗体药物在新型冠状病毒肺炎治疗中的应用进行综述,并对抗体药物的发展前景进行展望,以期为我国抗体药物的研发提供参考。     

纳米抗体异源表达的研究进展

羊驼体内存在天然缺失轻链的重链抗体(HcAb),其单域抗原结合片段也称为VHH或纳米抗体(nanobody,Nb),是目前已知的最小抗原结合片段。与传统抗体相比,纳米抗体具有分子量小(12~15kDa)、稳定性好和免疫原性低等特点,这些特点使得VHH在基础研究、诊断及治疗上具有极大的应用价值,目前已有多种纳米抗体进入了临床研究阶段。综述了近年来VHH在革兰氏阴性菌(大肠杆菌)、革兰氏阳性菌(芽孢杆菌和乳酸杆菌)、酵母、丝状真菌、昆虫细胞、哺乳动物细胞和植物细胞中异源表达的研究现状,包括表达系统、宿主、载体特点、载体构建方式及产量等;从分子水平、表达水平和理性设计三个层面探讨了纳米抗体产量提高的策略,以期为纳米抗体研究者提供借鉴和思路。     

细胞培养过程对单克隆抗体糖基化修饰的影响和调控

在单克隆抗体药生产过程中,其糖基化修饰可能受到多种工艺参数的影响,因而容易产生异质性,并且抗体糖基化和抗体半衰期、免疫源性、ADCC、CDC等密切相关,所以单克隆抗体的糖基化修饰是重要的质量属性,需要在生物药尤其是生物类似药开发过程中重点关注,并加以调控。通过概述培养过程中的细胞株、培养工艺,以及培养基对糖型的影响,讨论如何在工艺开发过程开展研究,确保产品糖基化的一致性,从而保证单抗药物的疗效及安全性。     

细胞培养过程对单克隆抗体糖基化修饰的影响和调控

在单克隆抗体药生产过程中,其糖基化修饰可能受到多种工艺参数的影响,因而容易产生异质性,并且抗体糖基化和抗体半衰期、免疫源性、ADCC、CDC等密切相关,所以单克隆抗体的糖基化修饰是重要的质量属性,需要在生物药尤其是生物类似药开发过程中重点关注,并加以调控。通过概述培养过程中的细胞株、培养工艺,以及培养基对糖型的影响,讨论如何在工艺开发过程开展研究,确保产品糖基化的一致性,从而保证单抗药物的疗效及安全性。     

单克隆抗体药物与血液系统恶性肿瘤的治疗

单克隆抗体凭借其特异性强、副作用较小的优点,越来越广泛地应用于疾病的诊断与治疗。单克隆抗体药物在血液系统恶性肿瘤的治疗中也发挥了重要作用。目前,经美国食品与药品管理局(FDA)批准用于治疗血液系统恶性肿瘤的单克隆抗体药物已有六种,在临床取得良好的治疗效果。单克隆抗体药物主要通过对肿瘤细胞的直接杀伤作用、抗体依赖性细胞介导的细胞毒性反应(ADCC)、补体依赖性细胞毒性反应(CDC)和改变信号通路等机制达到治疗肿瘤的效果。另外,将单克隆抗体与放射性核素、化疗药物和毒素等偶联,用于肿瘤等疾病的靶向治疗研究,成为生物治疗领域的热点。该文对近年来国际上用于血液系统恶性肿瘤治疗的单克隆抗体药物进行了概括和总结,讨论了治疗性单克隆抗体药物存在的问题和应用前景。     

电融合装置

Genentech公司和Hope区医学中心(加州洛杉矶)已用遗传工程技术产单克隆抗体。单克隆抗体是机体击退感染的抗体的人工合成变体。以前,单克隆抗体是用动物细胞在体外生产的,但是Genentech公司的研究人员找到了一种用基因拼接技术诱导细菌生产单克隆抗体的方法。这一工艺使以较低的成本大规模生产单克隆抗体成为可能,因为细菌能大量发酵。该工艺分两步,先从小鼠取出抗体基因,再把它们送入普通的肠道细菌(多半是大肠杆菌)。然后取出抗体片段,在实验室中用以构造功能单克隆抗体。科学家希望最终能以一步过程来生产单克隆抗体。     

重组抗体工程及其在肿瘤靶向及癌症治疗中的应用

在过去的十几年中,重组抗体工程在基础研究、医学和药物生产上已经成为最有希望的领域之一。重组抗体及其片段在正在进行诊断和治疗的临床试验中占所有生物蛋白的30％以上。研究集中在抗体作为理想的癌症靶向试剂方面,最近由于FDA批准使用第一个工程化治疗抗体而使热度达到极点。过去的几年中,在设计、筛选及生产新型工程化抗体方面已经取得了重大进展。改革的筛选方法已经能够分离出高亲和力的癌－靶向及抗病毒的抗体,后能够抑制病毒用于基因治疗。癌症诊断和治疗的另一个策略是将重组抗体片段与放射性同位素、药物、毒素、酶以及生物传感器表面进行融合。双特异性抗体及相关融合蛋白也已经生产出来用于癌症的免疫治疗,在抗癌疫苗以及T细胞补充策略上有效地增强了人免疫应答。     

美国、欧盟和中国生物技术药物的比较

按照相同表达系统表达的相同氨基酸序列的产品视为同种产品,而不同表达系统表达的相同氨基酸序列的产品视为不同产品的原则,归纳总结了美国、欧盟和中国已批准上市的生物技术药物。美国FDA批准的以基因工程产品、抗体工程产品和细胞工程产品为主要代表的生物技术药物共79种(18种为大肠杆菌表达,8种为酵母表达,53种为哺乳动物细胞培养生产),其中基因重组蛋白质药物为64种。欧盟批准了49种基因重组酶、激素或细胞因子,11种基因重组治疗性抗体和5种基因重组疫苗。在欧美60％-70％的产品由哺乳动物细胞表达。中国批准了27种生物技术药物。比较了美国、欧盟和中国生物制药的特点。     

抗体成药性筛选流程及评价策略

自1986年OKT3作为第一个治疗性单克隆抗体获批上市后,抗体技术及抗体药物迅猛发展。单克隆抗体、抗体片段、双(多)特异性抗体、融合蛋白、纳米抗体以及抗体偶联药物(antibody-drug conjugates, ADCs)等推陈出新,在肿瘤、血液、免疫、呼吸和代谢等相关疾病的治疗领域发挥着举足轻重的作用。抗体药物的发现过程,是通过多轮生物学功能评估和可成药性评估,筛选出具有安全、有效、稳定和可工艺放大的最佳候选序列,从而提高药物开发和临床研究的效率及成功率。抗体药物发现阶段的“成药性筛选与评估”已日益受到关注和重视,从药物发现和设计、先导分子筛选到候选分子确认,可及时发现分子潜在的物理化学风险因素,并评估可控性,保证后续药物开发过程中的质量稳定性。本文对抗体发现阶段的成药性筛选评估流程进行了分类和定义,涉及单克隆抗体、双特异性抗体、纳米抗体和ADCs等相关技术和药物形式,同时总结了成药性筛选评估中应重点关注的质量属性和高通量检测技术;系统性地阐述成药性开发流程和策略,为不断涌现的创新型药物的成药性筛选评估提供参考,大幅提高抗体药物开发的效率和成功率。     

基因工程抗体的性质及应用前景

一、基因工程抗体的理化 及生物学性质 如果需要全抗体分子,目前仍主要选用哺乳动物细胞表达的,而抗体片段则主要用大肠杆菌或噬菌体所表达的。在诊断及治疗,特别是肿瘤的诊断及治疗上,功能抗体片段显示其特殊的优越性。小鼠IgA PMC 603在与抗原结合时或不与抗原结合时的晶体结构已研究得很清楚。通过对这个抗体的研究,掌握了抗体各个区段的基本特征。 1.嵌合抗体(Chimeric antibodies) 嵌合抗体的制作通常是把分泌高亲和力抗体的鼠杂交瘤细胞林中分离到的V基因(VH和VL)连接起来,在骨髓瘤或杂交瘤细胞内表     

蛋白质药物糖基化工程化改造研究进展

多种哺乳和非哺乳动物的蛋白质表达系统已成功用于重组糖蛋白药物的生产。糖基化对于生物药品的研究开发至关重要,对生物药品的药效、半衰期及抗原性等产生重要影响。糖基化工程的目的是生产组分明晰、结构均一的N-和O-连接的糖基化蛋白药物。N-糖基化改造的相关研究显示,利用哺乳动物和非哺乳动物表达系统可以表达均匀的N-聚糖重组糖蛋白。与N-糖基化改造相比, O-糖基化的改造研究尚处于起步阶段。首个糖基化工程单克隆抗体已在美国和日本获得上市批准。综述了重组蛋白表达系统的糖基化工程化改造的研究进展,包括蛋白质药物的 N-糖基化改造和O-糖基化改造的最新进展,以期为蛋白质药物的糖基化工程改造研究提供参考。     

抗GPC3 C端抗体辅助杀伤肝癌细胞HepG2的活性检测及抗原表位鉴定

目的：检测制备的7株抗磷脂酰肌醇蛋白聚糖3（GPC3）蛋白C端单克隆抗体是否具有辅助杀伤肝癌细胞的活性,并研究其识别的抗原表位。方法：用细胞增殖法检测制备的抗体是否具有抗体依赖细胞介导的细胞毒性（ADCC）活性;用生物信息软件分析GPC3蛋白C端（359～580残基）的结构及抗原特征,并据此将其分为4个截短片段,将克隆的各基因片段分别连接到原核表达载体pGEX-4T-1中,进行蛋白表达和纯化,用间接ELISA和Western印迹分析GPC3C端单克隆抗体的表位识别情况。结果与结论：制备的7株单克隆抗体对肝癌细胞HepG2均具有不同程度的辅助杀伤作用,其中5号单克隆抗体的辅助杀伤效果最好;表达并纯化了GPC3C端4个截短片段的重组蛋白;间接ELISA和Western印迹检测结果表明,7株抗体均特异性结合GPC3蛋白的473～525残基区段。     

哺乳动物细胞表达系统研究进展

目前,哺乳动物细胞已成为生产多种生物药物的首选宿主细胞。哺乳动物细胞表达系统可进行翻译后修饰,表达的重组蛋白接近人源构象,因此被大量用于治疗性重组蛋白的生产,如何建立高效的哺乳动物细胞表达系统也受到研究者们的重视。随着基因组学、转录组学、蛋白质组学以及代谢组学研究不断深入,近几年来在优化哺乳动物表达系统方面取得了长足的进步。从高效表达载体构建、宿主细胞改造、高通量筛选、培养基优化等方面阐述哺乳动物细胞表达系统的研究进展,以期为研究者们提供一定的帮助。