當(dāng)今制藥產(chǎn)業(yè)的熱點，被稱為“生物導(dǎo)彈”的治療性抗體藥物開發(fā)異�；钴S，但其共同的特點，分子太大、結(jié)構(gòu)太復(fù)雜、價格太昂貴又限制了它的生產(chǎn)及在臨床應(yīng)用上的推廣。對此，比利時一家生物技術(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，價格也會便宜得多。
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)造出世界上第一個全新的納米抗體藥物，用來治療癌癥、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、困擾復(fù)雜抗體藥物的諸多問題以及該公司科學(xué)家們對駱駝家族相關(guān)生物學(xué)知識的獨特見解。
抗體藥物突飛猛進
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，我們其實是生活在“細菌吃人”的世界，各種細菌永無寧日地侵蝕著我們，把我們當(dāng)做它們繁殖后代的最好場所，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細胞生成的、呈Y字形的蛋白質(zhì)，生活在血液和細胞間流體中。每種抗體模型擔(dān)負一種使命，通過化學(xué)觸覺識別所遇到的其他分子。當(dāng)免疫系統(tǒng)遭受微生物、過敏原或毒素侵蝕時它就發(fā)出獨特的化學(xué)信號，啟動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，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，免疫系統(tǒng)往往又反應(yīng)過度；而免疫系統(tǒng)有時又會錯誤地進攻人體正常細胞，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，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食品和藥物管理局的上市批準�？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食品和藥物管理局的通過，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)和臨床實驗階段。有科學(xué)家預(yù)言，未來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，明年末他們也將開始納米抗體藥物的一期臨床實驗，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、長度只有幾個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)前目標是，創(chuàng)造出能取代市場暢銷抗體，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，但其高昂的價格卻帶來了很多麻煩。據(jù)報道，哮喘病人每年在哮喘病抗體藥物Xolair上的花費就要1.1萬美元；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；而每個癌癥患者每年在抗體藥物Her鄄ceptin上的花費竟然高達3.8萬美元。
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。按照分子量標準，抗體屬超大分子物質(zhì)，每個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，然后進行人源化。人源化的過程很復(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，還有一些公司通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)對老鼠進行改造，直接產(chǎn)生接近人源化的抗體。抗體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物細胞培養(yǎng)而成，這一過程通常就得耗費幾個月的時間。
這種細胞培養(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值昂貴的細胞或污染了所生成的抗體。最近的研究表明，未來數(shù)年的產(chǎn)量加在一起也遠遠少于市場對單克隆抗體藥物的需求，所有這些因素刺激了克隆藥物價格的不斷攀升。
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酸強堿的條件下會分解，必須在絕對零度下保存，否則就會在數(shù)周內(nèi)完全失去活性�？贵w能被消化系統(tǒng)很快降解，從而阻止了其進入大腦或一些腫瘤的外圍，許多疾病無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法正常工作，即使能正常發(fā)揮藥效的某些情況下，運用更簡單、更小的蛋白分子效果會更好，而且在合成、操作、吸收和價格方面會更有優(yōu)勢，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80年代，蛋白質(zhì)工程師們就通過去掉主干或主干和一條分支的方法獲得抗體片段，來研究抗體片段代替整個抗體行使其功能。這些抗體片段也能像整段抗體一樣，通過與毒素、病原體、異常細胞信號結(jié)合或與那些不受歡迎分子的細胞受體結(jié)合達到治療疾病的效果。但是由于Y型結(jié)構(gòu)中的一些蛋白片段被去掉，抗體片段無法恢復(fù)其他免疫系統(tǒng)成分如T細胞的功能。
抗體片段的優(yōu)勢在于，它能夠通過細菌、酵母或真菌合成，這種方法比利用老鼠合成抗體便宜得多。抗體片段還能偷偷進入腫瘤的中心，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胞，直接攻克腫瘤細胞。另外，抗體片段能更快地分解或從血液中過濾，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，這一特點雖然在用做載體時具有優(yōu)勢，但用做藥物時卻是一大缺點，在體內(nèi)的藥效持續(xù)時間太短，這也是目前為止只有一種抗體片段在美國上市的原因。
為了克服這一問題，許多公司不斷對抗體片段進行修飾，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決定區(qū)域這樣的重要化學(xué)成分，互補決定區(qū)域決定抗體將要識別的靶標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)展中的問題時，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疾病的野外科考活動中，對從駱駝血液中分離出的抗體檢測后，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，有一半沒有輕鏈，而且更讓人驚喜的是，這些“重鏈抗體”能像正�？贵w一樣與抗原等靶標緊緊結(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物的秘密何在雖然不得而知，但自然界的進化卻為科學(xué)家解決抗體和抗體片段所面臨的棘手問題提供了良方。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。老鼠實驗證明，當(dāng)它們通過老鼠的消化系統(tǒng)時能保持穩(wěn)定和活性，增強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，達到每公升1克的產(chǎn)量，這樣1.5萬公升的反應(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到數(shù)周，增加了藥效持續(xù)時間。該公司也將4個納米抗體結(jié)合，從而使每個分子能與更多的抗原結(jié)合或與兩個不同靶標結(jié)合，增加藥物作用效率。Ablynx公司最近還發(fā)表了他們激動人心的研究成果，他們設(shè)計出的納米抗體能與癌癥細胞上的受體結(jié)合，進而與其遇到的任何腫瘤細胞緊密結(jié)合。這類納米抗體還能通過每個蛋白質(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點；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，既能保住正常細胞，腫瘤細胞也能被完全驅(qū)除。
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)造出世界上第一個全新的納米抗體藥物，用來治療癌癥、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、困擾復(fù)雜抗體藥物的諸多問題以及該公司科學(xué)家們對駱駝家族相關(guān)生物學(xué)知識的獨特見解。
抗體藥物突飛猛進
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，我們其實是生活在“細菌吃人”的世界，各種細菌永無寧日地侵蝕著我們，把我們當(dāng)做它們繁殖后代的最好場所，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細胞生成的、呈Y字形的蛋白質(zhì)，生活在血液和細胞間流體中。每種抗體模型擔(dān)負一種使命，通過化學(xué)觸覺識別所遇到的其他分子。當(dāng)免疫系統(tǒng)遭受微生物、過敏原或毒素侵蝕時它就發(fā)出獨特的化學(xué)信號，啟動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，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，免疫系統(tǒng)往往又反應(yīng)過度；而免疫系統(tǒng)有時又會錯誤地進攻人體正常細胞，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，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食品和藥物管理局的上市批準�？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食品和藥物管理局的通過，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)和臨床實驗階段。有科學(xué)家預(yù)言，未來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，明年末他們也將開始納米抗體藥物的一期臨床實驗，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、長度只有幾個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)前目標是，創(chuàng)造出能取代市場暢銷抗體，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，但其高昂的價格卻帶來了很多麻煩。據(jù)報道，哮喘病人每年在哮喘病抗體藥物Xolair上的花費就要1.1萬美元；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；而每個癌癥患者每年在抗體藥物Her鄄ceptin上的花費竟然高達3.8萬美元。
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。按照分子量標準，抗體屬超大分子物質(zhì)，每個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，然后進行人源化。人源化的過程很復(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，還有一些公司通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)對老鼠進行改造，直接產(chǎn)生接近人源化的抗體。抗體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物細胞培養(yǎng)而成，這一過程通常就得耗費幾個月的時間。
這種細胞培養(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值昂貴的細胞或污染了所生成的抗體。最近的研究表明，未來數(shù)年的產(chǎn)量加在一起也遠遠少于市場對單克隆抗體藥物的需求，所有這些因素刺激了克隆藥物價格的不斷攀升。
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酸強堿的條件下會分解，必須在絕對零度下保存，否則就會在數(shù)周內(nèi)完全失去活性�？贵w能被消化系統(tǒng)很快降解，從而阻止了其進入大腦或一些腫瘤的外圍，許多疾病無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法正常工作，即使能正常發(fā)揮藥效的某些情況下，運用更簡單、更小的蛋白分子效果會更好，而且在合成、操作、吸收和價格方面會更有優(yōu)勢，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80年代，蛋白質(zhì)工程師們就通過去掉主干或主干和一條分支的方法獲得抗體片段，來研究抗體片段代替整個抗體行使其功能。這些抗體片段也能像整段抗體一樣，通過與毒素、病原體、異常細胞信號結(jié)合或與那些不受歡迎分子的細胞受體結(jié)合達到治療疾病的效果。但是由于Y型結(jié)構(gòu)中的一些蛋白片段被去掉，抗體片段無法恢復(fù)其他免疫系統(tǒng)成分如T細胞的功能。
抗體片段的優(yōu)勢在于，它能夠通過細菌、酵母或真菌合成，這種方法比利用老鼠合成抗體便宜得多。抗體片段還能偷偷進入腫瘤的中心，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胞，直接攻克腫瘤細胞。另外，抗體片段能更快地分解或從血液中過濾，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，這一特點雖然在用做載體時具有優(yōu)勢，但用做藥物時卻是一大缺點，在體內(nèi)的藥效持續(xù)時間太短，這也是目前為止只有一種抗體片段在美國上市的原因。
為了克服這一問題，許多公司不斷對抗體片段進行修飾，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決定區(qū)域這樣的重要化學(xué)成分，互補決定區(qū)域決定抗體將要識別的靶標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)展中的問題時，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疾病的野外科考活動中，對從駱駝血液中分離出的抗體檢測后，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，有一半沒有輕鏈，而且更讓人驚喜的是，這些“重鏈抗體”能像正�？贵w一樣與抗原等靶標緊緊結(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物的秘密何在雖然不得而知，但自然界的進化卻為科學(xué)家解決抗體和抗體片段所面臨的棘手問題提供了良方。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。老鼠實驗證明，當(dāng)它們通過老鼠的消化系統(tǒng)時能保持穩(wěn)定和活性，增強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，達到每公升1克的產(chǎn)量，這樣1.5萬公升的反應(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到數(shù)周，增加了藥效持續(xù)時間。該公司也將4個納米抗體結(jié)合，從而使每個分子能與更多的抗原結(jié)合或與兩個不同靶標結(jié)合，增加藥物作用效率。Ablynx公司最近還發(fā)表了他們激動人心的研究成果，他們設(shè)計出的納米抗體能與癌癥細胞上的受體結(jié)合，進而與其遇到的任何腫瘤細胞緊密結(jié)合。這類納米抗體還能通過每個蛋白質(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點；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，既能保住正常細胞，腫瘤細胞也能被完全驅(qū)除。