作者:宗华 来源:中国科学报 发布时间:2018/5/23 9:31:40
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迷你抗体治癌有一手
源自鲨鱼骆驼 有助癌症和其他疾病药物研制

 

来自鲨鱼的血液提供了被称为小型抗体的免疫蛋白质。图片来源:MATT ROTH

Helen Dooley承认,当她描述自己的工作时,经常得到困惑的反应。“人们会说,‘你靠替鲨鱼抽血为生?’”

虽然这有点言过其实,但Dooley和助手每两周便会拜访美国马里兰州巴尔的摩内港海洋与环境技术研究所的若干玻璃钢水箱。他们网住猫鲨或者护士鲨,并将其挪到一个含有低剂量镇静剂的小水池中。这种药物能让鲨鱼保持镇静,从而使Dooley和助手得以将其从水中抬起并且穿刺尾巴上的静脉。Dooley介绍说,抽几毫升血“只需要几秒钟”。随后,他们会让鲨鱼回到水族馆休养生息。“只过了1分钟左右,它们通常能完全正常地四处游动并且寻找食物。”

在20年的时间里,身为马里兰大学(UMD)医学院免疫学家的Dooley一直在采集鲨鱼血液。其理由和其他研究人员从美洲驼、骆驼及其近亲身上抽血的原因相同。所有这些动物都会释放大小只有传统抗体一半的不同寻常的微型抗体。

自上世纪80年末以来,研究人员便知道这些微小的蛋白质。当时,比利时布鲁塞尔自由大学(VUB)的科学家偶然间发现了它们。但波士顿儿童医院生物化学家Hidde Ploegh表示,“从2012年起,该领域才真正起飞”。和传统抗体相比,这些分子及其更加微小的片段(通常被称为纳米抗体)对于研究人员来说更容易产生、更耐用,可溶性也更强。小型抗体可在细胞内部发挥作用,同时其大小允许它们进入组织深处,而常规抗体则很难渗透进去。

微小抗体扮演重要角色

人类和小鼠偶尔会产生仅含有重链的抗体,但研究人员认为,它们是功能失调的B细胞(此类蛋白质的免疫工厂)产生的“次品”。相比之下,鲨鱼和骆驼家族产生的微小抗体并非半成品的“劣质货”。尽管它们缺少帮助常规抗体识别和抓住抗原的轻链,但能以极大的特异性和其目标紧紧结合在一起。同时,它们似乎是这些动物对病原体产生反应的关键部分。当Dooley和UMD医学院进化免疫学家Martin Flajnik将刺激免疫反应的抗原注射进护士鲨体内时,他们发现在几个月内,这些动物产生了多种靶向外来分子的小型抗体。

Flajnik和其他研究人员推测,微小抗体使免疫系统得以对抗更广范围的病原体。传统抗体擅长粘住病毒和细菌分子上的平整表面。斯坦福大学医学院结构免疫学家K. Christopher Garcia表示,只含有重链的抗体“非常小,因此或许能穿过常规抗体无法进入的‘峡谷’和‘裂缝’”。

VUB分子生物学家Serge Muyldermans认为,小型抗体肯定扮演了重要角色,因为它们在多达3个不同的世系中独立出现:鲨鱼、骆驼以及一种可能类似于鲨鱼的鱼类。不过,它们赋予了这些动物哪些优势一直是个谜。Dooley介绍说,比如,科学家对鲨鱼病原体知之甚少,甚至无法确定鲨鱼何时生病。对于骆驼及其近亲来说,虽然研究人员对它们的疾病有更好的了解,但仍无法确定这些小型抗体对抗的是哪些病原体。Muyldermans说,对于这些分子为何会进化,目前“我们并没有线索”。

纳米抗体的诸多优势

不过,这并未阻止科学家将其运用到工作中。对于大多数医学和研究用途来说,科学家会删除小型抗体,仅留下同抗原结合的顶端。Ploegh介绍说,纳米抗体有很多便于使用的属性。比如,得到充分研究的大肠杆菌能产生它们。

“你可以在大肠杆菌中表达它们并且获得异常高的产量。同时,它们很容易纯化。”Ploegh说。相比之下,在大肠杆菌中产生能发挥作用的完整尺寸抗体被证实非常困难。因此,研究人员通常从更加昂贵的哺乳动物细胞培养物中获得它们。

纳米抗体也能在细胞内保持功能性,而传统抗体通常会在细胞质中四分五裂。“突然间,我们能利用抗体在细胞内部做一些聪明的事情。”瑞士巴塞尔大学发育生物学家Markus Affolter介绍说,一种聪明的用途是“我们找到了操纵蛋白质的全新方法”。

例如,Affolter和同事利用纳米抗体将特定蛋白质从细胞中清除。该团队从改造细胞以产生纳米抗体入手。这些抗体在未被结合一端携带着将蛋白质引向细胞“垃圾处理厂”的分子。纳米抗体的另一端能识别并且黏附特定蛋白质。2012年,研究人员报告称,刺激细胞产生纳米抗体,导致蛋白质靶点最快在3个小时内消失。

作为基础研究中的标准方法,通过诱导基因突变清除蛋白质会将其永久删除。相比之下,纳米抗体技术使科学家得以将其删除然后将分子恢复,从而更详细地探寻它们的作用。例如,2015年,一个由得克萨斯州贝勒医学院研究人员领导的团队改造了果蝇,以产生“抓住”Dunce蛋白质的纳米抗体并促进它的毁灭。Dunce蛋白质对于昆虫的学习和记忆能力至关重要。随后,研究人员训练果蝇避开特定的门。当该团队刺激果蝇开始产生对抗Dunce的纳米抗体时,该蛋白质的水平骤降。此时,昆虫变得更加愚蠢——它们在学习避开门时变得更加困难。当该团队停掉这种纳米抗体的生产时,Dunce的丰度再次上升,而果蝇也重新变聪明。

相关疗法进入临床试验

鲨鱼、美洲驼和骆驼或许很快能帮助病人。总部位于比利时根特的Ablynx公司从一个发现非正统抗体的初始团队分拆而来。它已经完成了针对此类蛋白质——caplacizumab 的3期临床有效性试验。其治疗的是一种名为血栓形成性血小板减少性紫癜的罕见疾病。患上该疾病后,很多血栓会触发中风、器官衰竭或者死亡。源自美洲驼的分子通过紧紧抓住一种名为血管假性血友病因子、可促进凝血的血液蛋白并使其失活而发挥作用。Ablynx首席执行官Edwin Moses介绍说,这种分子比传统抗体更具黏附性。2017年,该公司在亚特兰大举行的美国血液学会会议上展示了上述试验的阳性反应结果。目前,其已申请在欧洲出售该药物并且计划于今年年底在美国做同样的事情。

至少还有7种来源于小型抗体的其他疗法已经进入临床试验。它们靶向的是诸如类风湿性关节炎、牛皮癣、红斑狼疮等疾病。同时,还有30多种疗法正处于研发中。大多数此类分子源自骆驼及其近亲的抗体,但由总部位于澳大利亚墨尔本的AdAlta公司生产的首个基于鲨鱼的药物应当会在今年年底进入临床试验。该公司首席科学官Mick Foley介绍说,这种药物旨在缓解肺部纤维化——瘢痕组织累积引发的器官僵化。

研究人员还希望,小型抗体的独特属性将使其得以撬开血脑屏障。这是一个治疗很多大脑疾病的障碍,因为它会“拒绝”大多数大型分子,包括标准抗体和很多其他药物。总部位于费城的生物科技公司Ossianix设计出一种鲨鱼小型抗体的碎片,能黏附控制通过该障碍的受体。该公司首席执行官Frank Walsh表示,通过刺激受体,这些碎片或许能为诸如杀死癌症的传统抗体——利妥昔单抗等药物打通进入大脑的道路。(宗华编译)

《中国科学报》 (2018-05-23 第3版 国际)
 
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