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2018年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)塵埃落定，授予Frances Arnold、George Smith、Gregory Winter三人。其中化學(xué)獎(jiǎng)一半的獎(jiǎng)金授予美國(guó)科學(xué)家Frances Arnold，獎(jiǎng)勵(lì)她的工作實(shí)現(xiàn)了酶的定向進(jìn)化；另一半的獎(jiǎng)金授予英國(guó)科學(xué)家Gregory Winter以及美國(guó)科學(xué)家George Smith，以獎(jiǎng)勵(lì)他們?cè)陔念惡涂贵w的噬菌體展示技術(shù)的巨大成就。
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是藥物研發(fā)的動(dòng)力，Smith等人發(fā)展出噬菌體展示技術(shù)，使得抗體藥物的研發(fā)有了突破性進(jìn)展。噬菌體展示技術(shù)已成為重要的藥物篩選平臺(tái)之一，它不僅可以用于多肽、單抗的篩選，也可以用于其他蛋白質(zhì)的篩選，其篩選的多樣性也是該技術(shù)的亮點(diǎn)之一。
那么，什么是噬菌體展示技術(shù)呢？該技術(shù)是由Smith于1985年開(kāi)發(fā)，之后Winter繼續(xù)發(fā)展了該技術(shù)，他們所用的工具是基因工程改造過(guò)的噬菌體——一種可以感染細(xì)菌的病毒，作為宿主。
A.基因工程將編碼多肽或蛋白文庫(kù)的DNA序列插入到噬菌體的外殼蛋白基因，這樣，多肽或蛋白就可以表達(dá)在噬菌體的表面；B.噬菌體轉(zhuǎn)化到宿主細(xì)胞內(nèi)，成熟的噬菌體從宿主中釋放出來(lái)。1.用固定有靶蛋白的培養(yǎng)板捕捉能特異結(jié)合靶蛋白的噬菌體；2.洗去未與靶點(diǎn)結(jié)合的噬菌體；3 將與靶點(diǎn)結(jié)合的噬菌體洗脫下來(lái)進(jìn)行下一輪轉(zhuǎn)化；4.進(jìn)行下一輪感染與轉(zhuǎn)化；5.進(jìn)一步放大目標(biāo)噬菌體的數(shù)量。這樣，循環(huán)往復(fù)，就可以得到想要的高親和性抗體。
那么，這么做有什么好處呢？首先，并不是所有文庫(kù)中表達(dá)的蛋白質(zhì)表位都是有用的，這樣可以篩選感興趣的表位，以保證候選藥物的活性；其次，在體外實(shí)驗(yàn)中，可以篩選人源與非人源靶點(diǎn)，這就節(jié)省了臨床前試驗(yàn)的時(shí)間。
洗去不與靶點(diǎn)*結(jié)合的表位，只留下親和性高的表位
目前，已有多種抗體藥物利用該技術(shù)成功上市，Adalimumab單抗就是其中出色的一例，成功研發(fā)的全人源重組IgG1：κ單克隆抗體，該藥物近年來(lái)一直雄踞藥物的，2017年，其銷售額為184億美元。此外，還有多個(gè)利用該技術(shù)的藥物成功上市，有一批待上市的藥物處于臨床試驗(yàn)之中。下面就讓我們了解這些成功上市的藥物。
Adalimumab
Adalimumab是全人源重組IgG1-κ單克隆抗體，該藥是抗腫瘤壞死因子TNFα藥物，用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎于2002年在美國(guó)上市。Adalimumab利用噬菌體展示技術(shù)的“指導(dǎo)選擇”篩選出來(lái)的。該步驟分為兩步，首先研究人員發(fā)展出了鼠源抗人類TNF抗體MAK195，但是鼠源抗體不能作為自身免疫病的藥物，于是他們利用這個(gè)鼠源抗體指導(dǎo)分離與MAK195有相同表位的人源抗體。利用MAK195的重鏈與輕鏈在蛋白庫(kù)中找到配對(duì)的人類DNA序列，之后利用噬菌體展示技術(shù)進(jìn)一步篩選，得到高親和性的抗TNF抗體。這就形成了Adalimumab單抗。
Belimumab
Belimumab是人源IgG1λ單克隆抗體。由Cambridge Antibody Technology 與 Human Genome Sciences (GlaxoSmithKline公司)聯(lián)合研發(fā)，于2011年被批準(zhǔn)上市，用于治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡，是用于治療系統(tǒng)性狼瘡的靶向藥。Belimumab可以與B淋巴細(xì)胞刺激因子(BLyS)結(jié)合，阻止BLyS與B淋巴細(xì)胞結(jié)合，促進(jìn)B淋巴細(xì)胞凋亡。研究人員利用單鏈可變片段(scFv)噬菌體展示技術(shù)篩選了1200個(gè)抗體，得到親和力較高的Belimumab，臨床前研究表明，該藥可以抑制食蟹獼猴的B淋巴細(xì)胞生長(zhǎng)。臨床試驗(yàn)表明，Belimumab可以有效改善患者病情。
Ranibizumab (Lucentis？)
Ranibizumab由Genentech公司研發(fā)，是與VEGF-A結(jié)合并抑制其活性的抗原結(jié)合片段(Fab)。鼠源性抗體A4.6.1在小鼠腫瘤模型中有很好的應(yīng)用，并且得到了抗腫瘤藥Bevacizumab (Avastin？)，Ranibizumab也是A4.6.1的突變位點(diǎn)的候選化合物。Clone Y0317(也就是Ranibizumab)對(duì)VEGF-A的親和力為0.1nM，僅含有6個(gè)與親本不同的突變，且將對(duì)VEGF的親和力提高了100多倍，大大減少了用藥劑量。該藥于2006年被批準(zhǔn)上市，用于治療年齡相關(guān)性黃斑病變，2010年被批準(zhǔn)用于治療糖尿病性黃斑水腫，2015年被批準(zhǔn)用于治療糖尿病性視網(wǎng)膜病變。
Ecallantide (Kalbitor？)
Ecanllantide是由60個(gè)氨基酸組成，是一種重組激肽釋放酶蛋白抑制劑。使用人類脂蛋白相關(guān)凝血抑制劑(LACI-D1)的個(gè)Kunitz結(jié)構(gòu)域構(gòu)建的噬菌體展示文庫(kù)作為支架發(fā)現(xiàn)了Ecallantide。該藥于2009年批準(zhǔn)上市，用于治療遺傳性血管性水腫(HAE)這種罕見(jiàn)的遺傳性疾病。
Romiplostim (Nplate？)
Romiplostim含有兩個(gè)相同的亞單位，每個(gè)亞單位分別由一個(gè)IgG1 Fc結(jié)構(gòu)區(qū)和c-Mpl結(jié)合區(qū)共價(jià)結(jié)合構(gòu)成，結(jié)合促血小板生成受體(TPOR)，于2008年由美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市，該藥物是由FDA批準(zhǔn)的肽體藥物，也是僅有的血小板生成藥物。
Raxibacumab (Abthrax？)
Raxibacumab是一種人源單克隆IgG1λ抗體，用于治療和預(yù)防由炭疽桿菌感染造成的疾病，Raxibacumab結(jié)合炭疽桿菌的保護(hù)性抗原，阻止細(xì)菌毒素的釋放。該藥由Human Genome Sciences研發(fā)，試驗(yàn)證明，Raxibacumab明顯增加了兔子與猴的生存期。
Necitumumab (Portrazza？)
Necitumumab由ImClone Systems、Eli Lilly與Bristol-Myers Squibb三公司利用“de Haard”Dyax Fab噬菌體展示技術(shù)文庫(kù)，共同合作研發(fā)，該藥靶向表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)。在該藥的研發(fā)過(guò)程中，表皮樣癌細(xì)胞作為抗體篩選的靶點(diǎn)，Necitumumab對(duì)該細(xì)胞的親和性為3.3±0.5nM。2015年，Necitumumab被批準(zhǔn)上市，與gemcitabine與cisplatin聯(lián)用治療鱗狀非小細(xì)胞肺癌。
Ramucirumab (Cyramza？)
Ramucirumab也是從deHaard Fab噬菌體展示技術(shù)文庫(kù)中篩選得到的，VEGFR2藥物，Ramucirumab是利用人類Fabs非免疫的噬菌體展示技術(shù)文庫(kù)，通過(guò)PCR擴(kuò)增得到的人源重鏈與輕鏈。在臨床前研究中，該藥顯示出優(yōu)良的抗腫瘤活性，在臨床III試驗(yàn)中顯示，該藥對(duì)多種腫瘤具有顯著的抑制效果。2014年由美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市，用于治療晚期胃癌或胃食管結(jié)合部腺癌。
總結(jié)
除了上述的上市藥物，還有更多的藥物處于正在臨床試驗(yàn)中。在抗體藥與蛋白質(zhì)藥物篩選方面，噬菌體展示技術(shù)顯示出巨大的*性，提高了藥物研發(fā)的成功率，也節(jié)省了藥物篩選的時(shí)間與費(fèi)用。(生物谷）
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