迷你抗体治癌有一手

鲨鱼的血液提供被称为小抗体的免疫蛋白。照片来源:MATT ROTH

海伦·杜利承认，当她描述自己的工作时，她经常会得到困惑的回答。“人们会说，‘你以从鲨鱼身上吸血为生吗？’"

虽然这有点夸张，但杜利和他的助手们每两周都会参观美国马里兰州巴尔的摩内港海洋与环境技术研究所的几个玻璃钢储罐。他们捕获了猫鲨或护士鲨，并把它转移到一个装有低剂量镇静剂的小池子里。这种药物让鲨鱼保持冷静，让杜利和他的助手将它们从水中提起，刺穿它们尾巴上的静脉。杜利说抽取几毫升血液“只需要几秒钟”稍后，他们会让鲨鱼回到水族馆进行恢复。"仅仅一分钟左右，它们就可以正常地游来游去，完全正常地寻找食物。"

20年来，马里兰大学(UMD)医学院的免疫学家杜利一直在收集鲨鱼血。原因和其他研究人员从骆驼、骆驼和它们的近亲身上取血一样。所有这些动物都会释放出不寻常的微型抗体，其大小只有传统抗体的一半。

研究人员从20世纪80年代末就知道这些微小的蛋白质。当时，比利时布鲁塞尔*大学(VUB)的科学家偶然发现了它们。但是波士顿儿童医院的生物化学家Hidde Ploegh说，“这个领域从2012年才真正开始起步”。与传统抗体相比，这些分子及其较小的片段(通常称为纳米抗体)更容易生产，更耐用，对研究人员来说更易溶解。小抗体可以在细胞内发挥作用，它们的大小允许它们深入组织，而常规抗体很难穿透。

微体起着重要的作用

人类和老鼠偶尔会产生仅含重链的抗体，但研究人员认为它们是功能失调的B细胞(这种蛋白质的免疫工厂)产生的“缺陷”产品。相比之下，鲨鱼和骆驼家族产生的微小抗体不是“劣质”半成品。尽管它们缺乏帮助常规抗体识别和抓住抗原的轻链，但它们可以以很高的特异性与目标紧密结合。同时，它们似乎是这些动物对病原体反应的关键部分。当杜利和UMD医学院的进化免疫学家马丁·弗莱尼克将刺激免疫反应的抗原注射到护士鲨体内时，他们发现在几个月内，这些动物产生了各种针对外来分子的小抗体。

Flajnik和其他研究人员推测，微小的抗体使免疫系统能够对抗更广泛的病原体。传统抗体擅长粘附在病毒和细菌分子的平面上。斯坦福大学医学院的结构免疫学家克里斯托弗·加西亚(K. Christopher Garcia)说，仅含重链的抗体“非常小，因此它们可能能够穿过常规抗体无法进入的‘山谷’和‘裂缝’。

VUB分子生物学家塞尔日·缪德尔曼认为，小抗体肯定发挥了重要作用，因为它们独立地出现在多达三种不同的血统中:鲨鱼、骆驼和一种可能类似鲨鱼的鱼。然而，它们给这些动物带来了什么好处一直是个谜。杜利说，例如，科学家对鲨鱼病原体知之甚少，甚至不能确定鲨鱼何时生病。对于骆驼和它们的近亲来说，尽管研究人员对它们的疾病有了更好的了解，但他们仍然无法确定这些小抗体在对抗哪些病原体。缪德尔曼说，“我们不知道”这些分子为什么进化。

纳米抗体的诸多优势

然而，这并没有阻止科学家将它应用到他们的工作中。对于大多数医学和研究应用，科学家将删除小抗体，只留下与抗原结合的顶部。普洛格说，纳米抗体有许多方便的特性。例如，研究充分的大肠杆菌可以产生它们。

“你可以在大肠杆菌中表达它们，并获得异常高的产量。同时，它们很容易净化。”普洛格说。相比之下，在大肠杆菌中生产功能性全尺寸抗体被证明非常困难。因此，研究人员通常从更昂贵的哺乳动物细胞培养物中获得它们。

纳米抗体也可以在细胞中保持功能，而传统的抗体通常在细胞质中碎裂。"突然间，我们可以利用抗体在细胞内做一些聪明的事情."巴塞尔大学的瑞士发育生物学家马库斯·阿弗特尔说，一个聪明的用法是“我们发现了一种全新的操纵蛋白质的方法”。

例如，阿弗特尔和他的同事使用纳米抗体从细胞中去除特定的蛋白质。该团队从转化细胞产生纳米抗体开始。这些抗体携带分子，将蛋白质引导到细胞未结合端的“垃圾处理厂”。纳米抗体的另一端可以识别和粘附特定的蛋白质。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最早在3小时内消失。

作为基础研究的标准方法，通过诱导基因突变来去除蛋白质会永久删除它们。相反，纳米抗体技术使科学家能够删除它们，然后恢复分子，从而更详细地探索它们的作用。例如，在2015年，由德克萨斯州贝勒医学院的研究人员领导的一个团队对果蝇进行了改造，以产生纳米抗体，从而“捕获”邓斯蛋白并促进其破坏。邓斯蛋白对昆虫的学习和记忆非常重要。后来，研究人员训练果蝇避开特定的门。当研究小组刺激果蝇开始产生针对邓斯的纳米抗体时，蛋白质水平直线下降。这时，昆虫变得更加愚蠢——当它们学会避开门时，它们变得更加困难。当团队停止生产纳米抗体时，邓斯的丰度再次上升，果蝇也变得更加聪明。

相关疗法进入临床试验

鲨鱼、骆驼和骆驼可能很快就能帮助病人。总部设在比利时根特的艾柏林克斯公司是从一个最初发现非正统抗体的团队中分离出来的。它已经完成了对这种蛋白caplacizumab的3期临床疗效试验。它治疗一种叫做血栓性血小板减少性紫癜的罕见疾病。患了这种疾病后，许多血栓会引发中风、器官衰竭或死亡。来源于骆马的分子通过紧紧抓住一种叫做血管性血友病因子的血液蛋白并使其失活而发挥作用，血管性血友病因子可以促进血液凝固。Ablynx公司首席执行官埃德温·摩西说，这种分子比传统抗体更具粘性。2017年，该公司在亚特兰大举行的美国血液协会会议上展示了上述检测的阳性结果。目前，该公司已申请在欧洲销售该药物，并计划在今年年底前在美国销售。

至少有七种源自小抗体的其他疗法已经进入临床试验。它们针对的疾病有类风湿性关节炎、牛皮癣、红斑狼疮等。同时，有30多种疗法正在开发中。这些分子中的大多数来自骆驼及其近亲的抗体，但是澳大利亚墨尔本公司阿达塔生产的第一种基于鲨鱼的药物将在今年年底进入临床试验。该公司的首席科学官米克·弗利说，这种药物旨在减轻肺纤维化，即由疤痕组织积累引起的器官僵硬。

研究人员还希望小抗体的独特性质能让它们撬开血脑屏障。这是许多脑部疾病治疗的一个障碍，因为它“拒绝”大多数大分子，包括标准抗体和许多其他药物。总部位于费城的生物技术公司Ossianix已经设计出一种小鲨鱼抗体的片段，这种抗体能够附着在控制通过屏障的受体上。该公司首席执行官弗兰克·沃尔什(Frank Walsh)表示，通过刺激受体，这些片段可能为药物(如传统的抗癌抗体利妥昔单抗)进入大脑开辟道路。(宗华编译)

中国科学新闻(2018-05-23第三版国际版)