'致敬那瘋狂的腫瘤免疫40年！免疫細胞與癌細胞融合，讓小鼠表達人的抗體，只是為生產更好的抗癌藥丨奇點深度'
在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
噬菌體篩選示意圖
為了解決噬菌體展示平臺面臨的問題， K. Dane Wittrup等推出了基於真核生物酵母菌的酵母展示平臺[15,19]。去年年底在國內獲批上市的PD-1單抗Sintilimab就是基於這個平臺開發的。
酵母展示平臺實現了從原核表達系統到真核表達系統的進步，不過酵母的蛋白質修飾系統與人體依然有不小的差距[20]，這對抗體功能也存在一定的影響。也正是這種差別在一定程度上限制了酵母展示平臺的應用。
據統計，截止2017年5月，全球共有23個全人源單抗藥被FDA批准上市，其中通過噬菌體展示技術推出的抗體有6個，酵母展示平臺為0，剩餘的17個全部來自後起之秀轉基因小鼠平臺[21]。
真正給全人源抗體領域帶來變革的，是轉基因小鼠的誕生。
全人源單抗：轉基因小鼠帶來的真·全人源
就在Smith推出噬菌體展示技術的同一年，如今身為美國科學院院士的Frederick Alt，曾和他的幾位同事一起大膽預言：“日漸成熟的轉基因技術可以讓小鼠表達人的抗體”[22]。
可以說，這一預言為未來數十年的研究指明瞭方向，越來越多的團隊加入轉基因小鼠改造的行列[23，24]。研究的高潮在1997年被點燃，日本麒麟麥酒株式會社的石田功（Isao Ishida）領導的10人研究團隊[25]，基本實現了將人的抗體生產系統搬到小鼠體內。說來也巧，石田功正是我們前面介紹的1987年諾獎得主，利根川進的學生。
在隨後的幾年裡，不同科研團隊之間的通力合作，達到人體免疫系統水平的轉基因小鼠終於誕生了。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
噬菌體篩選示意圖
為了解決噬菌體展示平臺面臨的問題， K. Dane Wittrup等推出了基於真核生物酵母菌的酵母展示平臺[15,19]。去年年底在國內獲批上市的PD-1單抗Sintilimab就是基於這個平臺開發的。
酵母展示平臺實現了從原核表達系統到真核表達系統的進步，不過酵母的蛋白質修飾系統與人體依然有不小的差距[20]，這對抗體功能也存在一定的影響。也正是這種差別在一定程度上限制了酵母展示平臺的應用。
據統計，截止2017年5月，全球共有23個全人源單抗藥被FDA批准上市，其中通過噬菌體展示技術推出的抗體有6個，酵母展示平臺為0，剩餘的17個全部來自後起之秀轉基因小鼠平臺[21]。
真正給全人源抗體領域帶來變革的，是轉基因小鼠的誕生。
全人源單抗：轉基因小鼠帶來的真·全人源
就在Smith推出噬菌體展示技術的同一年，如今身為美國科學院院士的Frederick Alt，曾和他的幾位同事一起大膽預言：“日漸成熟的轉基因技術可以讓小鼠表達人的抗體”[22]。
可以說，這一預言為未來數十年的研究指明瞭方向，越來越多的團隊加入轉基因小鼠改造的行列[23，24]。研究的高潮在1997年被點燃，日本麒麟麥酒株式會社的石田功（Isao Ishida）領導的10人研究團隊[25]，基本實現了將人的抗體生產系統搬到小鼠體內。說來也巧，石田功正是我們前面介紹的1987年諾獎得主，利根川進的學生。
在隨後的幾年裡，不同科研團隊之間的通力合作，達到人體免疫系統水平的轉基因小鼠終於誕生了。
小鼠（該圖片由Robert-Owen-Wahl在Pixabay上發佈）
與噬菌體展示和酵母展示平臺不同的是，轉基因小鼠平臺生產抗體的方式，是先破壞小鼠的免疫系統，然後將人體編碼抗體的IgG基因轉入小鼠體內，並在小鼠體內最大程度再現人體抗體生產系統，產生人源的IgG抗體。從這個層面上講，它已經優於前述的兩個平臺了。
另一方面，為了保持抗原可變區的多樣性，噬菌體展示和酵母展示依賴於人工引入突變，而轉基因小鼠則利用的是B細胞天然自主的體細胞超突變。理論上講，小鼠作為歷經數百萬年的進化的生命體產物，其引入突變的方式更優於人工。
酵母展示平臺的發明人Wittrup等科學家，對已經獲批上市和正在開展2期及以上級別臨床研究的所有單抗做了分析。他們發現與噬菌體展示相比，通過轉基因小鼠研發出來的抗體藥的成藥性更好[26]。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
噬菌體篩選示意圖
為了解決噬菌體展示平臺面臨的問題， K. Dane Wittrup等推出了基於真核生物酵母菌的酵母展示平臺[15,19]。去年年底在國內獲批上市的PD-1單抗Sintilimab就是基於這個平臺開發的。
酵母展示平臺實現了從原核表達系統到真核表達系統的進步，不過酵母的蛋白質修飾系統與人體依然有不小的差距[20]，這對抗體功能也存在一定的影響。也正是這種差別在一定程度上限制了酵母展示平臺的應用。
據統計，截止2017年5月，全球共有23個全人源單抗藥被FDA批准上市，其中通過噬菌體展示技術推出的抗體有6個，酵母展示平臺為0，剩餘的17個全部來自後起之秀轉基因小鼠平臺[21]。
真正給全人源抗體領域帶來變革的，是轉基因小鼠的誕生。
全人源單抗：轉基因小鼠帶來的真·全人源
就在Smith推出噬菌體展示技術的同一年，如今身為美國科學院院士的Frederick Alt，曾和他的幾位同事一起大膽預言：“日漸成熟的轉基因技術可以讓小鼠表達人的抗體”[22]。
可以說，這一預言為未來數十年的研究指明瞭方向，越來越多的團隊加入轉基因小鼠改造的行列[23，24]。研究的高潮在1997年被點燃，日本麒麟麥酒株式會社的石田功（Isao Ishida）領導的10人研究團隊[25]，基本實現了將人的抗體生產系統搬到小鼠體內。說來也巧，石田功正是我們前面介紹的1987年諾獎得主，利根川進的學生。
在隨後的幾年裡，不同科研團隊之間的通力合作，達到人體免疫系統水平的轉基因小鼠終於誕生了。
小鼠（該圖片由Robert-Owen-Wahl在Pixabay上發佈）
與噬菌體展示和酵母展示平臺不同的是，轉基因小鼠平臺生產抗體的方式，是先破壞小鼠的免疫系統，然後將人體編碼抗體的IgG基因轉入小鼠體內，並在小鼠體內最大程度再現人體抗體生產系統，產生人源的IgG抗體。從這個層面上講，它已經優於前述的兩個平臺了。
另一方面，為了保持抗原可變區的多樣性，噬菌體展示和酵母展示依賴於人工引入突變，而轉基因小鼠則利用的是B細胞天然自主的體細胞超突變。理論上講，小鼠作為歷經數百萬年的進化的生命體產物，其引入突變的方式更優於人工。
酵母展示平臺的發明人Wittrup等科學家，對已經獲批上市和正在開展2期及以上級別臨床研究的所有單抗做了分析。他們發現與噬菌體展示相比，通過轉基因小鼠研發出來的抗體藥的成藥性更好[26]。
單抗發展歷程
至於如何利用轉基因小鼠平臺生產全人源單抗，我們就以之前介紹過的Nivolumab為例，為大家簡單拆解一下。
首先利用PD-1免疫轉基因小鼠，小鼠的B細胞受到人PD-1抗原的刺激之後，會啟動體細胞超突變程序，增殖分裂成數以萬計、能產生不同人源抗體的B細胞。緊接著，就要用到Köhler和Milstein發明的雜交瘤技術，從被PD-1免疫的小鼠體內分離出B細胞，並與骨髓瘤細胞融合。最後通過層層篩選，找到與PD-1親和性最高的人源抗體的雜交瘤。
回首通往全人源的“條條大道”，轉基因小鼠平臺雖較噬菌體展示技術晚出現10年，與酵母展示平臺幾乎同時登場，但因其在各方面表現出來的種種優勢，使其生產的全人源單抗獲批上市數量最多。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
噬菌體篩選示意圖
為了解決噬菌體展示平臺面臨的問題， K. Dane Wittrup等推出了基於真核生物酵母菌的酵母展示平臺[15,19]。去年年底在國內獲批上市的PD-1單抗Sintilimab就是基於這個平臺開發的。
酵母展示平臺實現了從原核表達系統到真核表達系統的進步，不過酵母的蛋白質修飾系統與人體依然有不小的差距[20]，這對抗體功能也存在一定的影響。也正是這種差別在一定程度上限制了酵母展示平臺的應用。
據統計，截止2017年5月，全球共有23個全人源單抗藥被FDA批准上市，其中通過噬菌體展示技術推出的抗體有6個，酵母展示平臺為0，剩餘的17個全部來自後起之秀轉基因小鼠平臺[21]。
真正給全人源抗體領域帶來變革的，是轉基因小鼠的誕生。
全人源單抗：轉基因小鼠帶來的真·全人源
就在Smith推出噬菌體展示技術的同一年，如今身為美國科學院院士的Frederick Alt，曾和他的幾位同事一起大膽預言：“日漸成熟的轉基因技術可以讓小鼠表達人的抗體”[22]。
可以說，這一預言為未來數十年的研究指明瞭方向，越來越多的團隊加入轉基因小鼠改造的行列[23，24]。研究的高潮在1997年被點燃，日本麒麟麥酒株式會社的石田功（Isao Ishida）領導的10人研究團隊[25]，基本實現了將人的抗體生產系統搬到小鼠體內。說來也巧，石田功正是我們前面介紹的1987年諾獎得主，利根川進的學生。
在隨後的幾年裡，不同科研團隊之間的通力合作，達到人體免疫系統水平的轉基因小鼠終於誕生了。
小鼠（該圖片由Robert-Owen-Wahl在Pixabay上發佈）
與噬菌體展示和酵母展示平臺不同的是，轉基因小鼠平臺生產抗體的方式，是先破壞小鼠的免疫系統，然後將人體編碼抗體的IgG基因轉入小鼠體內，並在小鼠體內最大程度再現人體抗體生產系統，產生人源的IgG抗體。從這個層面上講，它已經優於前述的兩個平臺了。
另一方面，為了保持抗原可變區的多樣性，噬菌體展示和酵母展示依賴於人工引入突變，而轉基因小鼠則利用的是B細胞天然自主的體細胞超突變。理論上講，小鼠作為歷經數百萬年的進化的生命體產物，其引入突變的方式更優於人工。
酵母展示平臺的發明人Wittrup等科學家，對已經獲批上市和正在開展2期及以上級別臨床研究的所有單抗做了分析。他們發現與噬菌體展示相比，通過轉基因小鼠研發出來的抗體藥的成藥性更好[26]。
單抗發展歷程
至於如何利用轉基因小鼠平臺生產全人源單抗，我們就以之前介紹過的Nivolumab為例，為大家簡單拆解一下。
首先利用PD-1免疫轉基因小鼠，小鼠的B細胞受到人PD-1抗原的刺激之後，會啟動體細胞超突變程序，增殖分裂成數以萬計、能產生不同人源抗體的B細胞。緊接著，就要用到Köhler和Milstein發明的雜交瘤技術，從被PD-1免疫的小鼠體內分離出B細胞，並與骨髓瘤細胞融合。最後通過層層篩選，找到與PD-1親和性最高的人源抗體的雜交瘤。
回首通往全人源的“條條大道”，轉基因小鼠平臺雖較噬菌體展示技術晚出現10年，與酵母展示平臺幾乎同時登場，但因其在各方面表現出來的種種優勢，使其生產的全人源單抗獲批上市數量最多。
轉基因小鼠製備全人源抗體示意圖
正如著名免疫學家Sefik S. Alkan所說，單克隆抗體的發現改變了生物醫學的面貌，並可能在未來幾個世紀深入影響我們的生活[2]。
1975年到2014年，這40年間無數科學家前赴後繼的努力，不僅改寫了人類抗癌的歷史，也毫無疑問將改變未來數百年人們的健康。
謹以此文致敬這始於一個瘋狂創想的40年，這佈滿了不厭其煩瘋狂嘗試的40年，這在瘋狂背後暗含勇氣和對科學的堅持的40年。
編輯神叨叨：奇點糕教你慧眼識單抗
最後教大家一個快速識別單抗類型的方法。
單抗名字最末尾的mab代表的是單抗，mab前面的1-2個字母裡面藏著單抗命名的法則：如果是o，那它就是鼠源抗體；如果是xi，那它就是人鼠嵌合抗體；如果是zu，說明是人源化抗體；如果只有一個u，那就是全人源抗體。
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
噬菌體篩選示意圖
為了解決噬菌體展示平臺面臨的問題， K. Dane Wittrup等推出了基於真核生物酵母菌的酵母展示平臺[15,19]。去年年底在國內獲批上市的PD-1單抗Sintilimab就是基於這個平臺開發的。
酵母展示平臺實現了從原核表達系統到真核表達系統的進步，不過酵母的蛋白質修飾系統與人體依然有不小的差距[20]，這對抗體功能也存在一定的影響。也正是這種差別在一定程度上限制了酵母展示平臺的應用。
據統計，截止2017年5月，全球共有23個全人源單抗藥被FDA批准上市，其中通過噬菌體展示技術推出的抗體有6個，酵母展示平臺為0，剩餘的17個全部來自後起之秀轉基因小鼠平臺[21]。
真正給全人源抗體領域帶來變革的，是轉基因小鼠的誕生。
全人源單抗：轉基因小鼠帶來的真·全人源
就在Smith推出噬菌體展示技術的同一年，如今身為美國科學院院士的Frederick Alt，曾和他的幾位同事一起大膽預言：“日漸成熟的轉基因技術可以讓小鼠表達人的抗體”[22]。
可以說，這一預言為未來數十年的研究指明瞭方向，越來越多的團隊加入轉基因小鼠改造的行列[23，24]。研究的高潮在1997年被點燃，日本麒麟麥酒株式會社的石田功（Isao Ishida）領導的10人研究團隊[25]，基本實現了將人的抗體生產系統搬到小鼠體內。說來也巧，石田功正是我們前面介紹的1987年諾獎得主，利根川進的學生。
在隨後的幾年裡，不同科研團隊之間的通力合作，達到人體免疫系統水平的轉基因小鼠終於誕生了。
小鼠（該圖片由Robert-Owen-Wahl在Pixabay上發佈）
與噬菌體展示和酵母展示平臺不同的是，轉基因小鼠平臺生產抗體的方式，是先破壞小鼠的免疫系統，然後將人體編碼抗體的IgG基因轉入小鼠體內，並在小鼠體內最大程度再現人體抗體生產系統，產生人源的IgG抗體。從這個層面上講，它已經優於前述的兩個平臺了。
另一方面，為了保持抗原可變區的多樣性，噬菌體展示和酵母展示依賴於人工引入突變，而轉基因小鼠則利用的是B細胞天然自主的體細胞超突變。理論上講，小鼠作為歷經數百萬年的進化的生命體產物，其引入突變的方式更優於人工。
酵母展示平臺的發明人Wittrup等科學家，對已經獲批上市和正在開展2期及以上級別臨床研究的所有單抗做了分析。他們發現與噬菌體展示相比，通過轉基因小鼠研發出來的抗體藥的成藥性更好[26]。
單抗發展歷程
至於如何利用轉基因小鼠平臺生產全人源單抗，我們就以之前介紹過的Nivolumab為例，為大家簡單拆解一下。
首先利用PD-1免疫轉基因小鼠，小鼠的B細胞受到人PD-1抗原的刺激之後，會啟動體細胞超突變程序，增殖分裂成數以萬計、能產生不同人源抗體的B細胞。緊接著，就要用到Köhler和Milstein發明的雜交瘤技術，從被PD-1免疫的小鼠體內分離出B細胞，並與骨髓瘤細胞融合。最後通過層層篩選，找到與PD-1親和性最高的人源抗體的雜交瘤。
回首通往全人源的“條條大道”，轉基因小鼠平臺雖較噬菌體展示技術晚出現10年，與酵母展示平臺幾乎同時登場，但因其在各方面表現出來的種種優勢，使其生產的全人源單抗獲批上市數量最多。
轉基因小鼠製備全人源抗體示意圖
正如著名免疫學家Sefik S. Alkan所說，單克隆抗體的發現改變了生物醫學的面貌，並可能在未來幾個世紀深入影響我們的生活[2]。
1975年到2014年，這40年間無數科學家前赴後繼的努力，不僅改寫了人類抗癌的歷史，也毫無疑問將改變未來數百年人們的健康。
謹以此文致敬這始於一個瘋狂創想的40年，這佈滿了不厭其煩瘋狂嘗試的40年，這在瘋狂背後暗含勇氣和對科學的堅持的40年。
編輯神叨叨：奇點糕教你慧眼識單抗
最後教大家一個快速識別單抗類型的方法。
單抗名字最末尾的mab代表的是單抗，mab前面的1-2個字母裡面藏著單抗命名的法則：如果是o，那它就是鼠源抗體；如果是xi，那它就是人鼠嵌合抗體；如果是zu，說明是人源化抗體；如果只有一個u，那就是全人源抗體。
參考資料：
[1].Milstein C. From the structure of antibodies to the diversification of the immune response.[J]. The EMBO Journal, 1985, 4(5): 1083-1092. DOI：10.1002/j.1460-2075.1985.tb03744.x
[2].Alkan S S. Monoclonal antibodies: the story of a discovery that revolutionized science and medicine[J]. Nature Reviews Immunology, 2004, 4(2): 153-156. DOI：10.1038/nri1265
[3].Kohler G, Milstein C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity[J]. Nature, 1975, 256(5517): 495-497. DOI：10.1038/256495a0
[4].https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1984/summary/
[5].Jerne N K. THE NATURAL-SELECTION THEORY OF ANTIBODY FORMATION.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1955, 41(11): 849-857. DOI：10.1073/pnas.41.11.849
[6].https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1987/press-release/
[7]. Ortho Multicenter Transplant Study Group. A randomized clinical trial of OKT3 monoclonal antibody for acute rejection of cadaveric renal transplants[J]. New England Journal of Medicine, 1985, 313(6): 337-342 DOI：10.1056/NEJM198508083130601
[8]. Kuus-Reichel K, Grauer L S, Karavodin L M, et al. Will immunogenicity limit the use, efficacy, and future development of therapeutic monoclonal antibodies?[J]. Clinical and diagnostic laboratory immunology, 1994, 1(4): 365-372.
[9]. Baert F, Noman M, Vermeire S, et al. Influence of immunogenicity on the long-term efficacy of infliximab in Crohn's disease[J]. New England Journal of Medicine, 2003, 348(7): 601-608. DOI：10.1056/NEJMoa020888
[10]. Alt F W, Blackwell T K, Yancopoulos G D, et al. Immunoglobulin genes in transgenic mice[J]. Trends in Genetics, 1985: 231-236. DOI：10.1016/0168-9525(85)90089-7
[11].Alkan S S, Mestel F, Jiricka J, et al. Estimation of heterokaryon formation and hybridoma growth in murine and human cell fusions[J]. Hybridoma, 1987, 6(4): 371-379. DOI：10.1089/hyb.1987.6.371
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[19].https://www.adimab.com/platform-overview
[20].Ho M, Nagata S, Pastan I, et al. Isolation of anti-CD22 Fv with high affinity by Fv display on human cells[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2006, 103(25): 9637-9642. DOI：10.1073/pnas.0603653103
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[26].Jain T, Sun T, Durand S, et al. Biophysical properties of the clinical-stage antibody landscape[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2017, 114(5): 944-949. DOI：10.1073/pnas.1616408114
"在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
噬菌體篩選示意圖
為了解決噬菌體展示平臺面臨的問題， K. Dane Wittrup等推出了基於真核生物酵母菌的酵母展示平臺[15,19]。去年年底在國內獲批上市的PD-1單抗Sintilimab就是基於這個平臺開發的。
酵母展示平臺實現了從原核表達系統到真核表達系統的進步，不過酵母的蛋白質修飾系統與人體依然有不小的差距[20]，這對抗體功能也存在一定的影響。也正是這種差別在一定程度上限制了酵母展示平臺的應用。
據統計，截止2017年5月，全球共有23個全人源單抗藥被FDA批准上市，其中通過噬菌體展示技術推出的抗體有6個，酵母展示平臺為0，剩餘的17個全部來自後起之秀轉基因小鼠平臺[21]。
真正給全人源抗體領域帶來變革的，是轉基因小鼠的誕生。
全人源單抗：轉基因小鼠帶來的真·全人源
就在Smith推出噬菌體展示技術的同一年，如今身為美國科學院院士的Frederick Alt，曾和他的幾位同事一起大膽預言：“日漸成熟的轉基因技術可以讓小鼠表達人的抗體”[22]。
可以說，這一預言為未來數十年的研究指明瞭方向，越來越多的團隊加入轉基因小鼠改造的行列[23，24]。研究的高潮在1997年被點燃，日本麒麟麥酒株式會社的石田功（Isao Ishida）領導的10人研究團隊[25]，基本實現了將人的抗體生產系統搬到小鼠體內。說來也巧，石田功正是我們前面介紹的1987年諾獎得主，利根川進的學生。
在隨後的幾年裡，不同科研團隊之間的通力合作，達到人體免疫系統水平的轉基因小鼠終於誕生了。
小鼠（該圖片由Robert-Owen-Wahl在Pixabay上發佈）
與噬菌體展示和酵母展示平臺不同的是，轉基因小鼠平臺生產抗體的方式，是先破壞小鼠的免疫系統，然後將人體編碼抗體的IgG基因轉入小鼠體內，並在小鼠體內最大程度再現人體抗體生產系統，產生人源的IgG抗體。從這個層面上講，它已經優於前述的兩個平臺了。
另一方面，為了保持抗原可變區的多樣性，噬菌體展示和酵母展示依賴於人工引入突變，而轉基因小鼠則利用的是B細胞天然自主的體細胞超突變。理論上講，小鼠作為歷經數百萬年的進化的生命體產物，其引入突變的方式更優於人工。
酵母展示平臺的發明人Wittrup等科學家，對已經獲批上市和正在開展2期及以上級別臨床研究的所有單抗做了分析。他們發現與噬菌體展示相比，通過轉基因小鼠研發出來的抗體藥的成藥性更好[26]。
單抗發展歷程
至於如何利用轉基因小鼠平臺生產全人源單抗，我們就以之前介紹過的Nivolumab為例，為大家簡單拆解一下。
首先利用PD-1免疫轉基因小鼠，小鼠的B細胞受到人PD-1抗原的刺激之後，會啟動體細胞超突變程序，增殖分裂成數以萬計、能產生不同人源抗體的B細胞。緊接著，就要用到Köhler和Milstein發明的雜交瘤技術，從被PD-1免疫的小鼠體內分離出B細胞，並與骨髓瘤細胞融合。最後通過層層篩選，找到與PD-1親和性最高的人源抗體的雜交瘤。
回首通往全人源的“條條大道”，轉基因小鼠平臺雖較噬菌體展示技術晚出現10年，與酵母展示平臺幾乎同時登場，但因其在各方面表現出來的種種優勢，使其生產的全人源單抗獲批上市數量最多。
轉基因小鼠製備全人源抗體示意圖
正如著名免疫學家Sefik S. Alkan所說，單克隆抗體的發現改變了生物醫學的面貌，並可能在未來幾個世紀深入影響我們的生活[2]。
1975年到2014年，這40年間無數科學家前赴後繼的努力，不僅改寫了人類抗癌的歷史，也毫無疑問將改變未來數百年人們的健康。
謹以此文致敬這始於一個瘋狂創想的40年，這佈滿了不厭其煩瘋狂嘗試的40年，這在瘋狂背後暗含勇氣和對科學的堅持的40年。
編輯神叨叨：奇點糕教你慧眼識單抗
最後教大家一個快速識別單抗類型的方法。
單抗名字最末尾的mab代表的是單抗，mab前面的1-2個字母裡面藏著單抗命名的法則：如果是o，那它就是鼠源抗體；如果是xi，那它就是人鼠嵌合抗體；如果是zu，說明是人源化抗體；如果只有一個u，那就是全人源抗體。
參考資料：
[1].Milstein C. From the structure of antibodies to the diversification of the immune response.[J]. The EMBO Journal, 1985, 4(5): 1083-1092. DOI：10.1002/j.1460-2075.1985.tb03744.x
[2].Alkan S S. Monoclonal antibodies: the story of a discovery that revolutionized science and medicine[J]. Nature Reviews Immunology, 2004, 4(2): 153-156. DOI：10.1038/nri1265
[3].Kohler G, Milstein C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity[J]. Nature, 1975, 256(5517): 495-497. DOI：10.1038/256495a0
[4].https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1984/summary/
[5].Jerne N K. THE NATURAL-SELECTION THEORY OF ANTIBODY FORMATION.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1955, 41(11): 849-857. DOI：10.1073/pnas.41.11.849
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在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
噬菌體篩選示意圖
為了解決噬菌體展示平臺面臨的問題， K. Dane Wittrup等推出了基於真核生物酵母菌的酵母展示平臺[15,19]。去年年底在國內獲批上市的PD-1單抗Sintilimab就是基於這個平臺開發的。
酵母展示平臺實現了從原核表達系統到真核表達系統的進步，不過酵母的蛋白質修飾系統與人體依然有不小的差距[20]，這對抗體功能也存在一定的影響。也正是這種差別在一定程度上限制了酵母展示平臺的應用。
據統計，截止2017年5月，全球共有23個全人源單抗藥被FDA批准上市，其中通過噬菌體展示技術推出的抗體有6個，酵母展示平臺為0，剩餘的17個全部來自後起之秀轉基因小鼠平臺[21]。
真正給全人源抗體領域帶來變革的，是轉基因小鼠的誕生。
全人源單抗：轉基因小鼠帶來的真·全人源
就在Smith推出噬菌體展示技術的同一年，如今身為美國科學院院士的Frederick Alt，曾和他的幾位同事一起大膽預言：“日漸成熟的轉基因技術可以讓小鼠表達人的抗體”[22]。
可以說，這一預言為未來數十年的研究指明瞭方向，越來越多的團隊加入轉基因小鼠改造的行列[23，24]。研究的高潮在1997年被點燃，日本麒麟麥酒株式會社的石田功（Isao Ishida）領導的10人研究團隊[25]，基本實現了將人的抗體生產系統搬到小鼠體內。說來也巧，石田功正是我們前面介紹的1987年諾獎得主，利根川進的學生。
在隨後的幾年裡，不同科研團隊之間的通力合作，達到人體免疫系統水平的轉基因小鼠終於誕生了。
小鼠（該圖片由Robert-Owen-Wahl在Pixabay上發佈）
與噬菌體展示和酵母展示平臺不同的是，轉基因小鼠平臺生產抗體的方式，是先破壞小鼠的免疫系統，然後將人體編碼抗體的IgG基因轉入小鼠體內，並在小鼠體內最大程度再現人體抗體生產系統，產生人源的IgG抗體。從這個層面上講，它已經優於前述的兩個平臺了。
另一方面，為了保持抗原可變區的多樣性，噬菌體展示和酵母展示依賴於人工引入突變，而轉基因小鼠則利用的是B細胞天然自主的體細胞超突變。理論上講，小鼠作為歷經數百萬年的進化的生命體產物，其引入突變的方式更優於人工。
酵母展示平臺的發明人Wittrup等科學家，對已經獲批上市和正在開展2期及以上級別臨床研究的所有單抗做了分析。他們發現與噬菌體展示相比，通過轉基因小鼠研發出來的抗體藥的成藥性更好[26]。
單抗發展歷程
至於如何利用轉基因小鼠平臺生產全人源單抗，我們就以之前介紹過的Nivolumab為例，為大家簡單拆解一下。
首先利用PD-1免疫轉基因小鼠，小鼠的B細胞受到人PD-1抗原的刺激之後，會啟動體細胞超突變程序，增殖分裂成數以萬計、能產生不同人源抗體的B細胞。緊接著，就要用到Köhler和Milstein發明的雜交瘤技術，從被PD-1免疫的小鼠體內分離出B細胞，並與骨髓瘤細胞融合。最後通過層層篩選，找到與PD-1親和性最高的人源抗體的雜交瘤。
回首通往全人源的“條條大道”，轉基因小鼠平臺雖較噬菌體展示技術晚出現10年，與酵母展示平臺幾乎同時登場，但因其在各方面表現出來的種種優勢，使其生產的全人源單抗獲批上市數量最多。
轉基因小鼠製備全人源抗體示意圖
正如著名免疫學家Sefik S. Alkan所說，單克隆抗體的發現改變了生物醫學的面貌，並可能在未來幾個世紀深入影響我們的生活[2]。
1975年到2014年，這40年間無數科學家前赴後繼的努力，不僅改寫了人類抗癌的歷史，也毫無疑問將改變未來數百年人們的健康。
謹以此文致敬這始於一個瘋狂創想的40年，這佈滿了不厭其煩瘋狂嘗試的40年，這在瘋狂背後暗含勇氣和對科學的堅持的40年。
編輯神叨叨：奇點糕教你慧眼識單抗
最後教大家一個快速識別單抗類型的方法。
單抗名字最末尾的mab代表的是單抗，mab前面的1-2個字母裡面藏著單抗命名的法則：如果是o，那它就是鼠源抗體；如果是xi，那它就是人鼠嵌合抗體；如果是zu，說明是人源化抗體；如果只有一個u，那就是全人源抗體。
參考資料：
[1].Milstein C. From the structure of antibodies to the diversification of the immune response.[J]. The EMBO Journal, 1985, 4(5): 1083-1092. DOI：10.1002/j.1460-2075.1985.tb03744.x
[2].Alkan S S. Monoclonal antibodies: the story of a discovery that revolutionized science and medicine[J]. Nature Reviews Immunology, 2004, 4(2): 153-156. DOI：10.1038/nri1265
[3].Kohler G, Milstein C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity[J]. Nature, 1975, 256(5517): 495-497. DOI：10.1038/256495a0
[4].https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1984/summary/
[5].Jerne N K. THE NATURAL-SELECTION THEORY OF ANTIBODY FORMATION.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1955, 41(11): 849-857. DOI：10.1073/pnas.41.11.849
[6].https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1987/press-release/
[7]. Ortho Multicenter Transplant Study Group. A randomized clinical trial of OKT3 monoclonal antibody for acute rejection of cadaveric renal transplants[J]. New England Journal of Medicine, 1985, 313(6): 337-342 DOI：10.1056/NEJM198508083130601
[8]. Kuus-Reichel K, Grauer L S, Karavodin L M, et al. Will immunogenicity limit the use, efficacy, and future development of therapeutic monoclonal antibodies?[J]. Clinical and diagnostic laboratory immunology, 1994, 1(4): 365-372.
[9]. Baert F, Noman M, Vermeire S, et al. Influence of immunogenicity on the long-term efficacy of infliximab in Crohn's disease[J]. New England Journal of Medicine, 2003, 348(7): 601-608. DOI：10.1056/NEJMoa020888
[10]. Alt F W, Blackwell T K, Yancopoulos G D, et al. Immunoglobulin genes in transgenic mice[J]. Trends in Genetics, 1985: 231-236. DOI：10.1016/0168-9525(85)90089-7
[11].Alkan S S, Mestel F, Jiricka J, et al. Estimation of heterokaryon formation and hybridoma growth in murine and human cell fusions[J]. Hybridoma, 1987, 6(4): 371-379. DOI：10.1089/hyb.1987.6.371
[12].Smith G P. Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface[J]. Science, 1985, 228(4705): 1315-1317. DOI：10.1126/science.4001944
[13].Mccafferty J, Griffiths A D, Winter G, et al. Phage antibodies: filamentous phage displaying antibody variable domains[J]. Nature, 1990, 348(6301): 552-554. DOI：10.1038/348552a0
[14].https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/press-release/
[15].Boder E T, Wittrup K D. Yeast surface display for screening combinatorial polypeptide libraries[J]. Nature Biotechnology, 1997, 15(6): 553-557. DOI：10.1038/nbt0697-553
[16].Schlom J, Eggensperger D, Colcher D, et al. Therapeutic Advantage of High-Affinity Anticarcinoma Radioimmunoconjugates[J]. Cancer Research, 1992, 52(5): 1067-1072.
[17].Schier R, Bye J M, Apell G, et al. Isolation of High-affinity Monomeric Human Anti-c-erbB-2 Single chain Fv Using Affinity-driven Selection[J]. Journal of Molecular Biology, 1996, 255(1): 28-43. DOI：10.1006/jmbi.1996.0004
[18].Cherf G M, Cochran J R. Applications of Yeast Surface Display for Protein Engineering[J]. Methods of Molecular Biology, 2015: 155-175. DOI：10.1007/978-1-4939-2748-7_8
[19].https://www.adimab.com/platform-overview
[20].Ho M, Nagata S, Pastan I, et al. Isolation of anti-CD22 Fv with high affinity by Fv display on human cells[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2006, 103(25): 9637-9642. DOI：10.1073/pnas.0603653103
[21].https://lifescivc.com/2017/05/human-antibody-discovery-mice-phage/
[22].Alt F W, Blackwell T K, Yancopoulos G D, et al. Immunoglobulin genes in transgenic mice[J]. Trends in Genetics, 1985: 231-236. DOI：10.1016/0168-9525(85)90089-7
[23]. Lonberg N, Taylor L D, Harding F A, et al. Antigen-specific human antibodies from mice comprising four distinct genetic modifications.[J]. Nature, 1994, 368(6474): 856-859. DOI：10.1038/368856a0
[24]. Green L, Hardy M C, Maynardcurrie C E, et al. Antigen–specific human monoclonal antibodies from mice engineered with human Ig heavy and light chain YACs[J]. Nature Genetics, 1994, 7(1): 13-21. DOI：10.1038/ng0594-13
[25].Tomizuka K, Yoshida H, Uejima H, et al. Functional expression and germline transmission of a human chromosome fragment in chimaeric mice.[J]. Nature Genetics, 1997, 16(2): 133-143. DOI：10.1038/ng0697-133
[26].Jain T, Sun T, Durand S, et al. Biophysical properties of the clinical-stage antibody landscape[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2017, 114(5): 944-949. DOI：10.1073/pnas.1616408114
在很長的一段時間裡，如果你打開人類的抗癌武器庫，會發現手術和放化療佔據了主力位置。但到了上個世紀，隨著人類與癌症之間的鬥爭愈發深入、戰況越發激烈，這些主力在戰場上的表現似乎有些“心有餘而力不足”。
但上帝還為人類打開了一扇窗：科學家對於人體免疫系統的認知逐漸成熟，一個能以一己之力對抗多種疾病的強大武器庫其實“遠在天邊，近在眼前”。如何利用免疫武器庫，成為了上世紀70年代前後的一項重要研究議題。
免疫細胞（該圖片由David Mark在Pixabay上發佈）
任職於英國劍橋大學的阿根廷科學家César Milstein[1]和德國科學家Georges J.F. Köhler[2]，在1975年將正常的B細胞與骨髓瘤細胞融合，得到可以持續產生特異性抗體的雜交細胞，催生出雜交瘤技術[3]，是人類利用免疫系統的起點。
在Milstein和Köhler因此獲得諾貝爾獎[4]的同一年，治療淋巴瘤的理想目標被鎖定。1997年，靶向CD20、治療復發或難治性惰性淋巴瘤的人鼠嵌合單抗Rituximab獲批上市，它也成為第一個獲批上市的抗癌單抗，開啟了全新的癌症治療方式。
此後，隨著科學家對癌症基因組學的研究，越來越多的靶點被發現，新的抗癌抗體不斷湧現。最激動人心的轉折出現在2011年，全球首個免疫檢查點抑制劑Ipilimumab獲批應用於臨床，開啟癌症的免疫治療時代。
從雜交瘤技術誕生，到2014年紅遍全球的首個全人源PD-1單抗Nivolumab獲批，足足間隔了40年。
抗癌抗體技術從鼠源、人鼠嵌合、人源化，一步步走向全人源，歷經數次激動人心的革新與升級，才成就了今天的安全高效的腫瘤免疫治療。
接下來，就讓奇點糕為各位拆解那不凡的40年。
鼠源單抗：“一朝被蛇咬十年怕井繩”
事實上，抗體的存在直到19世紀90年代才被發現。它識別病毒、細菌、真菌，甚至寄生蟲的強大能力，讓科學家和醫生都“垂涎不已”。經過漫長的上下求索，1960年代科學家才發現只有淋巴細胞可以產生抗體[2]。
B細胞釋放抗體
為了讓大家在視覺上對抗體有更直觀的感受，抗體示意圖一般被畫成字母“Y”的形狀。可以看到這個抗體由兩種顏色組成。其中的藍色部分，我們叫它恆定區，這個區域比較“保守”，很多不同抗體的這個區域是一模一樣的。
至於黃色部分，我們叫它可變區。這個區域是千變萬化的，可以說沒有兩種抗體的可變區是相同的，它決定了抗體的特異性。抗體識別病毒、細菌和癌細胞的能力，依賴的就是這個可變區。
抗體示意圖
今天我們已經知道，人體的免疫系統有千億級別的“免疫衛士”——淋巴細胞，它們佔到體重的1%左右，但能產生數以百萬計的特異性抗體，每一種抗體都能與對應的抗原完美結合[5]，來對抗入侵者。
在Köhler和Milstein發明生產單抗技術三年後，37歲的日本分子生物學家利根川進（Susumu Tonegawa）發現了B細胞生產抗體多樣性的機制，讓從千變萬化的抗體中找到“對的人”成為可能[6]。
但是新的問題來了：在生產單抗的過程中，製備雜交瘤用的是未經改造的小鼠B細胞和小鼠骨髓瘤細胞。但如果把這種由小鼠產生的鼠源抗體直接用在人身上，人體免疫系統可能會把鼠源抗體當做抗原清除掉[7，8]，不僅療效差，還會導致一些安全問題[9]。
儘管存在上述風險，但第一個單抗藥物Muromonab-CD3（OKT3）還是在1986年被FDA批准上市了。由於OKT3是全鼠源，存在強烈的免疫原性，50%接受治療的患者產生了抗OKT3的抗體，治療效果大幅下降[9]。此外，OKT3還會引起類似細胞因子風暴的過敏反應，這在很大的程度上限制了OKT3的臨床應用。
在OKT3獲批之後的近10年時間裡，FDA都沒有再批准其他的單抗藥物上市，單抗藥物的研發陷入低谷。
人鼠嵌合和人源化單抗：從“張冠李戴”到“易容術”
實際上，OKT3的遭遇可以說是在科學家們意料之中。因為幾乎在同一時間，很多科學家為了避免人體把鼠源抗體當做外來的抗原清除掉，而絞盡腦汁。
最終，他們成功了。
看完此前的抗體介紹，你肯定已經發現了：能夠根據抗原“因地制宜”、高度定製化的可變區對於抗體的特異性非常重要。它就好比是抗體上的導航系統，決定了抗體要去進攻誰。
科學家們隨之想到，只要把鼠源抗體的可變區嫁接到人源抗體的恆定區上，就可以在很大程度上降低抗體的免疫原性。這一設想的最終實現是在1984年，科學家們成功把鼠源抗體用來識別特定抗原的可變區“摘下”，“戴”在了人源抗體的恆定區上，人鼠嵌合抗體應運而生[10]。
不過面對人體“錙銖必較”的免疫系統，“戴著鼠源帽子”的人鼠嵌合抗體依然很扎眼，容易被當作“不法分子”清除掉。因此隨著人們對抗體可變區認識的加深，在識別特定抗原過程中起到關鍵作用的可變區碎片被發現，科學家得以給鼠源抗體實施更加精細的“易容手術”。
各種類型抗體的結構示意圖
1986年，Jones等人把鼠源單抗可變區的關鍵識別區域“摳”下來，然後僅僅把這些可變區碎片替換到人源抗體上，這就成了我們現在常說的人源化抗體。緊隨Nivolumab之後獲批的Pembrolizumab就是這種人源化抗體。
但是，無論是人鼠嵌合抗體，還是人源化抗體，它們都是科學設想與現實困難之間達成妥協的結果。無論它們攜帶的小鼠蛋白佔比多低，哪怕只佔整個抗體的10%以內，都不能完全避免進入人體後的免疫排斥或超敏風險。想通過這種“張冠李戴”的“換頭術”或“易容術”消滅鼠源部分帶來的免疫原性，可能性微乎其微。
唯一的機會就是全人源。
但全人源談何容易。在Milstein和Köhler雜交瘤技術取得成功之際，就有很多科學家嘗試將人的B細胞與骨髓瘤細胞融合，以生產全人源的單抗藥物。但幾乎所有的嘗試都是徒勞的，沒有人能將二者融合起來[11]。
全人源單抗：噬菌體展示與酵母展示的“帽子流水線”
新的曙光出現在1970年代，重組DNA技術的建立和發展，打破了不同生命之間的“種屬次元壁”。執教於美國密蘇里大學的George Smith歷經十餘年的奮鬥，以一己之力於1985年開發出了噬菌體展示技術[12]。
五年後，劍橋大學Gregory Winter的團隊利用噬菌體展示技術，成功獲得了正常摺疊且功能完整的人源抗體片段[13]，就是我們前面介紹的黃色可變區。有了這個最重要的部分，只需再通過分子生物學手段把它嫁接到恆定區上[14]，一個完整的全人源抗體就誕生了。
噬菌體（該圖片由Clker-Free-Vector-Images在Pixabay上發佈）
那麼，噬菌體展示技術是如何生產並篩選抗體的可變區呢？首先，將人體內製造抗體可變區的基因交給噬菌體，噬菌體就會指揮其宿主——大腸桿菌生產出各種抗體可變區，形成一個巨大的“抗體可變區庫”。然後再用目標抗原，從這個庫裡把能與特定抗原結合的抗體可變區“釣”出來即可。
不過，噬菌體展示技術的缺點也是顯而易見的。它對抗體蛋白的修飾和摺疊，與人體細胞差別非常大[15]。一定程度上影響了抗體可變區與抗原的親和力。
有研究表明，對癌症的治療而言，治療效果是隨抗體的親和力增加而增加的[16]。而由噬菌體展示技術獲得的抗體可變區，其親和力通常不足以有效治療腫瘤[17]。因此，噬菌體展示技術獲得的抗體往往還需人工優化[18]。
噬菌體篩選示意圖
為了解決噬菌體展示平臺面臨的問題， K. Dane Wittrup等推出了基於真核生物酵母菌的酵母展示平臺[15,19]。去年年底在國內獲批上市的PD-1單抗Sintilimab就是基於這個平臺開發的。
酵母展示平臺實現了從原核表達系統到真核表達系統的進步，不過酵母的蛋白質修飾系統與人體依然有不小的差距[20]，這對抗體功能也存在一定的影響。也正是這種差別在一定程度上限制了酵母展示平臺的應用。
據統計，截止2017年5月，全球共有23個全人源單抗藥被FDA批准上市，其中通過噬菌體展示技術推出的抗體有6個，酵母展示平臺為0，剩餘的17個全部來自後起之秀轉基因小鼠平臺[21]。
真正給全人源抗體領域帶來變革的，是轉基因小鼠的誕生。
全人源單抗：轉基因小鼠帶來的真·全人源
就在Smith推出噬菌體展示技術的同一年，如今身為美國科學院院士的Frederick Alt，曾和他的幾位同事一起大膽預言：“日漸成熟的轉基因技術可以讓小鼠表達人的抗體”[22]。
可以說，這一預言為未來數十年的研究指明瞭方向，越來越多的團隊加入轉基因小鼠改造的行列[23，24]。研究的高潮在1997年被點燃，日本麒麟麥酒株式會社的石田功（Isao Ishida）領導的10人研究團隊[25]，基本實現了將人的抗體生產系統搬到小鼠體內。說來也巧，石田功正是我們前面介紹的1987年諾獎得主，利根川進的學生。
在隨後的幾年裡，不同科研團隊之間的通力合作，達到人體免疫系統水平的轉基因小鼠終於誕生了。
小鼠（該圖片由Robert-Owen-Wahl在Pixabay上發佈）
與噬菌體展示和酵母展示平臺不同的是，轉基因小鼠平臺生產抗體的方式，是先破壞小鼠的免疫系統，然後將人體編碼抗體的IgG基因轉入小鼠體內，並在小鼠體內最大程度再現人體抗體生產系統，產生人源的IgG抗體。從這個層面上講，它已經優於前述的兩個平臺了。
另一方面，為了保持抗原可變區的多樣性，噬菌體展示和酵母展示依賴於人工引入突變，而轉基因小鼠則利用的是B細胞天然自主的體細胞超突變。理論上講，小鼠作為歷經數百萬年的進化的生命體產物，其引入突變的方式更優於人工。
酵母展示平臺的發明人Wittrup等科學家，對已經獲批上市和正在開展2期及以上級別臨床研究的所有單抗做了分析。他們發現與噬菌體展示相比，通過轉基因小鼠研發出來的抗體藥的成藥性更好[26]。
單抗發展歷程
至於如何利用轉基因小鼠平臺生產全人源單抗，我們就以之前介紹過的Nivolumab為例，為大家簡單拆解一下。
首先利用PD-1免疫轉基因小鼠，小鼠的B細胞受到人PD-1抗原的刺激之後，會啟動體細胞超突變程序，增殖分裂成數以萬計、能產生不同人源抗體的B細胞。緊接著，就要用到Köhler和Milstein發明的雜交瘤技術，從被PD-1免疫的小鼠體內分離出B細胞，並與骨髓瘤細胞融合。最後通過層層篩選，找到與PD-1親和性最高的人源抗體的雜交瘤。
回首通往全人源的“條條大道”，轉基因小鼠平臺雖較噬菌體展示技術晚出現10年，與酵母展示平臺幾乎同時登場，但因其在各方面表現出來的種種優勢，使其生產的全人源單抗獲批上市數量最多。
轉基因小鼠製備全人源抗體示意圖
正如著名免疫學家Sefik S. Alkan所說，單克隆抗體的發現改變了生物醫學的面貌，並可能在未來幾個世紀深入影響我們的生活[2]。
1975年到2014年，這40年間無數科學家前赴後繼的努力，不僅改寫了人類抗癌的歷史，也毫無疑問將改變未來數百年人們的健康。
謹以此文致敬這始於一個瘋狂創想的40年，這佈滿了不厭其煩瘋狂嘗試的40年，這在瘋狂背後暗含勇氣和對科學的堅持的40年。
編輯神叨叨：奇點糕教你慧眼識單抗
最後教大家一個快速識別單抗類型的方法。
單抗名字最末尾的mab代表的是單抗，mab前面的1-2個字母裡面藏著單抗命名的法則：如果是o，那它就是鼠源抗體；如果是xi，那它就是人鼠嵌合抗體；如果是zu，說明是人源化抗體；如果只有一個u，那就是全人源抗體。
參考資料：
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本文作者 | BioTalker
“內心不平靜~”
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