單克隆抗體技術之噬菌體展示技術在癌癥領域中的制備及應用分析

發(fā)表時間：2023-05-04

腫瘤是由不受控制的細胞增殖引起的一系列疾病，主要是由于基因的變化引起的。腫瘤常在局部部位形成，侵襲周圍組織，從而引起轉移。它是世界上最常見的疾病，是在化學致癌物、電離輻射、病毒、細菌等多種致癌因素的協同、順序作用下產生的，可誘導原癌基因向癌基因轉化，并使抑癌基因失活。在這些因素的影響下，細胞凋亡調控基因和DNA修復基因發(fā)生改變，細胞蛋白表達水平異常。

一般而言，非實體腫瘤的腫瘤細胞在血液和骨髓中分布廣泛，因此只能通過化療切除，大多數實體腫瘤可以采用更廣泛的策略，免疫就是其中一種，它具有特異性高、靶向精確、抗腫瘤作用強、副作用小等特點。
作為免疫策略最重要的組成部分，單克隆抗體(mAbs)是由單個B細胞克隆產生的高度同質抗體，僅針對特定的抗原表位。它具有高純度、高靈敏度、高特異性、低交叉反應性和制備成本等優(yōu)點。然而，隨著多年來制備技術的優(yōu)化和大量單抗藥物的生產，單抗的應用范圍逐漸拓寬，迄今已廣泛應用于免疫檢查點、靶向腫瘤、放射免疫和近紅外光免疫(NIR-PIT)等領域，特別是在腫瘤領域中顯示出很大的發(fā)展前景。
噬菌體展示技術可以將肽編碼或蛋白編碼基因片段克隆到噬菌體殼蛋白結構的適當位置，使外源多肽/蛋白和殼蛋白以相互融合的形式表達，然后隨著子代噬菌體重組而顯示在噬菌體表面。所證實的多肽或蛋白能夠保持相對獨立的空間結構和生物活性，有利于目標分子的識別和結合，為篩選具有高特異性和結合能力的單鏈抗體提供了途徑。理論上，只要庫中表達了足夠多的這種類型的肽，一個或多個噬菌體就可以與這些靶標結合。
噬菌體展示是由Greg Winter等人首創(chuàng)。1985年，G.P. Smith在研究噬菌體生物學和分子生物學的基礎上開發(fā)出噬菌體展示技術，在病毒感染方面表現出獨特的優(yōu)勢，包括HIV感染和腫瘤診斷和改善。1987年，Geysen等人提出含有關鍵氨基酸殘基的短肽可以模擬蛋白質的抗原決定因子，蛋白質之間的相互作用是通過局部肽之間的相互作用來實現的。1988年，Parmley和Smith提出了建立隨機肽庫可以深入了解抗體識別的抗原決定簇表位的想法。隨后，Scott和Smith將隨機短肽與絲狀噬菌體的表面蛋白PIII融合，并將其展示在噬菌體表面，創(chuàng)建了第一個噬菌體隨機肽庫。同年，McCafferty等人利用噬菌體顯示技術篩選溶菌酶細菌單鏈抗體，推動噬菌體顯示技術進入廣泛應用時代。噬菌體展示技術的應用范圍不斷擴大，技術也在不斷完善和發(fā)展。
噬菌體展示技術的出現，為基因工程單克隆抗體的生產開辟了一條簡單快速的途徑，繞過了雜交瘤的技術難題。通過RT-PCR克隆擴增人淋巴細胞譜中的VH和VL基因片段，并將基因片段隨機組合成表達載體，構建大容量人抗體文庫。此外，由于噬菌體基因組尺寸小，噬菌體感染效率高，噬菌體展示可以簡化克隆過程，獲得大量的材料來生產多肽或蛋白質。
在文庫篩選過程中，特異性噬菌體無性系由于對配體的特異性親和性而不斷豐富，能夠結合配體的相對罕見的無性系可以從大量文庫中快速有效地篩選出來。因此，噬菌體展示的最大優(yōu)勢在于，一旦建立了噬菌體文庫，23周內就可以根據需要直接從文庫中篩選出針對目標抗原的特異性抗體，大大縮短了單克隆抗體的制備周期。此外，通過特定的構建，絲狀噬菌體可以作為載體，生成包含數億個獨特肽的噬菌體展示肽庫，這有利于其在抗病毒研究中的應用。
如今，隨著更多噬菌體展示文庫的建立、先進的基因操作系統的構建以及更高效的噬菌體展示系統的開發(fā)，噬菌體展示技術在不同領域，特別是在蛋白質和抗體相關領域發(fā)揮著重要作用。噬菌體展示技術已成為檢測蛋白質空間結構、探索受體與配體之間的結合位點、尋找具有高親和力和生物活性的配體的有利工具。它對蛋白質分子的相互識別、噬菌體功能化生物傳感器的制備、新疫苗的開發(fā)和腫瘤治療的研究產生了深遠的影響。此外，通過噬菌體展示技術開發(fā)的Humira、Ramucirumab等單克隆抗體已廣泛應用于臨床實踐，尤其是Humira，在類風濕性關節(jié)炎(RA)、銀屑病關節(jié)炎、克羅恩病、強直性脊柱炎和葡萄膜炎中得到了廣泛應用。

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