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如何快速開發新冠以及未來一切疫情的抗體藥物?

時間:2020-06-23 09:43:26 來源:返樸 評論:0 點擊:0
  自新冠疫情暴發以來,科學、醫學界一直在與病毒賽跑,希望盡快研發出疫苗或者特效藥,針對新冠的抗體藥物就是治療思路之一。迄今為止,各大學術期刊和預印本已經發表了來自中外數個研究團隊近千篇有關新冠病毒中和抗體的文章。那么,抗體藥物研發的難點究竟在哪里?到底有什么辦法能夠快速復制康復者血漿中的抗體?今天的文章提出了一個腦洞大開的想法,或許能給我們一些啟發。

  在西方,藥房一直有使用動物作為標記的傳統。傳說中,希臘醫神Asclepius從蛇身上學到了治傷的藥草,從此攜帶蛇身纏繞的手杖作為他的標志,開啟了這一傳統。慢慢地,一些其它動物也被認為具有神奇的治愈能力而被使用,比如獨角獸(Wellcome Foundation徽標)、鱷魚(古歐洲藥劑師徽標)、牛(Novo Nordisk徽標)等等。到今天,WHO依然以蛇杖為標志。人們似乎相信,動物是上天賜予人類的禮物,是醫藥的源泉。

 

  2020年伊始,新冠病毒在中國肆虐,旅美華人焦急地問候親人并捐款捐物的時候絕對沒有想到,短短幾個月后,病毒竟會以更大的規模、更失控的局面在美國蔓延開來。更糟糕的是,疫情被少數政客政治化,兩國意識形態的對立給信息交流帶來了極大的障礙。我們很失望地看到,幾乎所有在中國因早期對新型病毒缺乏了解帶來的悲劇都重新在美國上演——從社區傳染、診斷誤差、特殊群居場所暴發到醫療防護缺陷,無一例外。

  甚至對特效藥物的期盼歷程都是一次重演。一月,在中國,我們開始期待過往開發的抗病毒小分子藥物能對新冠有特效;二月,社交媒體上出現了神奇的血漿療法;三月以后,人們逐漸認識到真正可能有效的抗體藥物還需要更長時間的開發。而在三個月后的美國,一切就像是一次時間軸的平移,讓人不禁產生了Deja vu(昨日重現)的恍惚。同時病毒也給我們上了深刻的一課:在瘟疫面前人類是一個命運同體。即使是科技最發達的美國,在病毒快速暴發的危機中也無力招架。

  真的就束手無策了嗎?可以想見,新冠不會是人類最后一次遭遇新發病毒。交通的便捷、交流的廣泛會更利于病原體的大范圍傳播。難道頻繁的瘟疫將成為常態?或者國家和地區重新關閉大門,全球化就此走向終結?由于疫苗研發周期長且不確定性較大,科學家盼望能找到一種普適的、能針對任何病原體快速開發出有效藥物的方法。

  讓我們重新檢視一下那些曾被期盼的神藥。

  以瑞德西韋為代表的小分子藥物通常需要很長的篩選和安全性驗證過程,它們一般也只能針對一種或一類病原體,普適性較差。

  血漿療法本質上是抗體藥物,是利用康復病人血液中的中和抗體幫助他人殺死病原體。它可以在疫情暴發后比較快速地投入使用,且普遍適用于不同傳染病。據記載,從19世紀人們就開始有意識地臨床使用血漿療法。在歷次重大瘟疫中,比如西班牙大流感和非洲埃博拉,都有成功的案例報道。然而血漿療法卻有很大的局限性,因為絕大多數康復病人并不含有高效的中和抗體。在幸運的條件下能夠找到含高滴度中和抗體的血漿,但因數量有限,能治愈的病人也是有限的。據傳各國政要都保留有特效血漿,其真實性無從考證,但理論上確實是可行的。不過基于上述局限,血漿療法注定無法成為對抗瘟疫的中流砥柱,此時便誕生了現代抗體藥物。

  通過篩選,科學家可以從人或動物血液里找到特殊的高效病原體中和抗體,測得它的序列,并通過現代分子生物學技術讓它在培養細胞里大量表達,從而制成藥物。抗體藥物通常安全性良好且療效突出,目前正越來越多的用于治療各類疾病。遺憾的是,中和抗體的篩選驗證以及大規模生產都需要長時間的試驗,使它很難在病毒暴發早期的關鍵窗口起作用。

  那么,有沒有可能綜合各類療法優勢,創造一種普適性的、快速、安全、有效、高產的理想藥物(下圖)開發方法呢?下面我就和大家一起探討一下利用大型農場動物,快速得到大量高效能直接使用的抗體藥物的可能性。

 

  前面提到,康復病人血漿中含有中和抗體,確實是可以治病的,但來源極其有限。那么,有沒有可能通過動物血大量制備高效中和抗體直接給病人使用呢?其實在特定的例子下這樣的方法是有的,并且已經廣泛使用了很多年。一個例子是抗狂犬病血清。狂犬病是狂犬病毒所致的急性傳染病 ,如不及時治療死亡率幾近100%。抗狂犬病血清是使用狂犬病毒免疫馬匹,從其血漿粗提得到的抗體藥物。狂犬病毒感染后及時注射可挽救病人生命。另一個例子是抗蛇毒血清。劇毒蛇咬傷經常會致命,特效療法之一就是注射抗蛇毒血清。這種血清同樣是從免疫馬匹的血漿粗提得到的抗體藥物。由于使用動物可以大劑量多次免疫,輔以佐劑(增強免疫反應的化學物質),通常可以得到比康復病人血漿高得多的抗體量。成功免疫的動物體內,特異性抗體通常可高達0.2 - 1毫克/毫升,比病人體內含量高1000倍以上。可以預期,一個大型農場將可能提供足夠多的動物,制造出滿足大規模使用的抗體藥物。

  為什么動物血清目前并不能在新冠病人上使用呢?主要是因為異源物質導致的免疫排斥反應。動物血清中的所有生化物質包括抗體,在注射后都會被人體識別為外源入侵物而促發強烈的免疫反應,可致病人發燒、過敏休克甚至威脅生命。正因如此,動物血清只在極端危急病例,如被瘋犬或劇毒蛇類咬傷中使用。在新冠肺炎等傳染病中使用,很可能得不償失。

  有沒有辦法去除動物血清的免疫源性,得到安全可靠的抗體藥物?狂犬病和蛇毒血清都是粗提物,里面殘留許多非抗體物質。隨著現代抗體藥物技術的發展,通過親和柱層析大規模純化抗體已經成為許多現代制藥公司的常規操作。這樣一來,抗體純化已經沒有了技術障礙。然而純化的動物抗體仍然會引發人體免疫反應,這是因為其恒定區序列以及可變區氨基酸使用偏好與人不同。

  那么,有沒有可能讓動物產生的抗體和人類毫無差別,從而不被人體免疫系統排斥呢?答案仍然是肯定的。上個世紀九十年代,美國Abgenix公司成功地將小鼠內源的抗體基因去除,并轉入人類的抗體基因。基因改造過的小鼠制造出的抗體和人類毫無差別。由于這種動物在抗體藥物開發上的巨大價值,此后多家公司陸續開發出了更加完善的人抗體小鼠、大鼠甚至雞。由此可見,理論上我們已經具備了讓動物生產人類抗體并大規模純化制藥的能力。

  那么是否萬事俱備了呢?并非如此。抗體是十分復雜的蛋白質,其編碼基因在哺乳動物體內通常分布在多個染色體上,跨度可達300萬個堿基對以上,而普通的小基因大小經常連它的百分之一都不到。所以要使動物表達人類抗體,涉及到非常復雜的基因改造。很遺憾的是,如此復雜的基因操作目前科學家還只能在兩種哺乳動物上比較順利地實現,即小鼠和大鼠。其中的關鍵是一種被稱為胚胎干細胞的細胞。當這種細胞被注入動物囊胚時,可以發育成一個完整的動物。這樣科學家只要在胚胎干細胞中完成基因改造,就可以得到完整的轉基因動物。然而科學家經過很多年的努力,也只成功地制造出兩種哺乳動物胚胎干細胞,分別是小鼠和大鼠(看文獻的朋友這兒可能要反駁我了:不對啊,豬狗牛羊馬兔甚至人,我都讀過胚胎干細胞文獻報道啊?那些都是假的,至少是未證實的)。沒有胚胎干細胞,科學家進行基因改造不得不在胚胎上直接進行,困難重重,很難完成復雜操作。

  小鼠和大鼠體型太小,顯然不足以大量制造抗體藥物。要完成預期的快速生產抗體藥物應該使用大型家養動物,理想動物是馬(平均體重約500公斤)和牛(平均體重可超過800公斤)。沒有胚胎干細胞,真的就難以改造這些大型動物的抗體基因了嗎?1997年,一則科技新聞傳遍了全世界。蘇格蘭科學家Ian Wilmut與Keith Campbell成功利用一只母羊的乳腺細胞,克隆出了完全和它一模一樣的母羊多利。克隆技術突破了胚胎干細胞的限制,使科學家可以利用任何體細胞,制造出含有同樣基因的完整動物。隨后科學家很快在許多其它物種上實現了克隆,包括馬和牛。

  講到這里,我們已經概述了通過大型動物快速制備中和抗體藥物的基本技術路線。首先,需要利用基因編輯技術對馬或牛的體細胞進行改造,將其抗體基因替換成人類基因。利用克隆技術我們就可以制造出和該細胞相同的轉基因動物。未來疫情暴發時,使用病原體高強度多次免疫,促使轉基因動物大量產生特異性抗體,采集其血液,經工業親和柱層析即可大規模生產抗體藥物。成功地制造出這樣一批轉基因馬或牛,將能在瘟疫暴發的較早時期大量提供能挽救病人生命、控制疫情的寶貴藥物。在技術上,這一構想已經具備了可行性,實際上我國科學家在大型動物(特別是豬)的克隆和轉基因研究上一直處于國際領先地位。期待有一天真的能夠創造出一群可以守護人民健康的神牛神馬。希望有一天,草原上有一群牧馬放牛的生物醫藥人。

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