抗体药物是生物技术制药领域的一个重要方面。抗体具有识别抗原的特异性,因而利用抗体诊断与治疗疾病是医药研究者长期以来追求的目标。抗体与靶抗原结合具有高特异性、有效性和安全性,临床用于恶性肿瘤、自身免疫病等各种重大疾病,抗体药物的发展并不是一蹴而就的,抗体的发现以及抗体药物的临床应用经历了一段漫长的历史进程。
抗体治疗的最早应用可以追溯到中国人接种“人痘”预防天花的记载算起,国际上一般公认的人痘接种术最早起源于中国公元１０世纪,但据中国的一些史书记载,种痘始于唐朝。只不过当时种痘只是在民间秘密流传,没有公布于世。１６６１年,随着因得过天花而继承皇位的康熙执政,人痘接种开始从民间走进皇宫,种痘术开始在全国得以提倡和推广。到后来的英国人Jenner受到中国人痘接种法的启示,接种牛痘预防天花,直至今日,免疫学的发展已有三个半世纪。
早在19世纪末,抗体被动免疫疗法的创立为当时不发达的疾病治疗开辟了新途径。Ehrlich提出的侧链学说为免疫学与免疫疗法奠定了基础。他认为,细胞的表面具有特异性受体分子(或称侧链),这些侧链仅与毒素分子中特定的基团结合;如果细胞与毒素结合后能存活下来,将会产生过量的侧链,部分的侧链释放至血液中,即为抗毒素,这就是现在所称的抗体。
19世纪80年代后期,学者们在研究病原菌的过程中,发现白喉杆菌分泌的白喉外毒素有致病性,进而发现在感染者的血清中有“杀菌素”(bactericidins),这就是最早发现的抗体。Von Behring和同事Kitasato于1890年正式使用白喉抗毒素治疗白喉病人,随后他们又成功使用白喉脱毒外毒素进行预防接种。当时的科学家们根据抗体来源的特性,把能刺激宿主产生抗体的物质命名为抗原,从而使抗体研究成为免疫学的一个重要分支,促进了抗体治疗的快速发展。
目前,科学家们对于抗体有一个公认的定义。抗体是一种由B细胞识别抗原后活化、增殖分化为浆细胞,并由浆细胞合成与分泌的、具有特殊氨基酸序列的,能够与相应的抗原发生特异性结合的免疫球蛋白分子。在抗体发现早期,这种特异性的抗体物质勾起了科学家们极大的兴趣,科学家们前赴后继致力于解析抗体的结构,但由于落后的实验条件,进展缓慢。
直到20世纪5O年代,科学家们对抗体的结构和抗原抗体识别机理的理解还非常浅显。1937年瑞典物理学家Arne Wilhelm Kaurin Tiselius通过电泳技术证明了抗体也是一种蛋白质,并将其称为γ球蛋白。1953年英国生物化学家Frederick Sanger成功解析了同样身为蛋白质的胰岛素的化学结构,从而为科学家们解析抗体结构指明了方向。抗体结构的解析离不开美国生物学家Gerald Maurice Edelman,他受到Sanger解析胰岛素结构的启发,用B-巯基乙醇处理免疫球蛋白G,分解成两条链,根据分子量大小分别称为重链和轻链,并在此基础上提出了自己心目中的抗体结构:重链和轻链折叠形成奇特的袋状结构,从而识别抗原。1963年,Edelman与RodneyRobert Porter(Sanger的第一个博士研究生)结合两人多年的研究结果,提出了比较成熟的抗体分子模型。
他们认为,抗体是由两条重链和两条轻链组成的“Y”型对称结构,一条轻链和一条重链的一半组成了“Y”型结构的分支。抗体识别抗原的特异性结合位点位于“Y”型结构的两个分支的顶端,轻链和重链都有一部分包含其中。1969年,Edelman和Porter完成了一项在当时了不起的成就,他们成功对抗体1300多个氨基酸序列进行了测定,是当时测定氨基酸序列的最大的蛋白质分子。
随后Edelman继续深入研究抗体的结构,陆续提出了越来越精确的抗体分子结构,包括重链可变区、重链恒定区、轻链可变区、轻链恒定区以及抗体内部二硫键的位置,同时他认为抗体的差异是由可变区的差异决定的。通过对抗体结构的不懈研究,抗体识别抗原的结构基础得到了有效阐释,却仍无法回避抗体多样性的基本问题。抗体的分子序列并不固定,免疫系统能够产生不同抗体结合不同的抗原物质。若依据“一个基因编码一条多肽链”的理论,即使人类基因组都无法满足抗体多样性编码的需求。
对于这个问题,Edelman和另一位同行Joseph Gaily于1967年提出了一个抗体多样性产生的最初的设想l2]。他们认为编码抗体的基因存在染色体重排现象,识别抗原之后数量有限的抗体基因通过不同的组合形式编码无限种类的抗体分子。
在Edelman提出的抗体多样性理论的基础上,1976年,日本科学家利根川进和同事在检测不产生抗体的胚胎细胞和产生抗体骨髓瘤细胞中抗体轻链基因的分布时发现,胚胎细胞中不同抗体基因距离较远,而骨髓瘤细胞中抗体基因距离接近,这个发现说明生殖细胞在发育成免疫细胞的过程中,抗体基因发生了重新分布现象。利根川进在此基础上用一系列确凿的实验数据确定了抗体多样性是由B淋巴细胞中抗体基冈的染色体重排和突变造成的。
根据估算,抗体基因通过重组和突变甚至可以编码100亿种不同的抗体,很好解释了抗体多样性产生的原因。1987年,利根川进由于抗体多样性的突破性研究独享了该年度的诺贝尔生理学或医学奖。
