郭夕源,楊江華綜述,鄔于川,袁青審校
(1.瀘州醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)教研室,四川瀘州646000;2.瀘州醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院,四川瀘州646000)
·綜述·
人源性治療性抗體的應(yīng)用與制備進(jìn)展
郭夕源1,楊江華2綜述,鄔于川1,袁青1審校
(1.瀘州醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)教研室,四川瀘州646000;2.瀘州醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院,四川瀘州646000)
治療性抗體在疾病的診斷和治療方面具有重要意義。鼠源性單克隆抗體的臨床應(yīng)用受限于誘導(dǎo)產(chǎn)生人抗鼠抗體、親和力低和半衰期短等,隨著轉(zhuǎn)基因小鼠和噬菌體展示技術(shù)的成熟,人源性治療性抗體飛速發(fā)展,在腫瘤治療、自身免疫性疾病的治療、感染性疾病的治療及減輕移植排斥反應(yīng)、體內(nèi)定位診斷、免疫調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮重要作用。本文綜述了治療性抗體在腫瘤及免疫、移植等疾病中的治療應(yīng)用及人源性治療性抗體的制備。
單克隆抗體;治療性抗體;人源性
抗體(Antibody)具有多種生物學(xué)效應(yīng),其在疾病的診斷和治療方面具有重要意義,尤其在疾病治療方面巨大的應(yīng)用前景,已經(jīng)引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。由于單克隆抗體[1]具有性質(zhì)純、效價(jià)高、特異性強(qiáng)、少或無(wú)血清交叉反應(yīng)等特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)各領(lǐng)域,如腫瘤治療、自身免疫性疾病的治療、感染性疾病的治療及減輕移植排斥反應(yīng)、體內(nèi)定位診斷、免疫調(diào)節(jié)等,這類抗體被統(tǒng)稱為治療性抗體。治療性抗體的發(fā)展經(jīng)歷了曲折的百年歷史。早在19世紀(jì)末,人們就發(fā)現(xiàn)抗血清能中和細(xì)菌毒素,于是用免疫動(dòng)物的血清預(yù)防和治療某些感染性疾病。從此,人們對(duì)治療性抗體產(chǎn)生了濃厚的興趣,但由于早期治療效果不佳及嚴(yán)重的副作用,使得抗體治療一直沒(méi)有得到理想的效果。直到1975年Kohler和Milstein應(yīng)用雜交瘤技術(shù)制備了鼠單克隆抗體,為人類樹(shù)起了抗體研究領(lǐng)域的第一個(gè)里程碑。1982年,Levy等制備了針對(duì)一位B淋巴細(xì)胞瘤患者瘤細(xì)胞的獨(dú)特性單抗,患者經(jīng)此抗體治療后,病情緩解,瘤體消失。1986年,Ortho開(kāi)發(fā)了世界上首個(gè)用于治療腎臟移植后的排斥反應(yīng)的單抗藥物:抗CD3單克隆抗體OKT3,該藥獲得了食品藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)。1995年,用于治療大腸癌的l7-1鼠單抗在歐洲上市。1997年FDA批準(zhǔn)第一株人源化抗體上市。2002年,阿達(dá)利單抗(Adalimumab)成為第一個(gè)被美國(guó)FDA批準(zhǔn)的治療性人源單抗,隨后一批人源抗體相繼被開(kāi)發(fā)[2-3]。1986-2012年,美國(guó)FDA或歐洲已批準(zhǔn)了34個(gè)治療性抗體上市。2012年3月,我國(guó)第一個(gè)治療性人源化單克隆抗體尼妥珠單抗[4]臨床應(yīng)用研討會(huì)在古巴舉行。
抗體既可作為受體的拮抗劑或抑制劑,起到中和毒素或阻斷細(xì)胞因子對(duì)細(xì)胞的殺傷作用,也可利用其他的生物學(xué)效應(yīng),如抗體介導(dǎo)的細(xì)胞依賴性細(xì)胞毒作用(ADCC)和補(bǔ)體介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用(CDCC)效應(yīng)而發(fā)揮作用。另外抗體還可以作為靶向分子通過(guò)與放射性元素、化學(xué)藥物及生物毒素分子耦聯(lián),通過(guò)靶向治療發(fā)揮細(xì)胞毒作用。
自從首次發(fā)現(xiàn)單克隆抗體在醫(yī)學(xué)可能存在的應(yīng)用價(jià)值后,它們已被廣泛地應(yīng)用于診斷中,對(duì)其用于治療的可能性研究正以指數(shù)級(jí)的速度推進(jìn)。由1985-2008年進(jìn)入臨床研究的人類單克隆抗體的累計(jì)數(shù)[5]分析,人類單克隆抗體在臨床應(yīng)用中的研究快速增長(zhǎng),用于抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)的人類單克隆抗體開(kāi)發(fā)率特別高。截止2011年,美國(guó)FDA批準(zhǔn)的治療性抗體廣泛應(yīng)用于治療腫瘤、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、克羅恩病、抑制移植排斥反應(yīng)、抗病毒預(yù)防等。
1.1 治療性抗體在抗腫瘤方面的應(yīng)用惡性腫瘤在臨床上很難治愈。在手術(shù)、放療和化療不能取得最佳療效的情況下,抗體被認(rèn)為是治療腫瘤的重要輔助手段。腫瘤治療性抗體包括抗體、裸抗體和修飾的抗體。裸抗體主要通過(guò)ADCC效應(yīng)聚集和活化宿主的效應(yīng)細(xì)胞、通過(guò)CDCC效應(yīng)、阻斷受體-配體的相互作用以及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等機(jī)制殺傷腫瘤細(xì)胞。修飾的抗體中部分抗體自身并不能殺傷腫瘤細(xì)胞,但可以運(yùn)載放射性同位素、毒素、藥物、酶等至腫瘤局部。將細(xì)胞毒性物質(zhì)特異靶向于腫瘤細(xì)胞,使腫瘤局部達(dá)到高濃度,減輕全身應(yīng)用帶來(lái)的副作用及由此導(dǎo)致的劑量限制。腫瘤治療性抗體與傳統(tǒng)的生物藥物和化療藥物相比,具有良好的靶向、可以誘導(dǎo)機(jī)體自身產(chǎn)生針對(duì)疾病的抵抗力、療效好、毒副作用低,而且可以反復(fù)給藥?,F(xiàn)已批準(zhǔn)上市的治療性抗體中腫瘤治療性抗體占35.48%,包括用于治療淋巴瘤的單抗Rituximab、Tositumomab、Ibritumomab。治療白血病的單抗Gemtuzumab、Alemtuzumab、Ofatumumab[6];治療乳腺癌的單抗Trastuzumab,治療大腸癌的單抗Cetuximab、Bevacizu-mab、Panitumumab[7]和治療黑色素瘤的單Ipilimumab[8]。其中Ibritumomab適用于治療復(fù)發(fā)或難治性低度、濾泡性以及轉(zhuǎn)移性B細(xì)胞非霍奇金淋巴瘤,是第一個(gè)腫瘤放免治療劑;結(jié)直腸癌治療藥Panitumumab與表皮生長(zhǎng)因子受體(Epidermal growth factor receptor,EGFR)具有高親和性,現(xiàn)已用于治療實(shí)體腫瘤進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,這也是第一個(gè)完全人源性的單克隆抗體。尼妥珠單抗Nimotuzumab可特異性封閉EGFR[4,9],使腫瘤細(xì)胞對(duì)電離輻射敏感,因其提高放療敏感性而提高放療效果。
1.2 治療性抗體在自身免疫性疾病中的應(yīng)用治療性抗體在多種自身免疫性疾病的治療中取得了許多研究成果。這些抗體主要包括細(xì)胞因子特異性抗體和淋巴細(xì)胞特異性抗體。該抗體可與細(xì)胞因子特異性結(jié)合,切斷信號(hào)通路,從而起到阻斷細(xì)胞因子對(duì)細(xì)胞的殺傷作用。已批準(zhǔn)的治療性抗體中治療自身免疫性疾病的抗體占32.26%,包括治療克羅恩病的單抗Infliximab和Certolizumab;治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的單抗Adalimumab、Golimumab和Tocilizumab;治療銀屑病的單抗Efalizumab和Ustekinumab;治療哮喘的單抗Omalizumab[10];治療多發(fā)性硬化癥的單抗Natalizumab;通過(guò)噬菌體展示技術(shù)與劍橋抗體技術(shù)所識(shí)別的針對(duì)B-淋巴細(xì)胞刺激因子的治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡的人源性單抗Belimumab[11]。其中Infliximab的治療適應(yīng)證不僅局限于克羅恩病,還包括類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎、銀屑病性關(guān)節(jié)炎等自身免疫性疾病;Uste-kinumab被批準(zhǔn)用于治療中度至重度斑塊型銀屑病,并已證明在克羅恩病和銀屑病關(guān)節(jié)炎的療效[12]。其在研究細(xì)胞表面標(biāo)志、提純可溶性抗原、進(jìn)一步研究抗體的結(jié)構(gòu)和功能等方面都起著十分重要的作用;Omalizumab能抑制免疫球蛋白IgE與高親和性IgE受體在肥大細(xì)胞和嗜堿細(xì)胞表面結(jié)合,從而阻止過(guò)敏反應(yīng)介質(zhì)的釋放、發(fā)展成治療嚴(yán)重哮喘的重要選項(xiàng)[13]。Belimumab經(jīng)過(guò)多年研究在2011年3月被FDA批準(zhǔn)用于治療狼瘡,這是FDA在56年來(lái)第一個(gè)批準(zhǔn)的狼瘡治療新藥。
1.3 治療性抗體在感染性疾病和其他疾病中的應(yīng)用抗體治療微生物感染可以通過(guò)多種機(jī)制發(fā)揮作用,如阻止微生物粘附、聚集、中和病毒、中和毒素等,也可以通過(guò)抗體的效應(yīng)功能如ADCC或CDCC效應(yīng)發(fā)揮作用??贵w既可以直接作用于病原體本身,也可以中和其產(chǎn)生的毒性物質(zhì),還可以增強(qiáng)宿主細(xì)胞的效應(yīng)功能。治療性抗體對(duì)細(xì)菌感染的治療主要針對(duì)臨床的常見(jiàn)耐藥菌株,如金黃色葡萄球菌等。對(duì)一些病毒性疾病效果較好,如抗人類免疫缺陷病毒(HIV)感染、呼吸道合胞病毒感染、炭疽桿菌、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒及膿血癥等方面。另外,治療性抗體在其他疾病中也有所應(yīng)用,如防止血塊形成的單抗Abciximab、治療惡性腹水的單抗Catu-maxomab[14]、治療陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿的單抗Eculizumab、防骨質(zhì)流失的單抗Denosumab等。
在臨床應(yīng)用早期,OKT3和l7-1這兩種鼠源性單克隆抗體均引起了由于產(chǎn)生人抗鼠抗體(Human anti-mouse anti-body,HAMA)而導(dǎo)致的不良反應(yīng)。20世紀(jì)90年代初,抗內(nèi)毒素單抗在用于治療膿毒癥時(shí),不僅沒(méi)有取得預(yù)期的效果,反而增加了患者的死亡率。這使人們認(rèn)識(shí)到鼠單抗藥物在人體治療中存在諸多問(wèn)題。鼠源性的單抗由于存在異源性在人體內(nèi)可誘導(dǎo)HAMA產(chǎn)生,而且鼠單抗不能有效地激活人體的生物效應(yīng),加之在人體內(nèi)的半衰期短,從而限制了其應(yīng)用。
1997年后,人源化抗體陸續(xù)上市。近年批準(zhǔn)上市的抗體幾乎都是基因工程重組嵌合、人源化或全人源性抗體。人源化抗體較好地保留了親本抗體的特征,在人體的半衰期和效應(yīng)功能也更加接近于人抗體。但由于其仍至少具有10%的異源蛋白,仍舊具有免疫原性[15],在臨床應(yīng)用中還是受到不同程度的限制,據(jù)報(bào)道,已上市的嵌合抗體或人源化抗體仍然存在人抗嵌合抗體(Human anti-chimeric antibody,HACA)或人抗人抗體(Human anti-human antibody,HAHA)[16-17]。為徹底解決抗體的免疫原性問(wèn)題,目前人們更多將目光轉(zhuǎn)向發(fā)展全人源性抗體。
隨著基因工程抗體時(shí)代的到來(lái),多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù)的發(fā)展、大腸桿菌內(nèi)分泌有結(jié)合功能的免疫球蛋白分子片段的成功獲得和噬菌體抗體庫(kù)技術(shù)的產(chǎn)生使全人源性抗體的產(chǎn)生得以實(shí)現(xiàn)。2002年,第一個(gè)全人源性抗體Humira上市。全人源性抗體可以通過(guò)多種技術(shù)來(lái)制備,目前使用最多的制備技術(shù)主要是轉(zhuǎn)基因小鼠技術(shù)和抗體庫(kù)技術(shù)。
2.1 轉(zhuǎn)基因小鼠技術(shù)1989年,Bruggemann等成功將人抗體重鏈基因庫(kù)轉(zhuǎn)入小鼠,使小鼠產(chǎn)生了人重鏈蛋白的免疫應(yīng)答。隨后,轉(zhuǎn)基因小鼠技術(shù)不斷發(fā)展完善。1994年,美國(guó)轉(zhuǎn)基因小鼠作為生產(chǎn)全人抗體的載體問(wèn)世。1997年Abgenix公司使用該技術(shù)成功地制備了轉(zhuǎn)基因小鼠Xenomouse,這種Xenomouse是一種經(jīng)過(guò)遺傳工程變異的小鼠,其體內(nèi)能夠合成具有人類蛋白質(zhì)序列的抗體。Medarex公司建立的轉(zhuǎn)基因鼠稱為HuMAb-Mouse,其所研制的抗體已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)階段[18]。轉(zhuǎn)基因小鼠技術(shù)用于制備全人源性抗體時(shí),由于抗體是體內(nèi)產(chǎn)生,經(jīng)歷正常裝配和成熟過(guò)程,所以具有功效高、靶親和力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但也存在一些缺陷,除了操作復(fù)雜、難度高、費(fèi)用巨大以及產(chǎn)生不完全的人序列外,英國(guó)學(xué)者Clark認(rèn)為,由于在小鼠體內(nèi)完成抗體的裝配和糖基化的最后步驟,所以產(chǎn)生的抗體可能會(huì)具有鼠糖基化的模式。雖然目前尚無(wú)臨床證據(jù)表明,鼠糖基化會(huì)引起任何問(wèn)題,但是直接導(dǎo)致這些單克隆抗體最終并不是全人源性的。
2.2 噬菌體抗體庫(kù)技術(shù)20世紀(jì)90年代,組合化學(xué)技術(shù)與基因工程抗體技術(shù)相互結(jié)合產(chǎn)生了抗體庫(kù)技術(shù)??贵w庫(kù)技術(shù)的產(chǎn)生使人們改變了傳統(tǒng)的抗體制備方法,開(kāi)辟了體外制備抗體的新天地,目前被認(rèn)為是制備人源性抗體的最快速、簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的方法??贵w庫(kù)最大的特點(diǎn)是除了可以進(jìn)行高通量篩選和所篩選到的抗體是人源性抗體外,還在于它的庫(kù)容量可以達(dá)到109~1013,理論上可以從這些大容量人抗體庫(kù)中篩選到針對(duì)任何抗原的特異性抗體[19],解決了一些針對(duì)弱免疫原、毒性抗原的難制備抗體的問(wèn)題。噬茵體抗體庫(kù)根據(jù)抗體基因序列的來(lái)源,可分為天然抗體庫(kù)、免疫抗體庫(kù)、半合成抗體庫(kù)、合成抗體庫(kù)四類??贵w庫(kù)技術(shù)具有強(qiáng)大的篩選功能,利用噬菌體抗體庫(kù)可以直接從庫(kù)中篩選針對(duì)某一抗原的特異性抗體。以噬菌體抗體與抗原的結(jié)合為基礎(chǔ),通過(guò)多輪“吸附一洗滌一洗脫一擴(kuò)增”過(guò)程,可使特異的噬菌體得到上千倍乃至109的富集。傳統(tǒng)篩選方法可分為固相淘篩法和液相篩選法;新近一些篩選方法如完整細(xì)胞篩選法、組織或體內(nèi)篩選法、選擇感染法、高通量篩選法等[20-21]。針對(duì)不同抗原,其最佳篩選方法的選擇也不相同。根據(jù)各篩選方法不同的特點(diǎn),可選用兩種進(jìn)行交替篩選來(lái)提高篩選陽(yáng)性率。但若要從天然抗體文庫(kù)中篩選到專一針對(duì)各種抗原的抗體,那么文庫(kù)容量需足夠大,至少要大于109[22]。縱觀近年研究報(bào)道,所構(gòu)建的大多數(shù)人源抗體文庫(kù)所用的淋巴細(xì)胞RNA來(lái)源比較單一,一般來(lái)自健康志愿者或針對(duì)某種疾病構(gòu)建抗體文庫(kù),以至于抗體文庫(kù)的多樣性受到一定的局限[23-24]。近些年有許多其他展示平臺(tái)系統(tǒng)也被用來(lái)進(jìn)行抗體庫(kù)的展示,包括核糖體展示、酵母展示、細(xì)菌展示、桿狀病毒展示、哺乳細(xì)胞展示、反轉(zhuǎn)錄病毒展示以及細(xì)菌周質(zhì)展示,還有最小單位的展示系統(tǒng),如mRNA展示、DNA展示系統(tǒng)等等。核糖體展示技術(shù)使展示技術(shù)擺脫了體內(nèi)展示技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)化效率的限制,庫(kù)容量大大提高,為體外高通量的篩選奠定了技術(shù);mRNA展示技術(shù)直接將mRNA同表達(dá)的蛋白質(zhì)連結(jié),使篩選的效率進(jìn)一步提高;DNA展示技術(shù)DNA模板取代不穩(wěn)定的mRNA使展示系統(tǒng)更加的穩(wěn)定,方法簡(jiǎn)便巧妙。三種技術(shù)已在抗體的篩選、親和力成熟、分子進(jìn)化方面廣泛的應(yīng)用。上述一些體外展示技術(shù)不依賴于任何細(xì)胞體系,不受克隆和細(xì)胞轉(zhuǎn)化效率的影響,庫(kù)容量大,可達(dá)1013~1015,可彌補(bǔ)傳統(tǒng)的體內(nèi)展示技術(shù)的不足。
人源性單克隆抗體是一類快速增長(zhǎng)的有前途的定向治療藥物[25]。隨著科技的進(jìn)步,在20世紀(jì)90年代,人類對(duì)分子層面的研究深入,尤其是轉(zhuǎn)基因小鼠和酵母或噬菌體展示技術(shù),重建了在人類單克隆抗體的發(fā)展的興趣。治療性抗體是進(jìn)入臨床研究中增長(zhǎng)最快的類別,其本著制備便捷、高靶點(diǎn)特異性、療效好、毒副作用小、應(yīng)用范圍廣、開(kāi)發(fā)空間闊的優(yōu)勢(shì)保持重要的地位和迅猛的發(fā)展勢(shì)頭。由于在臨床使用上獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和各種相關(guān)技術(shù)的日益成熟,在過(guò)去的10年里,上市的單克隆抗體成倍地增長(zhǎng)[26],但是單克隆抗體藥物還面臨一些問(wèn)題,主要涉及免疫學(xué)和藥理學(xué)兩方面。免疫學(xué)方面,鼠源性的單抗可能被宿主的免疫系統(tǒng)攻擊,產(chǎn)生人抗鼠抗體(HAMA)反應(yīng),嵌合性抗體和人源化抗體雖可解決鼠源化問(wèn)題但是也會(huì)產(chǎn)生人抗嵌合抗體(HACA)或人抗人抗體(HAHA)。此外,腫瘤細(xì)胞群體在抗原性方面的異質(zhì)性,腫瘤細(xì)胞的抗原性調(diào)變等也可能影響耦聯(lián)物的療效。藥理學(xué)方面的問(wèn)題主要是由于耦聯(lián)物是異體蛋白,會(huì)被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)攝取,有相當(dāng)數(shù)量將積聚于肝、脾和骨髓,因而細(xì)胞劑量不足。大分子的耦聯(lián)物通過(guò)毛細(xì)血管內(nèi)皮層及穿透腫瘤細(xì)胞外間隙均受到限制。今后人們將致力于解決這兩方面的問(wèn)題。從已上市的抗體藥物看,未來(lái)治療性抗體將朝著全人源化、微型化、規(guī)模化及智能化方向發(fā)展。但全人源性抗體是否能解決非人源聚糖具有潛在的免疫原性所引起的效價(jià)降低及給患者帶來(lái)的嚴(yán)重后果,還有待于臨床檢驗(yàn)。隨著生產(chǎn)單抗的新方法不斷出現(xiàn),人們將開(kāi)發(fā)出各種性能優(yōu)良抗體、多功能抗體融合蛋白及抗體替代物,抗體類藥物的療效將大大提高。
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R318
A
1003—6350(2013)01—0107—04
10.3969/j.issn.1003-6350.2013.01.0050
2012-09-11)
國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào):31000415);四川省衛(wèi)生廳資助項(xiàng)目(編號(hào):80167);四川省青年基金(編號(hào):2012JQ0018)
鄔于川。E-mail:wuyu6807@tom.com