美国国立卫生研究院（National Health Institute, NIH）及其下属的国家癌症研究所（National Cancer Institute， NCI）是世界顶级的医学研究机构之一，在抗体治疗领域的历史上也贡献出了浓墨重彩的一笔。我们有幸采访了NCI抗体治疗研究室主任何苗壮 (Mitchell Ho) 教授, 请他介绍了一下NIH/NCI在抗体领域研究的相关情况。
何教授是NIH/NCI终身资深研究员，同时担任NIH研究生院的生物化学系主任， 并承担生物医学的教学任务。此外何教授也是华人抗体协会顾问委员会主席兼董事会董事（关于何教授的研究介绍见华人抗体以前的介绍文章，美国国立卫生研究院(NIH)何苗壮(Mitchell Ho)教授专访）。
NIH/NCI专注于基础医学研究，而强大的基础研究，在免疫学，肿瘤生物学等多个学科的突破性进展，也为抗体治疗领域的探究提供了坚实的理论基础，并在此基础上催生了一系列抗体领域的重大突破性技术，包括抗体人源化技术，单克隆抗体技术，免疫治疗等等。
NIH/NCI在抗体领域的开拓性研究
1. 抗体人源化技术-Thomas Waldmann教授
Thomas Waldmann（图片来源：https://irp.nih.gov/pi/thomas-waldmann）
第一个被FDA批准的人源化抗体Daclizumab, 就是来源于由NIH/NCI的Thomas Waldmann教授的研究。Waldmann教授首先发现了针对IL-2 receptor alpha chain (CD25) 的鼠源抗体anti-Tac，并进行了动物实验与小型临床实验，验证了该抗体对于T-cell leukemia 的良好活性, 之后与Protein Design Labs (PDL)进行合作，对该抗体进行人源化改造以降低人体内的免疫原性。值得一提的是，PDL的创始人Cary Queen博士也曾经在NIH从事研究。Waldmann教授与PDL的合作取得了成功，关于鼠源anti-Tac抗体人源化改造的工作也发表于1989年12月份的PNAS杂志，这篇文章里第一次提到至今都在沿用的抗体改造的基本理念：1. CDR grafting，即选择人源抗体作为框架（framework），插入鼠源抗体CDR; 2.利用计算机模拟手段，找出位于鼠源抗体框架(framework)上的重要氨基酸，一并加入人源框架以保证改造的成功。这些理念对于现在的抗体改造技术而言是个常识，但是在当时可以算是革命性的创新理念，奠定了抗体人源化改造的基础。成功被人源化改造后的anti-Tac抗体被罗氏 选中，进行下一步的临床开发，最终成功上市。抗体人源化的技术，肇始于NIH/NCI基础的免疫学研究，后来在工业界得到不断改进与发展，为众多抗体药物的开发奠定了基础。
2. 单克隆抗体技术—Michael Potter教授
Michael Potter (图片来源：https://history.nih.gov/exhibits/potter/index.html)
1962年，任职于NIH/NCI的 Michael Potter教授发现，将矿油注射到BALB/c 小鼠的腹腔内，能够诱导产生骨髓瘤细胞，这就意味着可以获得永生且易于体外培养的细胞。根据这个发现，Michael Potter教授与NCI的同事们分离培育的骨髓瘤细胞系，并与全球的研究者自由分享。
1975年8月份，来自于牛津大学的Cesar Milstein和 Georges Kohler在Nature上发表文章介绍了将小鼠淋巴B细胞与骨髓瘤细胞融合用于产生特异性单克隆抗体的技术，这一革命性的技术使他们获得了1984年的诺贝尔生理与医学奖， 而对他们的研究起到至关重要作用的骨髓瘤细胞，正是源自于Michael Potter教授实验室。除了对单克隆抗体技术的贡献，Michael Potter教授还发现了免疫球蛋白（immuloglobin）, 使得对抗体结构，抗原抗体间的作用的研究得以更进一步。由于在血液肿瘤学，免疫学，抗体研究等方面的卓越成就，1984年，Michael Potter教授荣获了有小诺贝尔奖之誉的拉斯克奖。
3. 肿瘤免疫治疗（immunotherapy）与Steven Rosenberg教授
Steven Rosenberg (图片来源：https://irp.nih.gov/pi/steven-rosenberg)
现任职于NCI的Steven Rosenberg教授，被称之为“免疫治疗之父”。1970年代，对于T淋巴细胞的功能还知之甚少，Rosenberg教授就开始了免疫治疗的先驱性研究，他在研究中发现病人自身的T细胞可以杀死病人的肿瘤，因此提出利用T细胞杀死肿瘤细胞的概念，他利用基因改造后的淋巴细胞通过Adoptive cell transfer (ACT), 治疗黑色素瘤等，证实通过调节人体的免疫系统可抗击肿瘤细胞。2017年FDA 批准的细胞基因疗法（CAR-T），正是Rosenberg教授等最早发起研究的。目前Rosenberg教授致力于将这些肿瘤免疫疗法应用于实体瘤。
4. 免疫毒素与Ira Pastan教授
Ira Pastan ( 图片来源：https://irp.nih.gov/pi/ira-pastan)
Ira Pastan教授主要从事肿瘤免疫毒素的研究，通过把对肿瘤细胞有杀伤作用的细菌毒素与针对肿瘤细胞相关抗体可变区(Fv)片段相结合，实现毒素分子的肿瘤靶向定位，称为Recombinant immunotoxins (RITs)。免疫毒素可以通过一些独特机理，例如抑制细胞蛋白合成杀死肿瘤细胞等。目前在Pastan教授的研究基础上，已有数个免疫毒素分子进入临床阶段研究，包括特异性作用于CD22的Moxetumomab pasudotox (HA22)以及作用于mesothelin的LMB-100等。而就在今年9月份，FDA批准了Moxetumomab pasudotox (Lumoxiti) 用于治疗至少接受过两次全身治疗（其中包括用嘌呤核苷类似物治疗）、复发或难治性毛细胞白血病（Hairy Cell Leukemia, HCL）的成年患者。
NCI抗体工程平台介绍
为了更加优化整合基础科学资源，进一步推动基础医学研究成果的转化，NIH/NCI新近成立了NCI antibody Engineering Core （以下简称抗体工程中心），并由何苗壮教授担任中心主任。抗体工程中心的主要目的是帮助并促进NIH/NCI基础研究成果向工业界的转化。工业界的药物开发技术和管理模式非常成熟，而基础研究的新靶点发现对于新药研发的成功至关重要。抗体工程中心的初衷就是运用相对成熟的工业界技术，整合NIH/NCI强大的基础与临床医学科研能力，帮助突破性的基础研究实现成功转化，达到资源最大化的协同效应。
Mitchell Ho (图片来源：https://ccr.cancer.gov/Laboratory-of-Molecular Biology/mitchell-ho )
抗体工程平台的核心技术是基于单域抗体(Single domain)的噬菌体展示库以及抗体的优化改造。单域抗体的分子量小， CDR3较长，易于表达和生产，稳定性高，与传统抗体相比更容易进入到靶点内部。许多重要的肿瘤表面信号蛋白如GPCR和离子通道都有较为隐蔽的功能区， 而一般抗体分子较难接触到这些内部区域，采用单域抗体技术来制备的新型抑制型抗体，对这些靶点具有独特优势。另一方面，抗体工程平台的噬菌体展示库基于鲨鱼（VNAR）和骆驼（VHH）的单域抗体，与传统单域抗体相比，构象更加多样，噬菌体库的多样性（diversity）也更高。值得注意的是，最近EMA批准了首个单域抗体Caplacizumab上市，单域抗体也必将愈来愈受到关注。
此外NCI 抗体工程平台的另一个重要目的是深入进行抗体相关的基础科学研究。和常规意义上的抗体服务中心不同，NCI抗体工程平台以研究为导向，其运作模式可以简单地概括为：靶点评估——建立合作——抗体筛选——抗体改造。抗体工程平台的团队会对潜在合作的待筛选靶点进行评估，选取有充实合理科学依据的课题项目进行合作，平台为合作的研究者们提供抗体筛选、改造优化等多方面的帮助。此外，抗体工程中心也会招收博士后与博士研究生，对抗体等相关领域进行深入研究。
目前NCI抗体工程平台还在“招贤纳士”，诸多的筹备工作正在进行之中。我们相信有强大基础研究支持，有专业的技术团队，未来NCI抗体工程平台一定会为从事基础研究的科学家们提供专业的新药开发技术支持，也期待着看到更多的抗体新药从NCI抗体工程平台诞生
结语
无论是Daclizumab、Moxetumomab等创新药物的成功，还是单克隆抗体技术、肿瘤免疫治疗等突破性的进展，都得益于NIH/NCI坚持不懈地支持基础研究的理念。而何教授也强调指出，我们通常认为的抗体工程，包括抗体的发现与改造等，在本质上其实都是基础科学研究，抗体药物发展史上的一系列革命性的技术，无一不是诞生在免疫学，肿瘤生物学等基础科学蓬勃发展的基础之上。NIH/NCI几十年抗体研究的卓越成果，也反映了美国科学研究的理念：1.极大重视基础科学研究；2.从基础研究衍生新的技术，推动药物研发、临床医学的发展。这种重视基础研究，重视长远发展，不急功近利的理念，也很值得国内研究借鉴。
最后，在此衷心感谢NCI 抗体工程中心主任何苗壮教授对相关调研和采访的大力支持，何教授不仅仅为华人抗体协会期刊掌舵，对NIH/NCI抗体研究发展的历史也信手拈来、如数家珍，他渊博严谨的治学风范也令人非常钦佩。此外也感谢李幼博士对文章的修改意见，感谢王守业会长为本文提供初始想法和宝贵的修改意见。
参考资料
1．A humanized antibody that binds to the interleukin 2 receptor. C Queen et.al. PNAS December 1, 1989 86 (24) 10029-10033; https://doi.org/10.1073/pnas.86.24.10029
2. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity. Georges J. F. Köhler and César Milstein Nature 256, 495-497 (1975); doi:10.1038/256495a0
3. http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/potter-michael.pdf
4. http://www.laskerfoundation.org/awards/show/monoclonal-antibody-technology/
5. https://ccr.cancer.gov/Surgery-Branch/steven-a-rosenberg
6. https://irp.nih.gov/pi/ira-pastan
7. http://www.news.sanofi.us/2018-09-03-Cablivi-TM-caplacizumab-approved-in-Europe-for-adults-with-acquired-thrombotic-thrombocytopenic-purpura-aTTP
8. https://www.astrazeneca.com/media-centre/press-releases/2018/us-fda-approves-lumoxiti-moxetumomab-pasudotox-tdfk-for-certain-patients-with-relapsed-or-refractory-hairy-cell-leukaemia.html
作者：申晨曦
校正：李幼
编辑：王宝龙
来源：华人抗体协会