如何快速开发新冠以及未来一切疫情的抗体药物

自新冠疫情暴发以来，科学、医学界一直在与病毒赛跑，希望尽快研发出疫苗或者特效药，针对新冠的抗体药物就是治疗思路之一。迄今为止，各大学术期刊和预印本已经发表了来自中外数个研究团队近千篇有关新冠病毒中和抗体的文章。那么，抗体药物研发的难点究竟在哪里？到底有什么办法能够快速复制康复者血浆中的抗体？今天的文章提出了一个脑洞大开的想法，或许能给我们一些启发。

撰文 | 夏晓峰（美国基因编辑与抗体开发生物技术公司ATGC Inc CEO、CSO）

序

在西方，药房一直有使用动物作为标记的传统。传说中，希腊医神Asclepius从蛇身上学到了治伤的药草，从此携带蛇身缠绕的手杖作为他的标志，开启了这一传统。慢慢地，一些其它动物也被认为具有神奇的治愈能力而被使用，比如独角兽（Wellcome Foundation徽标）、鳄鱼（古欧洲药剂师徽标）、牛（Novo Nordisk徽标）等等。到今天，WHO依然以蛇杖为标志。人们似乎相信，动物是上天赐予人类的礼物，是医药的源泉。

2020年伊始，新冠病毒在中国肆虐，旅美华人焦急地问候亲人并捐款捐物的时候绝对没有想到，短短几个月后，病毒竟会以更大的规模、更失控的局面在美国蔓延开来。更糟糕的是，疫情被少数政客政治化，两国意识形态的对立给信息交流带来了极大的障碍。我们很失望地看到，几乎所有在中国因早期对新型病毒缺乏了解带来的悲剧都重新在美国上演——从社区传染、诊断误差、特殊群居场所暴发到医疗防护缺陷，无一例外。

甚至对特效药物的期盼历程都是一次重演。一月，在中国，我们开始期待过往开发的抗病毒小分子药物能对新冠有特效；二月，社交媒体上出现了神奇的血浆疗法；三月以后，人们逐渐认识到真正可能有效的抗体药物还需要更长时间的开发。而在三个月后的美国，一切就像是一次时间轴的平移，让人不禁产生了Deja vu（昨日重现）的恍惚。同时病毒也给我们上了深刻的一课：在瘟疫面前人类是一个命运同体。即使是科技最发达的美国，在病毒快速暴发的危机中也无力招架。

真的就束手无策了吗？可以想见，新冠不会是人类最后一次遭遇新发病毒。交通的便捷、交流的广泛会更利于病原体的大范围传播。难道频繁的瘟疫将成为常态？或者国家和地区重新关闭大门，全球化就此走向终结？由于疫苗研发周期长且不确定性较大，科学家盼望能找到一种普适的、能针对任何病原体快速开发出有效药物的方法。

让我们重新检视一下那些曾被期盼的神药。

以瑞德西韦为代表的小分子药物通常需要很长的筛选和安全性验证过程，它们一般也只能针对一种或一类病原体，普适性较差。

血浆疗法本质上是抗体药物，是利用康复病人血液中的中和抗体帮助他人杀死病原体。它可以在疫情暴发后比较快速地投入使用，且普遍适用于不同传染病。据记载，从19世纪人们就开始有意识地临床使用血浆疗法。在历次重大瘟疫中，比如西班牙大流感和非洲埃博拉，都有成功的案例报道。然而血浆疗法却有很大的局限性，因为绝大多数康复病人并不含有高效的中和抗体。在幸运的条件下能够找到含高滴度中和抗体的血浆，但因数量有限，能治愈的病人也是有限的。据传各国政要都保留有特效血浆，其真实性无从考证，但理论上确实是可行的。不过基于上述局限，血浆疗法注定无法成为对抗瘟疫的中流砥柱，此时便诞生了现代抗体药物。

通过筛选，科学家可以从人或动物血液里找到特殊的高效病原体中和抗体，测得它的序列，并通过现代分子生物学技术让它在培养细胞里大量表达，从而制成药物。抗体药物通常安全性良好且疗效突出，目前正越来越多的用于治疗各类疾病。遗憾的是，中和抗体的筛选验证以及大规模生产都需要长时间的试验，使它很难在病毒暴发早期的关键窗口起作用。

那么，有没有可能综合各类疗法优势，创造一种普适性的、快速、安全、有效、高产的理想药物（下图）开发方法呢？下面我就和大家一起探讨一下利用大型农场动物，快速得到大量高效能直接使用的抗体药物的可能性。

前面提到，康复病人血浆中含有中和抗体，确实是可以治病的，但来源极其有限。那么，有没有可能通过动物血大量制备高效中和抗体直接给病人使用呢？其实在特定的例子下这样的方法是有的，并且已经广泛使用了很多年。一个例子是抗狂犬病血清。狂犬病是狂犬病毒所致的急性传染病 ，如不及时治疗死亡率几近100%。抗狂犬病血清是使用狂犬病毒免疫马匹，从其血浆粗提得到的抗体药物。狂犬病毒感染后及时注射可挽救病人生命。另一个例子是抗蛇毒血清。剧毒蛇咬伤经常会致命，特效疗法之一就是注射抗蛇毒血清。这种血清同样是从免疫马匹的血浆粗提得到的抗体药物。由于使用动物可以大剂量多次免疫，辅以佐剂（增强免疫反应的化学物质），通常可以得到比康复病人血浆高得多的抗体量。成功免疫的动物体内，特异性抗体通常可高达0.2 - 1毫克/毫升，比病人体内含量高1000倍以上。可以预期，一个大型农场将可能提供足够多的动物，制造出满足大规模使用的抗体药物。

为什么动物血清目前并不能在新冠病人上使用呢？主要是因为异源物质导致的免疫排斥反应。动物血清中的所有生化物质包括抗体，在注射后都会被人体识别为外源入侵物而促发强烈的免疫反应，可致病人发烧、过敏休克甚至威胁生命。正因如此，动物血清只在极端危急病例，如被疯犬或剧毒蛇类咬伤中使用。在新冠肺炎等传染病中使用，很可能得不偿失。

有没有办法去除动物血清的免疫源性，得到安全可靠的抗体药物？狂犬病和蛇毒血清都是粗提物，里面残留许多非抗体物质。随着现代抗体药物技术的发展，通过亲和柱层析大规模纯化抗体已经成为许多现代制药公司的常规操作。这样一来，抗体纯化已经没有了技术障碍。然而纯化的动物抗体仍然会引发人体免疫反应，这是因为其恒定区序列以及可变区氨基酸使用偏好与人不同。

那么，有没有可能让动物产生的抗体和人类毫无差别，从而不被人体免疫系统排斥呢？答案仍然是肯定的。上个世纪九十年代，美国Abgenix公司成功地将小鼠内源的抗体基因去除，并转入人类的抗体基因。基因改造过的小鼠制造出的抗体和人类毫无差别[1]。由于这种动物在抗体药物开发上的巨大价值，此后多家公司陆续开发出了更加完善的人抗体小鼠、大鼠甚至鸡。由此可见，理论上我们已经具备了让动物生产人类抗体并大规模纯化制药的能力。

那么是否万事俱备了呢？并非如此。抗体是十分复杂的蛋白质，其编码基因在哺乳动物体内通常分布在多个染色体上，跨度可达300万个碱基对以上，而普通的小基因大小经常连它的百分之一都不到。所以要使动物表达人类抗体，涉及到非常复杂的基因改造。很遗憾的是，如此复杂的基因操作目前科学家还只能在两种哺乳动物上比较顺利地实现，即小鼠和大鼠。其中的关键是一种被称为胚胎干细胞的细胞。当这种细胞被注入动物囊胚时，可以发育成一个完整的动物。这样科学家只要在胚胎干细胞中完成基因改造，就可以得到完整的转基因动物。然而科学家经过很多年的努力，也只成功地制造出两种哺乳动物胚胎干细胞，分别是小鼠和大鼠（看文献的朋友这儿可能要反驳我了：不对啊，猪狗牛羊马兔甚至人，我都读过胚胎干细胞文献报道啊？那些都是假的，至少是未证实的）。没有胚胎干细胞，科学家进行基因改造不得不在胚胎上直接进行，困难重重，很难完成复杂操作。

小鼠和大鼠体型太小，显然不足以大量制造抗体药物。要完成预期的快速生产抗体药物应该使用大型家养动物，理想动物是马（平均体重约500公斤）和牛（平均体重可超过800公斤）。没有胚胎干细胞，真的就难以改造这些大型动物的抗体基因了吗？1997年，一则科技新闻传遍了全世界。苏格兰科学家Ian Wilmut与Keith Campbell成功利用一只母羊的乳腺细胞，克隆出了完全和它一模一样的母羊多利[2]。克隆技术突破了胚胎干细胞的限制，使科学家可以利用任何体细胞，制造出含有同样基因的完整动物。随后科学家很快在许多其它物种上实现了克隆，包括马[3]和牛[4]。

讲到这里，我们已经概述了通过大型动物快速制备中和抗体药物的基本技术路线。首先，需要利用基因编辑技术对马或牛的体细胞进行改造，将其抗体基因替换成人类基因。利用克隆技术我们就可以制造出和该细胞相同的转基因动物。未来疫情暴发时，使用病原体高强度多次免疫，促使转基因动物大量产生特异性抗体，采集其血液，经工业亲和柱层析即可大规模生产抗体药物。成功地制造出这样一批转基因马或牛，将能在瘟疫暴发的较早时期大量提供能挽救病人生命、控制疫情的宝贵药物。在技术上，这一构想已经具备了可行性，实际上我国科学家在大型动物（特别是猪[5]）的克隆和转基因研究上一直处于国际领先地位。期待有一天真的能够创造出一群可以守护人民健康的神牛神马。希望有一天，草原上有一群牧马放牛的生物医药人。

图片来源：网络

参考文献

[1] https://www.nature.com/articles/nbt1337

[2] https://www.nature.com/articles/385810a0

[3] https://www.newscientist.com/article/dn4026-worlds-first-cloned-horse-is-born/?ignored=irrelevant

[4] https://science.sciencemag.org/content/277/5328/903.2

[5] https://www.bbc.com/news/science-environment-25576718