背景介绍
自1928年亚历山大·弗莱明发现青霉素以来，抗生素疗法在过去的一个世纪中挽救了无数生命，并极大地推动了医学和公共卫生领域的发展。然而，全球范围内对抗生素的广泛且常常缺乏有效监管的使用，导致了抗菌药物耐药性（Antimicrobial Resistance, AMR）问题日益严重，对人类健康构成了重大威胁。特别是近年来，“超级细菌”的出现，使得传统的基于抗生素的治疗方案在处理某些复杂或严重的感染时效果显著下降。例如，“ESKAPE”组中的病原体，包括肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌属等，已经成为临床上难以应对的超级病原体。根据英国政府委托的一项研究报告预测，若不采取措施遏制AMR的增长趋势，到2050年，AMR可能导致每年超过1000万人因感染而死亡。鉴于此严峻形势，探索和发展新型抗菌治疗模式已成为当务之急。在此背景下，抗体疗法作为一种可能的有效替代方案受到了越来越多的关注。随着杂交瘤技术、抗体纯化工艺、转基因小鼠模型、噬菌体展示技术和蛋白质工程等一系列先进生物技术的发展，使得大规模生产高纯度、高亲和力的人源化抗体成为可能。抗体不仅能够特异性地识别并结合特定病原体或其毒素，而且不会对非目标微生物施加选择压力，同时还能与传统抗生素协同作用，增强抗菌效果。本综述首先阐述了抗体对抗细菌感染的作用机制，随后依据不同靶点总结了现有报道中的抗菌抗体研究成果，探讨了基于抗体的抗菌治疗手段的优势与局限，并展望了抗菌抗体的发展前景，旨在为新型抗菌抗体的研发提供理论参考与实践指导。
Scheme：抗菌抗体用于细菌感染治疗
抗菌抗体的作用机制
在治疗细菌感染的过程中，抗体可以通过直接结合病原菌或其分泌的致病因子来实现对病原体的清除；此外，抗体还能与其他生物分子如补体系统及细胞因子协同作用，介导体内多种抗感染机制。具体来说（参见图1），抗体介导的抗菌治疗机制主要包括以下几个方面：
l 毒素分泌抑制：抗体能够物理性地阻断病原菌的毒素分泌过程或阻止毒素向宿主细胞内的注入；
l 毒素中和：通过与已释放的毒素特异性结合，抗体可以阻止毒素与其靶细胞上的受体相结合，从而保护宿主细胞不受损害；
l 抗体介导的补体杀伤：当抗体与抗原结合形成复合物后，其Fc段可激活补体系统，启动经典途径，最终导致膜攻击复合物（MAC）的组装并插入到细菌细胞膜上，造成细菌裂解死亡；
l 抗体介导的调理吞噬作用：抗体标记病原体后，能够增强吞噬细胞（如巨噬细胞和中性粒细胞）对病原体的识别、附着和吞噬效率，并促进炎症反应中的细胞因子释放，进一步加强机体对抗感染的能力。
图1 抗菌抗体的作用机制
抗菌抗体的研究进展
尽管抗体药物在治疗自身免疫疾病和癌症方面已取得显著成就，但在抗微生物感染领域，获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准的抗菌抗体种类仍然有限。目前仅有少数几种抗菌抗体被批准用于临床，例如，Obiltoxaximab、Raxibacumab和Valortim用于炭疽杆菌（Bacillus anthracis）感染的治疗；Bezlotoxumab 则专门针对艰难梭菌（Clostridium difficile）感染。众多处于临床试验阶段的抗菌抗体展现出了广阔的应用前景，表1列举了由美国食品及药物管理局批准并正在进行临床研究的抗菌抗体，这些抗体主要对抗金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）以及肉毒杆菌（Clostridium botulinum），同时也有一些抗体设计为广谱抗菌用途，以应对多种细菌种类的感染。
表1 已获美国FDA批准并正处于临床研究阶段的抗菌抗体
抗菌抗体的成功开发高度依赖于目标抗原的选择。根据现有文献报道，细菌毒素是最常见的靶点，占据了大约61%的比例；其次是细菌表面多糖（17.4%）和细菌毒素分泌系统（13.0%）。人源化单克隆抗体是该领域的主流形式，而Fab片段则相对少见。如图2所示，抗菌抗体的主要靶点包括细菌表面蛋白、表面多糖、细菌毒素分泌系统及其分泌的毒素。目标抗原的选择对于抗菌抗体开发的有效性和特异性至关重要。
图2 抗菌抗体的靶点：细菌表面蛋白、细菌表面多糖、细菌毒素和毒素分泌系统
Ø 针对细菌表面蛋白的抗菌抗体
细菌表面的蛋白质抗原，如菌毛、鞭毛和黏附素等，是开发抗菌抗体极具吸引力的目标。这些蛋白质通常与细菌的致病生理功能密切相关，参与了诸如细菌粘附、免疫逃逸及生物膜形成等关键过程。涉及的细菌表面蛋白及其对应的抗体主要包括以下几类：
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）
Clumping factor A (ClfA)：是一种关键的黏附素，在金黄色葡萄球菌血流感染中起重要作用。Tkaczyk等人获得了高亲和力单克隆抗体11H10，该抗体可以抑制ClfA与纤维蛋白原的结合，防止细菌聚集，并增强吞噬细胞对细菌的调理吞噬作用。实验表明，在小鼠感染模型中，11H10通过调理吞噬作用改善了疾病严重程度。此外，当11H10与另一种针对金黄色葡萄球菌毒素S和α-溶血素的抗体MEDI4893联合使用时，相较于单独使用11H10，能够更显著地改善疾病严重程度和生存率。
Staphylococcal Protein A (SpA)：是金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）细胞壁上的一种重要表面蛋白，具有超抗原活性。它能够与宿主免疫系统中的IgG抗体Fc段结合，从而帮助细菌逃避免疫清除，并促进S. aureus的定植和感染过程。Chen等人开发了一种特异性针对SpA的单克隆抗体3F6，该抗体可以通过直接结合SpA来抑制其功能。
Fibronectin Binding Protein (FnBP)：是 S. aureus细胞壁上的一类重要表面蛋白，属于微生物表面成分家族。这类蛋白质通过与宿主细胞外基质中的纤维连接蛋白（fibronectin）相互作用，促进细菌的粘附、入侵和细胞间积累，并有助于生物膜的形成。Provenza等人从实验鼠中分离得到一种特异性针对FnBP B的单克隆抗体15E11。当15E11与 S. aureus共孵育时，能够显著抑制细菌对纤维蛋白表面的粘附，抑制率超过70%。Wang等人构建了一种重组单链抗体（scFv），该抗体同时针对两个重要的毒力因子——FnBP A和Clumping factor A (ClfA)。通过间接ELISA和Western blotting验证，证实scFv可以有效结合这两种蛋白质。
大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）
β-barrel assembly machine A (BamA)：是E. coli外膜蛋白构成的主要成分之一。Storek等人获得了一种单克隆抗体MAB1，它可以特异性地结合到BamA上。未修饰的MAB1对抗具有截短LPS的E. coli表现出杀菌活性。MAB1与BamA的结合抑制了β桶折叠活动，导致周质压力增加，破坏外膜完整性，从而消除细菌。
铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa, P. aeruginosa）
鞭毛：P. aeruginosa的鞭毛在其致病性和感染过程中扮演着关键角色，不仅促进细菌在宿主体内的运动性和生物膜形成，还可能帮助其逃避宿主免疫系统的识别和攻击。Ahmadi等人开发了一种新型的IgY抗体，该抗体特异性地针对P. aeruginosa鞭毛的主要成分——鞭毛蛋白（flagellin）。这种抗鞭毛蛋白IgY能够显著降低细菌的运动能力、减少生物膜形成，并削弱其入侵宿主细胞的能力。
鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii, A. baumannii）
Omp A蛋白：Yeganeh等人制备了四种新型单克隆抗体，这些抗体针对A. baumannii的Omp A蛋白。其中，1G1-E7抗体对A. baumannii表现出高度反应性，结果显示1G1-E7显著提升了对临床分离株的调理吞噬杀伤能力，相较于其他抗体，其疗效更为优越。
肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae, K. pneumoniae）
鞭毛：鞭毛同样是一种复杂的蛋白质结构，位于细菌表面并伸出细胞外，主要由多个亚基组成。鞭毛不仅是肺炎克雷伯菌的主要运动器官，促进其在宿主体内或不同环境中的迁移，帮助细菌寻找适宜的感染部位；它还在生物膜形成的早期阶段起着关键作用，增强细菌附着于表面的能力，并促进细菌间的聚集，形成难以清除的生物膜结构。Saffari等人开发了一种双价单克隆抗体，该抗体同时针对K. pneumoniae的鞭毛蛋白B和菌毛蛋白PilA。这种双价单克隆抗体展示了卓越的协同效应，增强了调理吞噬作用和细胞侵袭抑制效果。
Ø 针对细菌表面多糖的抗菌抗体
细菌表面多糖是细菌表面的重要组成部分，参与了多种关键的生理功能。目前，大多数针对细菌表面多糖的抗菌抗体主要集中在荚膜多糖（Capsular Polysaccharides, CPS）和脂多糖（Lipopolysaccharides, LPS）。CPS是细菌的重要保护成分，能够帮助细菌抵抗巨噬细胞和中性粒细胞的吞噬作用；LPS是革兰氏阴性细菌细胞外膜的主要成分，它与宿主细胞表面的Toll样受体4（TLR4）结合，具有显著的免疫刺激和促炎效应。CPS和LPS表现出高度的抗原多样性，这可能使其不适合成为理想的抗菌抗体靶点。因此，针对LPS和CPS的抗菌抗体应当尽可能覆盖更多的血清型，以降低保护失败的可能性。此外，部分研究表明，针对CPS的疫苗可以诱导对多个血清型的交叉保护性免疫反应，提示不同菌株的CPS可能存在保守区域及一定的同源性，这些保守区域可作为广谱抗菌抗体开发的选择。针对细菌表面多糖的抗菌抗体主要包括以下几类：
荚膜多糖（Capsular Polysaccharides, CPS）
l鲍曼不动杆菌（A. baumannii）K9型CPS：Karatovskaya等人通过免疫接种K9型CPS片段与载体蛋白结合物，制备了四种单克隆抗体。其中，CPS-407表现出最显著的调理吞噬活性，并在体内实验中展示了优异的保护效果。
l肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）K1型CPS：Diago-Navarro等人通过将K1型CPS与炭疽保护性抗原蛋白（PA）偶联，生成了一种针对高毒力K. pneumoniae的单克隆抗体。在小鼠感染模型中，该抗体通过调理吞噬作用清除了细菌，提高了感染小鼠的存活率。
脂多糖（Lipopolysaccharides, LPS）：O-抗原（LPS O-antigen）
基于先前构建的双特异性抗体（Bis Ab）C73，Slarve等人开发了一种新的广谱单克隆抗体MAb5，该抗体能够广泛结合美国和国际分离株中的72.24%和28.76%，并在体内实验中表现出强大的保护效力，为开发对抗A. baumannii感染的抗体鸡尾酒疗法提供了机会。Szijártó等人制备了针对保守LPS O-抗原的人源化小鼠单克隆抗体A1102，能够在剂量依赖性基础上中和三种类型的LPS，其疗效远优于多粘菌素B。此外，在ST258衍生的LPS诱导内毒素血症小鼠模型和LPS敏感兔模型中，被动给予A1102也显示出显著的保护效果，具有治疗由K. pneumoniae ST258引起的临床感染的潜力。
细胞壁多糖（Cell Wall Polysaccharides）：WTA、肽聚糖（Peptidoglycan）、脂磷壁酸（Lipoteichoic Acid, LTA）
这些多糖是细菌细胞壁的主要成分，介导细菌黏附和定植，对细胞分裂和生物膜形成至关重要。研究表明，这些多糖可以被抗体识别，并作为潜在的抗菌靶点。例如，针对S. aureus WTA的抗体可以通过经典补体途径促进C3沉积，增强中性粒细胞的调理吞噬作用。临床开发的抗体药物DSTA4637S已进入I期临床试验阶段，有望成功用于治疗S. aureus感染。
Poly-N-乙酰葡糖胺（PNAG）
PNAG是由某些细菌、真菌和真核病原体表达的一种表面多糖。Skurnik等人证明，针对PNAG的抗体可以杀死表达PNAG的多重耐药革兰氏阴性菌如K. pneumoniae、Enterobacter cloacae和Stenotrophomonas maltophilia，并在小鼠模型中提供保护。Human Fab F598是一种广谱抗菌抗体，针对PNAG和dPNAG，已在I期和II期试点临床试验中展示了调理吞噬和保护活性，可能成为广谱治疗剂。
Ø 针对细菌毒素和毒素分泌系统的抗菌抗体
在生长和繁殖过程中，细菌会分泌毒素，这些毒素使得细菌能够侵入更深层的组织并破坏宿主细胞。由细菌合成并释放到细胞外的这类毒素被称为外毒素。常见的细菌外毒素包括白喉毒素、破伤风毒素、肉毒杆菌毒素等。针对外毒素的抗体可以中和细菌分泌的外毒素，阻断其与宿主细胞上相应受体的结合，从而限制细菌的入侵。与针对其他抗原的抗菌抗体不同，抗外毒素抗体并不直接靶向病原菌，因此避免了对微生物群落内部的选择性压力，减缓了细菌对抗生素产生耐药性的速度。这种策略通过中和毒素而不是杀死细菌，减少了对正常菌群的影响，并降低了选择耐药菌株的风险。通过这种方式，抗外毒素抗体不仅提供了对特定毒素的有效防御，还为开发新型抗菌疗法提供了一种潜在途径，特别是对于那些容易导致耐药性问题的病原体而言，这种方法显得尤为重要。除了选择细菌毒素作为靶标外，介导毒素分泌或直接注射到宿主细胞中的毒素分泌系统也可以被选为抗菌抗体设计的靶点。针对细菌毒素和毒素分泌系统的抗菌抗体主要包括以下几类：
细菌外毒素（Exotoxins）
l α-溶血素（α-Hemolysin）和白细胞毒素（Leukocidins）
Rouha等人开发了两种人源化单克隆抗体ASN-1和ASN-2。ASN-1能中和α-溶血素及四种白细胞毒素，而ASN-2则针对白细胞毒素LukGH。混合物ASN100通过抑制α-溶血素的细胞裂解活性，提供对多种敏感粒细胞、单核细胞、NK细胞和T淋巴细胞的优越保护。Yu等评估了MEDI4893在临床治疗中的表现，预临床研究表明MEDI4893的半衰期约为其他治疗性抗体的四倍，且其中和α-溶血素的能力可持续超过30天。MEDI4893在2019年完成了II期临床试验，显示出对S. aureus引起的医院获得性肺炎的有效保护作用。
l 炭疽杆菌（B. anthracis）毒素
单克隆抗体Raxibacumab能够结合保护性抗原PA的受体结合区域，阻止PA与宿主细胞受体的相互作用，显著提高生存率，并在临床试验中表现出剂量依赖性的疗效。作为美国FDA批准的第一个抗菌抗体，Raxibacumab主要用于预防和治疗吸入性炭疽，通常与适当的抗生素如左氧氟沙星或多西环素联合使用。
l 肉毒杆菌毒素（Botulinum Neurotoxin, BoNT）
Garcia-Rodriguez等人利用酵母展示技术和荧光激活细胞排序技术获得了三种人源化单克隆抗体。小鼠中和实验表明，这三种抗体的混合物能够有效中和多个BoNT亚型，具有潜在的治疗和诊断意义。
细菌毒素分泌系统（Toxin Secretion Systems）
l III型分泌系统（Type III Secretion System, T3SS）
研究人员开发了同时针对Psl和PcrV的双特异性抗体MEDI3902。该抗体在小鼠感染模型和兔急性肺炎模型中表现出明显的保护活性，显著减少了感染动物器官和组织中的细菌负荷以及相关促炎介质的分泌，提高了P. aeruginosa感染的存活率。此外，MEDI3902与环丙沙星、美罗培南等抗生素协同作用，甚至对多重耐药的临床分离株如6077株也有治疗效果。
图3双特异性抗体MEDI3902用于铜绿假单胞菌感染治疗
抗菌抗体的治疗优势与局限
与传统的基于抗生素的治疗相比，基于抗体的抗菌治疗有几个独特的优势：
l 高度特异性：与传统的基于抗生素的治疗相比，基于抗体的抗菌疗法利用免疫系统产生的抗体，这些抗体能够精确识别并结合特定病原体或其毒素，从而有效地阻止毒素与宿主细胞受体的结合。此外，抗体还能与其他免疫成分（如补体和细胞因子）协同作用，激活一系列免疫反应，增强抗菌效果。
l 避免选择压力：抗体的作用机制不同于传统抗生素，不会对非目标细菌产生选择性压力，因此可以减少新耐药基因的出现，有助于维护体内正常菌群的平衡。
l 协同增效：抗菌抗体与抗生素联合使用时，二者之间可形成协同效应，显著提升治疗效果。
l 即时保护：相较于需要时间建立免疫记忆的疫苗，基于抗体的疗法提供了立即的保护作用，使得患者在感染发生时即可获得充分防护。
尽管抗菌抗体在抗菌治疗中具有明显的优势，但其在实际临床应用中仍存在一些局限：
l 依赖精准诊断：与广谱抗生素不同，基于抗体的疗法要求明确知道引起感染的具体病原体类型，因为该疗法具有极高的靶向性，这意味着在实施治疗前必须进行快速而准确的病原体鉴定，这对医疗设施提出了更高的要求。
l 诊断技术挑战：目前常用的细菌感染诊断方法包括传统的表型抗微生物敏感性测试、基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）技术和基因型分析等。然而，传统方法往往耗时较长，难以满足迅速确定病原体的需求，限制了基于抗体疗法的应用效率。
l 抗药物抗体的干扰：给药抗体药物可能会诱导针对治疗性蛋白的抗体，称为抗药物抗体（ADAs）。ADAs可以中和和非中和的形式降低治疗性蛋白药物的疗效，并由于与自体蛋白的交叉反应，可能导致严重的不良事件。
l 严格的储存条件与监控要求：作为生物制品，基于抗体的疗法需要在严格的储存条件下保存，并且必须持续进行生物学和化学污染的监测。这些要求比传统抗生素更为严格，从而增加了临床应用中的成本。
l 对抗体靶点突变的敏感性：如果目标表位序列发生突变，单克隆抗菌抗体可能会失去其治疗效力，因为大多数此类抗体仅针对细菌的一个特定表位。因此，在选择用于开发抗菌抗体的目标抗原时，必须谨慎挑选更加保守的表位，以减少表位突变的可能性，确保长期稳定的疗效。
尽管基于抗体的抗菌治疗展现出诸多独特的优势，但在实际临床应用中仍面临一些挑战，特别是在快速诊断技术、制造工艺优化、质量控制以及选择稳定的目标抗原方面。为克服这些问题，研究者和制药企业在开发过程中需重视制造工艺的改进、严格的质量控制以及精心选择目标抗原，以确保这类新型疗法能够安全有效地应用于临床。
抗菌素抗体开发的未来展望
抗菌抗体的开发已取得若干突破，但其临床应用仍落后于肿瘤和自身免疫疾病领域的抗体治疗。作者认为，未来的主要发展方向将是探索新型抗菌抗体形式以用于临床应用，并研发新的抗菌抗体。
具体而言，为了提高抗菌效果并克服耐药性问题，研究人员正积极开发多种新型抗菌抗体形式，如纳米抗体（Nanobodies）、双特异性抗体（Bispecific Antibodies）和抗体-药物偶联物（Antibody-Drug Conjugates, ADCs）。这些新形式的抗体不仅能够提供更高的特异性和效力，还能针对传统抗生素难以处理的病原体，展现出显著的优势。此外，随着对细菌致病机制理解的不断深入，科学家们正在寻找更多保守且不易突变的目标抗原，以开发新一代的抗菌抗体。这确保了即使在病原体发生变异的情况下，抗体仍能保持高效的抗菌活性。同时，推动抗菌抗体的发展还需要跨学科的合作，整合微生物学、免疫学、化学工程等多领域的知识和技术。建立集成化的研发平台，促进基础研究与临床实践之间的紧密联系，将是实现这一目标的重要保障。通过这些综合措施，抗菌抗体有望成为后抗生素时代对抗耐药菌感染的关键工具，为全球公共卫生提供强有力的支持。
图4 （A）IgY抗体制备示意图；（B）通过噬菌体展示库制备sdAb示意图
总结
虽然抗菌抗体的研发已经取得了一定进展，但要使其广泛应用于临床，还需进一步探索新的抗体形式，并持续研发更加有效和广谱的新型抗菌抗体。通过这些努力，抗菌抗体有望成为后抗生素时代对抗耐药菌感染的关键工具，为全球公共卫生提供强有力的支持。
原文出处
Luo L, Li Q, Xing C, Li C, Pan Y, Sun H, Yu X, Wen K, Shen J, Wang Z. Antibody-based therapy: An alternative for antimicrobial treatment in the post-antibiotic era.Microbiol Res. 2025 Jan; 290:127974.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0944501324003756
指导老师：王战辉
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