随着医学进入个性化治疗的新时代，使用单克隆抗体治疗多种疾病成为了这一新前沿领域的核心。这种治疗方法可以在多种疾病和条件下针对蛋白质结构和表达的特定突变和缺陷进行靶向治疗。自从1986年第一个单克隆抗体获得临床使用许可以来，单克隆抗体产业呈指数级增长，目前价值数十亿美元。
随着基因测序和生物医学研究取得重大进展，目前许多对单克隆抗体的研究都集中于确定新的开发目标和最大化其在临床应用中的有效性上。然而，我们必须注意其减少副作用和整体经济成本方面的研究，这些副作用和总体经济成本可以说在一定程度上阻碍了其在临床和商业上的成功使用。
如今，人源化单克隆抗体已成为目前临床试验中增长最快的生物技术衍生分子组，FDA目前批准了约30种单克隆抗体用于临床实践，而更多的单克隆抗体目前正在临床试验中进行测试。目前的主要局限性包括：生成抗体时使用的模型效率低下，缺乏效力以及成本效益问题。当前的一些研究都集中在如何通过优化单克隆抗体的效果和添加有益修饰来提高现有单克隆抗体疗效。
本文着重介绍了单克隆抗体的发展历史，以及它是如何从使用费力的动物模型转变为更有效的噬菌体展示系统，并从临床和经济的角度阐述了目前单克隆抗体的一些主要缺点和未来所需的创新。
1.利用杂交瘤技术制备单克隆抗体
单克隆抗体是由单个B淋巴细胞克隆产生与同一表位结合的单价抗体。它们最初是在1975年用杂交瘤技术在老鼠身上产生的。杂交瘤的产生包括针对抗原上的特定表位免疫特定物种以及从动物的脾脏中获得B淋巴细胞。然后将B淋巴细胞与一种不死的骨髓瘤细胞系融合，该细胞系缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤-磷酸核糖转移酶（HGPRT）基因，也不包含任何其他产生免疫球蛋白的细胞。然后，这些杂交瘤细胞在选择性培养基中进行体外培养，只有遗传了骨髓瘤细胞永生性和初级B淋巴细胞选择性的杂交瘤细胞才能存活。初代培养的杂交瘤中含有许多不同的初级B淋巴细胞克隆产生的抗体的混合物 (即抗体仍然是多克隆的)。每个克隆体都可以通过稀释分离到不同的培养孔中。然后可以从数百个不同的孔中筛选细胞培养基中所需的特异性抗体，并从阳性孔中培养出所需的淋巴细胞，然后重新克隆并测试其活性。最后可以将产生的阳性杂交瘤和单克隆抗体储存在液氮中。
2.早期单克隆抗体的缺陷及可能的发展方向
第一个获得许可的单克隆抗体是正交克隆OKT3(muromonab-CD3)，它是以CD3为同源抗原的单克隆小鼠IgG2a抗体，于1986年被批准用于预防肾移植排斥反应。它通过结合和阻断T淋巴细胞上表达的CD3而发挥作用。然而，它由于副作用(例如，人抗鼠抗体反应)仅限于急性病例的使用。这代表了相对缺乏早期临床和商业成功的单克隆抗体。早期单克隆抗体的一个主要障碍是其生产受到是否有合适的骨髓瘤细胞系(通常是小鼠或大鼠)的限制，且杂交瘤也可能产量低或遗传不稳定。
最近，很多研究已经测试了许多不同的单克隆抗体表达系统，每种系统都有不同的效果。例如，发现大肠杆菌是表达抗体片段（例如单链可变片段（scFv）和抗原结合片段（Fab））的出色系统。然而，对于这样一个相对较小的微生物来说合成相对较大的全尺寸抗体(即2个重链和2个轻链通过二硫键连接在一起，总分子量约为150 kDa)可能太过困难了。
此外，在使用转基因动物的过程中，发现其转化效率和由此产生的人源化单克隆抗体的纯度较低。这一概念涉及到利用动物生产人源性抗体。例如，内源性的小鼠IgG基因可以从转基因小鼠中删除，并用拷贝的人类基因取而代之。免疫后，小鼠B淋巴细胞合成人型抗体并可产生杂交瘤。它的优点包括：可变重域和轻域的同源配对(VH/VL配对)，这是一种不需要进一步克隆就可以产生更高亲和力的结合区和全长IgG抗体的体内抗体成熟过程。还通过在哺乳动物乳腺中表达单克隆抗体探索了获得单克隆抗体的简便来源。
3.利用噬菌体展示系统制备单克隆抗体
制备单克隆抗体的另一种方法是使用噬菌体展示系统。这涉及从人类血液中分离出B淋巴细胞，然后分离出mRNA，并使用PCR将其转化为cDNA，以扩增所有VH和VL片段。在感染大肠杆菌之前，可以将这些片段克隆到噬菌体PIII蛋白旁边的载体（通常是scFv）旁边，通过在库中接种额外的辅助噬菌体，大肠杆菌可产生包含约1010个细胞的库。然后，大肠杆菌可以分泌含有部分噬菌体外壳的噬菌体，选择针对抗原的特异性VH和VL片段，并用噬菌体将大肠杆菌重新接种，含有质粒的细胞可以被分离并测序。它的优点在于一旦建立了噬菌体展示库，同一个库就可以用来产生新的抗体而且不需要重新构建，整个过程无需免疫，抗体获得的速度比传统的杂交技术要快得多，噬菌体展示库可以用来产生不能用于免疫动物的有毒抗原的抗体。
4.提高单克隆抗体的疗效
抗体疗效的提高目标包括免疫原性、抗原结合亲和力、效应功能和药代动力学。
免疫原性包括通过产生嵌合的、人源化的抗体，使非人类序列最小化，这些抗体具有尽可能少的T淋巴细胞表位。由于缺乏Fc结构域，抗体片段通常缺乏免疫原性。
利用噬菌体展示文库分离对抗原有较强亲和力的抗体，可以提高抗原结合亲和力。然而，有时可能需要抗原亲和力较低的抗体，以便更好地穿透肿瘤。
通过对Fc区进行基因工程，使其包含点突变或多糖修饰，可以改善效应器的功能。Yamane Ohnuki和Satoh回顾并讨论了去糖基化抗体的发展，这种抗体增加了FcgRIIIa受体的亲和力，并增强了抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(ADCC)。
抗体疗效的一个特别有趣的方面是其进入体内后的独特的药代动力学特征。例如，血浆中IgG的生物利用度部分依赖于其与新生儿Fc/Brambell受体（FcRn）的相互作用。FcRn是一种挽救受体，它能使细胞内的IgG免受溶酶体的降解并使抗体循环进入血浆从而延长其半衰期。IgG的血浆半衰期也可以通过开发对FcRn具有亲和力的抗体（例如通过噬菌体展示）来延长，经聚乙二醇处理的抗体片段也被证明拥有更长的血浆半衰期。
5.单克隆抗体的有益修饰
单克隆抗体也可以被修饰以产生额外的效果。Teicher和Chari讨论了偶联抗体的可能性，这种抗体涉及将效应分子（例如植物/细菌毒素、酶、放射性核素、细胞毒性药物等）与单克隆抗体结合起来。效应分子与单克隆抗体的化学偶联通常借助于化学配体（即连接分子）。单克隆抗体上的偶联位点通常包括：巯基(例如半胱氨酸残基上的ESH基团等)、胺基(例如赖氨酸残基上的eNH2基团)或碳水化合物。使用定点突变可以将半胱氨酸、赖氨酸或碳水化合物结合位点添加到单克隆抗体的任何位置。例如，与毒素结合的抗体可以作为肿瘤的靶点。这也可以通过基因工程产生，在基因工程中，特定毒素的DNA序列可以被添加到基因组中单链抗体链区域的末端，这样它们就可以同时被转录。双特异性抗体可以用Fab部分的每一个臂靶向2个不同的表位。双特异性抗体可以针对Fab部分的每个分支的2个单独的表位。它们可以通过IgG、Fab或scFv片段的化学交联产生，也可以通过“杂交瘤”的产生而产生。
6.单克隆抗体的商业问题
单克隆抗体在商业上相对失败的部分原因可能是其使用成本高。例如，在白血病治疗中，阿仑单抗一年的供应费用约为37000英镑。此外，在癌症治疗中抗体很少，如果有的话，是可以治愈的。例如，贝伐单抗（阿瓦斯丁）只延长了30%的平均存活时间，副作用包括首次输液反应（如发热症状）。因此为了使单克隆抗体更具商业可行性，仍需解决与给药成本、提高临床疗效和副作用相关的问题。从长远来看，影响单克隆抗体商业化增长的其他因素包括：质量控制、患者依从性、竞争激烈的制药市场以及促进抗体开发的激励措施（如基础设施报销计划等）。
单克隆抗体由于其特异性和灵活性，为开发新的治疗方法和分子药物靶向治疗多种常见疾病提供了诱人的选择。选择要开发的单克隆抗体类型时要考虑的因素包括：其生产方法、亲和力、效应功能及其对靶组织的传递（例如，较小的scFV可能比全尺寸抗体更有效地穿透肿瘤）。然而，尽管单克隆抗体有缺点，制药公司仍对开发用于临床和诊断用途的单克隆抗体抱有很大的兴趣，并且从临床和经济的角度来看，单克隆抗体的发展必将决定治疗和管理常见慢性病的未来。
Justin K.H. Liu.The history of monoclonalantibody development-Progress,remaining challenges and future innovations.Annals of Medicine and Surgery 3,2014:113-116
指导老师：王战辉
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