基于抗病毒抗体的生物药物的最新进展

主要亮点

?单克隆抗体可以借助免疫系统中和人类病毒。

?由于单克隆抗体的高亲和力，可以被设计来对抗多种病毒靶标。

?抗体片段是抗病毒感染的下一代疗法。

点击图片，即可有机会领取参会福利！

摘要

由于科学病毒学的广泛性，它已不再纯粹是微生物学的分支。病毒已然成为历史长河中重大流行病的致病因素。众多治疗策略被应用在这些微生物中，以这种方式，识别病毒的潜在靶标对于治愈成功至关重要。几十年来，抗体和抗体片段占据了针对传染病治疗方法的重要位置。由于它们的高亲和力，可以针对不同的目的进行设计，而这主要是由于诸如scFv，纳米抗体，双抗体和双特异性抗体之类的抗体片段可因其体积小和实用性浮现出来。在这篇综述中，我们讨论了作为针对病毒靶标的启发性治疗剂和诊断剂，抗体的发现以及抗体片段的分子和生物学设计。

1.引言

病毒是一个大的，有吸引力的，不同的微生物组群，其中的一些侵入人类身体会引起多种轻微甚至严重的疾病。人类病毒在整个历史上造成了严重和致命的疾病和流行病，在这些疾病和流行病中，人类感染病毒的历史源远流长。病毒仅在活细胞中生长，并且需要细胞上的特殊受体才能结合并进入细胞。为防治这些具有威胁的微生物和控制由它们引起的人类疾病，我们已经作出了许多和各种各样的努力。识别和确定病原病毒的潜在靶标是治疗疾病的重要一步。早期和准确的诊断定有助于控制疾病及其爆发，而这在很大程度上依赖于病毒靶标。

尽管使用了许多传统药物，但对于大多数病毒感染仍然没有明确有效的治疗方法。此外，新病毒的出现及其惊人的异质性表明，高效药物的发现和开发是预防病毒爆发和流行的迫切要求。

抗体是中和病毒的一种自然反应，它通过阻断病毒与细胞宿主之间的相互作用，或者在细胞宿主上代表病毒抗原，使效应细胞杀死被抗体包裹的靶细胞。这些细胞可以通过抗体依赖性细胞毒性(ADCC)、抗体依赖性细胞吞噬作用(ADCP)或互补依赖性细胞毒性(CDC)等机制消除感染细胞。单克隆抗体(mAbs)因其独特的靶点特异性而成为治疗药物中的一个重要类别。它们在消除感染方面发挥了不容置疑的作用。单克隆抗体通过与游离病毒结合(病毒调理)或与细胞表面所需的受体结合使病毒附着并进入细胞，从而阻断病毒与宿主细胞之间的相互作用，从而中和病毒。它们还通过将被感染的靶细胞上的抗原(通过被感染细胞的调理作用)代表免疫系统效应细胞来帮助消除病毒感染。抗体通过片段抗原结合(Fab)与抗原结合，并通过片段可结晶(Fc)区域调节生物活性，例如与补体或Fc受体结合。Fcγ受体在效应细胞如吞噬细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞上表达。单克隆抗体将感染细胞呈递到效应细胞会导致ADCC、ADCP或激活细胞和体液细胞、CD8T细胞、CD4T细胞以及随后的B细胞激活。与补体成分结合也可能导致CDC裂解或产生调理病毒。这些病毒经补体调理后，以ADCP的方式被消灭。与游离病毒结合的抗病毒单克隆抗体也可以通过激活树突细胞、补体激活或ADCP来消除病毒。

很少有治疗病毒感染的单克隆抗体得到批准。Palivizumab和Ibalizumab是两种被批准用于治疗人类病毒感染的单克隆抗体。但是，更多的治疗性单克隆抗体正在临床阶段进行测试。已在印度进行的针对狂犬病G糖蛋白的II/III期临床试验中评估了基于抗体的产品RMAB（Rabishield），它是一种单一人类IgG1型单克隆抗体。该产品是为一个构象表位而开发的，可用作设计基于单克隆抗体产品时的学习过程。具有不同结合潜力的单克隆抗体的混合物也是一种抗感染的有效方法，它们也被开发用来对抗病毒靶标。ZMapp是MappBiopharmaceutical,Inc.开发的一种抗体混合物(cosfroviximab,larcaviximab,porgaviximab)，在II/III期临床试验中用来设计针对埃博拉病毒糖蛋白。

由于成功的靶向治疗和有效药物，近年来人们进行了许多尝试来减少其局限性。这些策略包括工程抗体，最小化策略和发展更小的重组抗体片段保持整个单克隆抗体的靶向特异性。虽然一些完整的单克隆抗体已获批准或正处于临床阶段，但使用抗体片段对抗病毒感染尚未获批准或进入临床。通过设计和发现方法，工程方法的机动和理想抗体衍生物的开发如单链可变片段(scFv)、片段抗原结合(Fab)、纳米体或变种，双抗体和双特异性抗体，可靠的基于抗体的生物制药工具正在开发以针对病毒的诊断和治疗应用。最近，研究小组正致力于从一只美洲驼身上分离和研制抗冠状病毒刺突的单结构域抗体(VHHs)。目前引发大流行的新型冠状病毒被命名为COVID-19，它有一种名为刺突的大包膜蛋白，可以与宿主细胞相互作用。用此易感靶点免疫美洲驼，分离出VHHs。这种以vhh为基础的技术正被用于COVID-19感染的快速检测和治疗。

因为已经有一些关于抗病毒单克隆抗体的综述文章，所以这篇综述提供了单克隆抗体治疗和诊断病毒感染潜力的最新进展。也介绍了近年来抗体的发现和设计进展，并着重介绍了抗体衍生物和抗体片段，重点讨论了基于抗体片段的可靠抗病毒生物制药。

2.病毒靶标

单克隆抗体(作为一种高特异性的试剂)，可用于有效的靶向病原体，而不干扰正常的微生物群。病原体特异性抗体干扰致病蛋白和特定宿主表面受体(或共受体)之间的相互作用已在研究和临床中显示成功。由于独特的特性，有许多不同的病毒抗原可以作为抗体的潜在靶标。表1总结了所研究的最重要的病毒靶标。

表1.抗体的一些病毒靶标治疗应用

诊断应用

3.计算机模拟抗体设计

抗体是生物疗法中最大的一类，其中五种单克隆抗体药物跻身于十大畅销药物之列。然而，由于其复杂性、体积大、与患者免疫系统的相互作用以及药代动力学的不完善等问题，使其在临床上的应用面临一些障碍。因此缩小大小，以便于选择和操纵成为了生产抗体的主要目的。而通过体外和体内诱变的方法已获得了改善抗体亲和力和稳定性的效果。抗体工程的目的是通过定点诱变和随机诱变等技术生产出理想的抗体。基于基因不准确扩增的随机突变方法，具有简单、多功能性、快速和廉价等优点，已成为最常用的文库生成方法。随机诱变和筛选突变文库是该方法的组成部分。从抗体文库中选择具有不同特异性和亲和力的重组抗体和抗体片段和噬菌体展示，具有重要的价值。

噬菌体展示是一种有效的分子技术，通过该技术可以将目标肽或蛋白质与噬菌体外壳蛋白融合并将其展示给外部环境。它是研究蛋白相互作用，如是针对任何抗原的抗体并选择对特定靶标有高亲和力的蛋白的可靠来源。还有其他的显示技术，如核糖体显示和mRNA显示，分别基于核糖体自身与被显示蛋白之间的连接和蛋白通过嘌呤霉素与核酸标签的物理连接。它们全都用于蛋白质的进化，以产生具有所需特性的最佳配体以结合靶标。而且，由于体外方法和高通量性质，选择结合的条件受到严格控制，因此它们是通过工程抗体产生具有增强特性的抗体或抗体片段的极佳技术平台。

人免疫球蛋白G1是CDC和ADCC功能中最有效的抗体，因此具有广泛的应用价值。这是对病原体或肿瘤细胞最合适的治疗方法。另一方面，人免疫球蛋白G4在这两种功能上不活跃，可用于成像或阻断颅内分子。Fc区域也与抗体的血清半衰期相关，可以根据其应用对其进行改造，以减少或增加抗体的半衰期。此外，在人源化抗体中，只有CDR环(来自原始抗体的六个环;三个重链变量和三个轻链变量)负责检测和结合抗原与第二个人类变量连接，称为“移植CDR”。为了恢复老鼠单克隆抗体的初始亲和力，重要的氨基酸框架也被移植到人体抗体中，从而维持了老鼠抗体中CDR环的一致。自第一个人体抗体Zenapax于年进入市场以来，其他7个人源化抗体也已投放到治疗中。

抗体工程是增加与抗原结合趋势的非常活跃的领域。无论抗体是由杂交瘤，噬菌体文库还是其他技术制成，抗体都需要改善其对特定抗原的亲和力。亲和力不仅在物理上很重要，而且增加抗体的亲和力也可以提高其生物学活性并改善治疗效果。它还会减少抗体疗法的剂量，从而降低毒性。

应用单克隆抗体对抗冠状病毒S蛋白是提高抗体工程和亲和力的一个例子。几种单克隆抗体已经被用于对抗SARS-CoV，包括CR、m、CR和最近出现的m单克隆抗体，它是一种人类mers-cov特异性单克隆抗体。S蛋白（个氨基酸：N-V）的受体结合域（RBD）被视为中和抗体的主要靶标。RBD上的不同表位可以被多种抗体识别；例如，CR和CR中和抗体与RBD非竞争性相互作用，协同中和病毒进入靶细胞。一些最有效的SARS-CoV特异性中和抗体(如CR和m)对SARS-CoV-2没有显示中和作用。另一方面，CR可以作为候选，与其他中和抗体联用或单独使用对抗SARS-CoV-2。Prabakaran等人指出m抗体与ACE2抗原的重链(33T、31S、58A、52T、97A)和轻链(96Y)上的几个残基相互作用。另外，H1区域的Thr33和Ser31位点，H2区域的Thr52和Asn58位点，H3区域的Val97位点也是与ACE2抗原相互作用的位点。鉴于这些特性，优化m特性以增强其对ACE2蛋白的亲和力可能是有益的。因此，设想在该抗体序列中引入新的突变可以导致针对SARS-CoV-2对ACE2的亲和力成熟。

4.重组抗体片段的诊断潜力

单克隆抗体因其高亲和力和特异性而逐渐被公认是诊断不同人类感染的方法。随着DNA重组技术的应用和抗体产生方法的发展，在骆驼、软骨鱼和七鳃鳗中发现了大量的重组抗体，如Fabs、scFvs、diabodies和单域抗体(sdAbs)，如VHHs、鲨鱼可变新抗原受体(VNARs)和可变淋巴细胞受体(VLRs)，这些重组抗体具有惊人的有机活性。这些片段是单独开发的。它们不仅具有整个单克隆抗体的特异性，而且更容易在原核表达系统中表达。这些改变了医学科学的研究工具被广泛用于各种病原体检测的诊断分析。它们在诊断有害人类病毒方面显示出良好的结果。

VNAR是在鲨鱼中观察到的一种新的基于免疫球蛋白的蛋白质，是诊断应用的一个例子。与传统单克隆抗体不同的是，VNARs具有体积小、热稳定性高、旁链结构异常等优点，这引起了研究人员的极大