2012年9月13日 讯 /生物谷BIOON/ --来自美国斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的研究人员发现一种新技术而应当能够极大地加速开发出医学和科学上有用的抗体。这种发现抗体的新方法比较重要，这是因为抗体是人类治疗中最快成长的一个领域。相关研究近期在线刊登在PNAS期刊上。这项新研究能够允许研究人员搜索大的抗体库和快速地选择具有特定生物效应的抗体。它也能够构建不同寻常的非对称性抗体，并且这些抗体的能力超过自然抗体。研究人员通过利用这种技术找到一种几乎完美地模拟促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)活性的不对称性抗体而证实了它的威力。
20年之前，科学家们首次开发出产生非常大的组合抗体库并且快速分离出结合到特定靶标上的那些抗体的技术。从那之后，这些技术就被用来寻找治疗癌症、关节炎、移植排斥和其他疾病的抗体。
然而，当前的抗体发现技术也有一个大的缺点。尽管他们能够快速地找到紧密结合到一种已知靶标的抗体，但是他们不能快速地确定哪些抗体拥有生物学活性。
在这项新的研究中，论文通信作者Richard Lerner和他博士后研究员Hongkai Zhang寻找一种快速地发现抗体在细胞上发挥特定效应的方法，而不仅仅是具有结合到一个特定靶标的能力。为此，他们旨在发现一种能够模拟EPO活性的抗体。EPO是一种促进红细胞产生的激素。
Zhang利用传统技术开始快速地筛选一个大的抗体库以便发现数以万计的紧密结合到EPO受体的抗体。他然后获得编码这些结合到EPO受体的抗体基因，并把这些基因插入到慢病毒之中。不同于传统方法利用的噬菌体，慢病毒能够有效地感染哺乳动物细胞，并把抗体转运到一种类似于人细胞的环境之中。
Zhang将这种新的编码抗体的慢病毒库加入到大量的哺乳动物测试细胞之中。这些细胞能够表达EPO受体，并且当这些受体被蛋白EPO或者有效地模拟EPO的抗体结合时，它们仍然能够增殖。这些细胞中的每个最多只容纳几个病毒颗粒，因此Zhang以这种方式能够将整个结合EPO受体的抗体库广泛地分布到细胞培养物之中。Zhang也采用一种特殊的方法培养这些细胞以便能够阻止一个细胞分泌的抗体轻易地扩散至附近的细胞而混淆其中的因果关系。
在慢病毒将抗体运送到体外培养的细胞之后，Zhang能够注意到哪些细胞增殖能力最强---这表明模拟EPO的抗体的确存在。为了鉴定出模拟EPO活性的抗体，Zhang不只是收集更加快速生长的细胞，还对它们内部的抗体基因进行测序。
这种方法快速地获得一种抗体。在进一步的测试中，它表现出自然EPO的大约60%的生物学活性。
但是Zhang和Lerner 也注意到，很多增殖细胞被多个慢病毒颗粒感染，因而含有不止一个抗体的序列。令人迷惑的是，Zhang发现当他利用这些序列重建抗体时，然后对它们进行单独或组合测试，结果发现它们没有表现出任何模拟EPO活性的显著性效应。进一步测试证实在测试细胞中表现出模拟EPO活性的抗体并不是自然发生的。
在这项研究中所使用的抗体具有Y形状的结构，通常拥有两个完全相同的臂部。但是在Zhang培养的一些测试细胞内存在多个抗体基因，这意味着在一些情形下，抗体自我组装并且拥有不同的结合臂部。经证实这些双特异性抗体中的一个抗体以一种准确地模拟自然EPO分子结合的方式结合到EPO受体---含有两个结合位点---上。
这些发现在理论上能够将医学和科学抗体库从1千亿个左右的同臂抗体分子扩展到天文学上更高数量的双特异性抗体变体。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1073/pnas.1214275109
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Selection of antibodies that regulate phenotype from intracellular combinatorial antibody libraries
Hongkai Zhang, Ian A. Wilson, and Richard A. Lerner
A method is presented that uses combinatorial antibody libraries to endow cells with new binding energy landscapes for the purpose of regulating their phenotypes. Antibodies that are expressed in cells infected with a lentiviral combinatorial antibody library are selected directly for function rather than only for binding. The potential diversity space can be very large because more than one lentivirus can infect a single cell. Thus, the initial combinatorial diversity of ∼1.0 × 1011 members generated by the random association of antibody heavy and light chains is greatly increased by the reassortment of the antibody Fv domains themselves inside cells. The power of the system is illustrated by its ability to select unusual antibodies. Here, the selected antibodies are potent erythropoietin agonists whose ontogeny depends on recombination at the protein level of pairs of antibodies expressed in the same cell to generate heterodimeric bispecific antibodies. The obligate synergy between the different binding specificities of the antibody’s monomeric subunits appears to replicate the asymmetric binding mechanism of authentic erythropoietin.
