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?今天的文章提出一个脑洞大开的想法,或许能给我们一些启发。
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、鳄鱼、牛等等。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。
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。
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。
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。
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。
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。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。
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,理想动物是马和牛。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。
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,包括马和牛。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。