人、鼠、猴、犬源重组蛋白:抗体药物研发的隐藏关键

在抗体药物(therapeutic antibody)研发流程中,重组蛋白(recombinant protein)扮演着极其重要的桥梁角色。无论是早期的抗体发现、亲和力优化、功能验证,还是后期的药代动力学/毒理学研究,都离不开合适的靶标蛋白或抗原蛋白。尤其在选择不同物种来源(人/鼠/猴/犬)时,重组蛋白可用于跨物种同源性验证、交叉反应性测试、以及动物模型中的作用机制研究。这些物种来源的蛋白不仅支持从动物免疫到人源化抗体设计的全流程,也在药效与安全性评价中发挥着不可替代的作用 [1]。随着抗体药物市场的快速增长,以及技术平台的不断完善,针对不同物种来源的重组蛋白在抗体发现与优化中的作用日益受到重视 [2]。

1、重组蛋白的类型与表达体系

重组蛋白形式多样,常见的包括:全长蛋白(full-length protein)或其胞外域(extracellular domain, ECD)、融合蛋白 (fusion protein)、抗原片段 (antigen fragment) 或肽 (peptides)及膜蛋白重构体(或纳米盘/囊泡形式)。在抗体药物研发中,选择哪一种形式往往取决于抗原的结构特点、是否需要结合分析(如 Surface Plasmon Resonance/BLI)、以及后续动物模型使用。

表达体系方面,常见选择包括:哺乳动物细胞(如 CHO cell、 HEK293 cell)、昆虫细胞系统、酵母系统(如 Pichia)和原核系统(如大肠杆菌)。正确选择表达体系对于后续抗体结合性能、稳定性、免疫原性都有影响。若需要精确模拟人体靶标的糖基化修饰或构象,则优选哺乳动物系统。因为哺乳动物表达系统能获得较为自然的糖基化修饰、折叠和活性,但缺点是成本高、产量可能低,尤其是针对多穿膜蛋白抗原,这也是目前关于多穿膜可成药靶点(如GPCR、离子通道等)难成药的困难所在 [3]。点击查看关于膜蛋白,尤其是多穿膜蛋白制备解决方案>>

2、各物种(人/小鼠/猴/犬)重组蛋白在抗体研发中的具体作用

2.1 人源重组蛋白:抗体发现的“核心标准”

人源重组蛋白(Human recombinant proteins)是抗体药物开发的核心参考标准。由于绝大多数治疗性抗体的最终靶点为人源蛋白,因此无论是在早期免疫阶段还是后期筛选阶段,都需要高纯度、正确构象的人源蛋白来确保筛选出的抗体具备临床相关性。

主要应用方向包括:

  • 抗体免疫与筛选阶段:在小鼠、兔、羊驼等动物中进行免疫时,通常使用人源重组蛋白作为免疫抗原,以获得针对人靶点特异的抗体。
  • 亲和力与特异性检测:在ELISA、BLI、SPR等结合实验中,人源蛋白可作为候选抗体的靶标抗原用于确认候选抗体是否对目标具有高亲和力。
  • 细胞功能验证:在人源细胞模型中验证抗体的功能活性(如受体阻断、信号通路抑制等)时,人源重组蛋白作为对照或刺激分子使用。

通常在哺乳动物细胞系统(如HEK293或CHO细胞)中表达的人源重组蛋白,可以更好地保留天然构象与糖基化修饰,从而提高抗体筛选的精准性。

2.2 鼠源重组蛋白:免疫建模与抗体筛选的基础

鼠源重组蛋白(Mouse recombinant proteins)在抗体研发中扮演着多重角色。小鼠是传统的免疫动物,使用小鼠蛋白可用于免疫接种、杂交瘤技术获得抗体。用于早期体内模型(小鼠模型)中的交叉反应性检测。若抗体不能与小鼠靶标结合,则在小鼠模型中可能无效。但是必须注意:小鼠蛋白与人蛋白在序列同源性、结构与糖基化上可能存在显著差别,导致抗体在小鼠上有效但在人体上无效,或反之。已有研究指出“物种交叉反应性”是一个必须考虑的问题 [4]。

主要应用方向包括:

  • 免疫原性研究:当抗体以人源蛋白为免疫原时,研究人员通常也会检测抗体对鼠源同源蛋白的反应情况,以评估潜在的物种差异。
  • 体内药效模型验证:许多抗体药物在小鼠疾病模型中进行初步验证,如肿瘤抑制或免疫调节实验。此时需要确保抗体能够识别鼠源靶点,或者通过设计识别鼠源蛋白的版本。
  • 比较功能研究:鼠源蛋白常被用于研究靶点在不同物种间的功能保守性。例如,验证人源抗体是否仅针对人蛋白,还是能跨物种识别。

在抗体早期筛选阶段,人-鼠双源蛋白的联合使用,有助于优化免疫策略、评估跨物种特异性,并为人源化改造提供结构依据。

2.3 猴源重组蛋白:药效与交叉反应性研究的关键

猴源(尤其是食蟹猴Cynomolgus Monkey和恒河猴Rhesus Monkey)重组蛋白在抗体药物研发中具有极高的应用价值,因为这两种猴与人类在蛋白序列和受体结构上高度相似,是抗体药物的主要非临床评价模型物种。

主要应用方向包括:

  • 交叉反应性验证(Cross-reactivity test):许多抗体进入临床前研究前,必须验证其对非人灵长类动物的靶点是否有结合活性。猴源蛋白可用于评估抗体与猴靶点的结合情况,决定是否可在该物种进行毒理或药效实验。
  • 药效模型研究(Pharmacology Study):若抗体对猴靶点具备有效结合能力,可在猴体内建立药效模型,通过测定血药浓度、靶点占有率等参数,模拟人类体内反应。
  • 安全性评价(Toxicology Assessment):对于靶点特异性强的抗体,猴源重组蛋白的结合数据是判断安全性研究可行性的基础。

因此,猴源蛋白常与人源蛋白配对使用,帮助研究人员确认抗体在不同物种间的交叉结合能力,是从早期筛选到优良实验室操作(Good Laboratory Practice,GLP)毒理前不可或缺的工具。

2.4 犬源重组蛋白:新兴的临床前研究模型

犬(Dog)在抗体药物研发中虽然不如猴常见,但在肿瘤免疫、炎症疾病、罕见病等方向上正逐渐成为新的研究模型。犬源重组蛋白的应用主要集中在以下几个方面:

  • 自发性疾病模型(Spontaneous Disease Models):犬的自发性肿瘤在病理特征和免疫环境上与人类肿瘤高度相似,因此使用犬源靶点蛋白可以支持抗体药物的验证与转化研究。
  • 安全性与药效补充研究:当猴模型不适用或伦理限制较高时,犬模型可作为辅助物种,用于药代动力学与组织分布研究。
  • 跨物种免疫研究:在兽医用抗体药物开发中,犬源蛋白则是关键抗原,用于开发针对犬疾病的单克隆抗体产品(如针对免疫炎症或肿瘤的治疗性抗体)。

犬源蛋白的使用,拓展了抗体药物研发的物种谱系,使研究者能够在更接近自然疾病环境的条件下,评估抗体的真实药理作用。

综上,在人类抗体药物研发的全流程中,不同物种源重组蛋白的组合使用,构建了从免疫诱导到临床验证的“桥梁”。不同物种来源的重组蛋白在抗体药物研发中各有其定位:人源定义最终靶点,确保临床相关性;小鼠源支持免疫建模与初期药效筛选;猴源用于安全性、交叉反应性及非临床验证;犬源用于兽用或比较医学研究,拓展非传统动物模型与临床转化研究。这种跨物种策略(cross-species protein validation)不仅能提高抗体筛选成功率,还帮助研发团队在早期识别潜在风险,降低后期失败成本。随着重组蛋白表达系统(尤其是CHO、HEK293等)和结构优化技术的进步,未来的抗体研发将更加依赖这些高相似度、多物种配对的重组蛋白资源,实现从动物模型到临床应用的真正衔接。

3、缔码生物人/鼠/猴/犬源重组蛋白助力药物研发

缔码生物科技有限公司是一家专注于可成药靶点临床前研发产品和服务的生物技术公司。缔码生物现已利用其哺乳动物细胞表达平台制备了1600+胞外域(ECD)重组蛋白900+全长膜蛋白,覆盖GPCR、离子通道等热门药物靶点,种属涵盖人、鼠、猴、犬等常用药物研发模式动物。产品详情,欢迎致电垂询(400-006-0995 / 18062749453)。

参考文献

[1] Antibody therapeutics by the numbers 2024. Nature Reviews Drug Discovery, 23(1): 1–4.

[2] Lu, RM., Hwang, YC., Liu, IJ. et al. Development of therapeutic antibodies for the treatment of diseases. J Biomed Sci 27, 1 (2020).

[3] Stephens, A.D., Wilkinson, T. Discovery of Therapeutic Antibodies Targeting Complex Multi-Spanning Membrane Proteins. BioDrugs 38, 769–794 (2024).

[4] Farady CJ, Sellers BD, Jacobson MP, Craik CS. Improving the species cross-reactivity of an antibody using computational design. Bioorg Med Chem Lett. 2009 Jul 15;19(14):3744-7.

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