一个世纪以前，保罗 · 埃利希在柏林他的私人实验室里孕育出了把抗体用于目标有毒分子的思想。最近基因工程的进展，通过使分离抗体可变区编码基因并操作它们创造出新分子成为可能，大大拓宽了这个思想在治疗恶性病方面的潜在可能性。
抗体是免疫反应武库中的重要武器之一。它们应感染而产生，并以异常特殊的方式附着于其目标，导致其目标死亡和消除。
抗体是在免疫反应过程中产生的分子。免疫球蛋白G抗体分子，它由4条多肽键组成，两条相同的重链要和两条相同的轻链。每条链由若干域构成，它们在结构上是由独立的编码顺序编码的稳定的亚单位。在每条链中，这些域中的两个域（VH和VL）抗体之间的氨基酸顺序相异，共同形成该分子的可变区。这种能变率的绝大多数集中在每个可变域里的三个区内，称之为超变区。这三个VH和三个VL超变区共同以三维空间形式形成一个可粘附于叫做抗原的夹杂物上的点位。由于一个IgG（免疫球蛋白G）分子有两只“臂”，因而有两个相同的抗原束缚点位。其它域在不同的特异性抗体之间不发生变化，并不形成分子的恒定部分。抗体粘附于其相应的抗原之后，分子便经过其恒定区产生能杀死和去除该夹杂物的免疫效应机制（包括细胞和可溶性分子）。
抗体的敏锐的特异性使抗体成为研究和临床医学非常有用的试剂，然而，直到1975年开发出杂瘤（hybridoma）技术之前用同样的特异性复制和制造抗体一直异常困难。在此之前，抗体应用只限于用已具免疫力的动物生产免疫血清。在这样的多元性繁殖系免疫血清中发现的不同的抗体型和特异性的异质聚合物很难鉴定和大量复制生产。在联合王国剑桥大学工作的G · 柯勒和C · 米尔斯坦的研究表明，通过使具有免疫力的鼠的可产生抗体的B细胞与一个骨髓瘤细胞系融合，可生成一种不死的杂瘤，这种杂瘤能生产无限数量的单克隆抗体，这样，有史以来第一次可用单一特异性分离和鉴定抗体，并生产和净化大量临床级试剂。这一技术为利用免疫系统干涉疾病提供了新机会，也为研究提供了有力的工具。由于与分子和细胞相对的抗体的开发已经使生物学研究发生了革命，单克隆抗体远不止仅满足了其作为科学研究试剂的愿望。它们还在体外诊断疾病方面找到了许多用途，使灵敏精确的数量测定化验法和疾病标志探测得到了发展。
然而，在临床医学领域，单克隆抗体的应用尚未达到人们最初的期望水平。科学家和临床医生们已迷上了利用抗体的特异性诊治疾病的观念，他们把单克隆抗体用于许多种不同的疾病，或者用其除掉无用的细胞（如肿瘤细胞），或者用其探测和监视疾病。
单克隆抗体可大量生产，在临床上可广泛应用。大多数研究集中于用抗体治疗癌症，然而，抗体在试验中还正在用于对自身免疫疾病、排斥移植症、心血管病和传染病的治疗。单克隆抗体既可作为能补充身体本身效应机制的自然抗体使用，也可作为目标剂使用，将治疗物质输送到需要的地方。这些治疗物质可包括药物、毒素和放射性同位素。此外，抗体还可用来给疾病造影。在这种情况下，用一台适当的γ摄影机即可确定放射性同位素示踪的抗体的位置。这样便能探测疾病，并使临床医生能够监视其过程。病人患卵巢癌，给其注射直对肿瘤细胞表层上抗原的一种放射性同位素示踪抗体。第一个影像摄于抗体融合后还未来得及着落定位之时。放射现象主要集中于病人的血液和肝脏中。第二个影像摄于4天之后，表明尽管放射现象仍存在于肝脏和血液中，却准确地定位于肿瘤徒长之处。
然而，虽然经过了18年的艰苦研究，单克隆抗体仍未成为治疗任何疾病的常规疗法。使用抗体的专利在其经验中认可了缺乏这一成功的许多原因，近几年的研究工作主要集中于寻求解决这些问题的途径。
科学家们越来越多地运用分子生物学工具设计和制造其特性受到改良的新的抗体分子。诸如聚合酶链反应技术和细菌及其它系统中重组蛋白表达的新方法的出现为这方面的发展提供了强大的动力。
作为抗体结构基础的遗传机制的发现在这项工作中具有至关重要的意义。本文，我将集中论述抗体遗传工程能带来的两个重要好处：降低分子的免疫原性和改进其药物动力学特性。然而，在其范围之外，遗传设计抗体还有许多其它令人兴奋的有趣的用途。
V区基因的分离 聚合酶链反应技术业已使重组抗体的生产发生了革命。操作这项技术时，是把含有可变区基因（主要是来自一种产生杂瘤或B细胞的cDNA）和一种耐热DNA多聚酶、两种寡核苷酸引物及其它该反应所需的成分在一个试管中混合起来，反应混合物在3个温度水平上快速循环：94℃可使双股DNA变性和分离；50~70℃可使引物韧化到其互补股；在72℃，DNA聚合酶利用引物作为开始点复制可变区基因。这样的循环重复25~35次。由于每次循环的产物可成为下次循环的模板，这就会导致为可变区基因编码的DNA数量成指数增加。
免疫原性 使用单克隆抗体中的主要问题之一是，目前采用的绝大部分抗体来自小鼠，间或来自大鼠。这些分子被人类免疫系统识别为异物，因此，接受这样的抗体治疗的病人则有产生一种抗治疗抗体的免疫反应的危险。这会造成许多不良后果。人类抗鼠抗体反应将束缚鼠类抗体，阻碍它们，使它们不能到达其目标。此外，在单克隆抗体和人类抗鼠抗体间形成的免疫复合物可被俘获于皮肤的毛细管层、肾小球和其它地方，造成“血清粘凋"——一种潜在的致命状况。人类抗鼠抗体反应的产生阻止了任何其它抗体的进一步使用，从而限制了治疗效果。抗体疗法越来越普遍，病人在其一生中由于患各种不同的疾病需要接受多次抗体。由于用一种抗体治疗会产生人类抗鼠抗体，这种抗体会阻止继后用另外的分子参与治疗，因此，保证所使用的抗体具有尽可能小的免疫原性显得越来越重要。
解决这个问题的一个可能的办法是在病人身上使用人类抗体，而不是鼠类抗体，这些抗体将不会被识别为异己之物，因而不会诱发人类抗鼠抗体反应。然而，鉴于各种技术上的原因，生产人类单克隆抗体难度较大，可获得的有用的人类抗体极少。
一种可供选择的办法是采用一种存在前鼠类抗体，借助遗传工程改造它，使其像人类抗体。做这项工作最简单的占是取出抗体可变区基因，把它们拼接到人类恒定区编码基因上。这种操作法被认为是“嵌合化法”，结果造成一种其抗原束缚区源于单克隆抗体的分子，但其恒定区却是人的序列。因此，这种分子的绝大部分是人的。这样，它就不会被病人的免疫系统识别为异己之物。这一方法具有特殊优点，那就是由于负责补充免疫效应机制的Fc区是人的，它的补充病人的免疫反应的效力就比鼠Fc区的好。
嵌合抗体比较容易备制，许多这样的抗体目前正在临床上试用。然而，分子的可变区仍然是鼠类源，因而，从理论上讲，能够引出人类抗鼠抗体反应。为了克服这个困难，牛津大学的格雷格 · 温特把这个方法推进了一步，创造出一种“适应人体特性”的抗体制造方法。这一方法基于下述事实 :抗体可变域的大部分并不直接与抗原粘合牵连，但却充当构架区，把超变区固定在正确的方向上，以使其形成抗原束缚点位。虽然鼠类可变区域的顺序与人类的不同，但两者的基本三维结构却非常相似。温特抓住结构上相似的这一优势获取人类抗体编码基因，用相应的鼠科抗体顺序代替高变区编码顺序。因此，最后得到的分子完全是人的顺序，只有源于单克隆抗体基因的高变区除外。这些高变区由人的V区定位在正确的方向上，因而可形成与最初的单克隆抗体的束缚点位相似的抗原束缚点位。
最终得到的人化了的抗体含有为抗原结合所需的衍生于鼠类的顺序最少，因而，从理论上讲含有我们能制造的致免疫型抗体也最少。多种人化抗体已制造出来，并正在进行试验。特别是，称之为“坎帕斯-1号”的一种人化单克隆抗体已用来治疗人的淋巴腺癌、类风湿关节炎和脉管炎等，似乎免疫原性很低。
目前，人化过程的主要不利之处是操作比较复杂。然而，该过程正在流线化，因而将变得简化。随着嵌合化与人化抗体临床试验的进展，我们将能确定增加了复杂程度的人化操作是否比较为简单的嵌合技术更有好处。
药物动力学 天然的抗体分子较大，其分子重量约为150 KDa。这种大体积分子有许多不利之处。其一，对坚实组织如瘤的穿透性较差。这就限制了抗体把处在这样的组织中心的细胞作为目标的能力。其二，任何抗体的循环半衰期都相当高（人体抗体约21天，病人体内鼠类抗体约2天）。这样一来，不粘附于其目标的任何抗体将继续循环许多天。在抗体分子与一种有毒分子如放射性核素分子和毒品分子相连时，循环中的抗体的持续缀合将增加该分子的毒性副作用。在对活体的成像研究中。有必要容许足够数量的未束缚的放射性同位素标记的抗体不加入循环以使位于肿瘤的抗体解僵。
成像图只有在放射性同位素示踪抗体浸入病人体内4天后才能获得。在病人身上使用全抗体而产生的另一个问题，即分子的恒定部分以非特异方式束缚于如肝脏之类的其它器官。因而，不仅肿瘤会在γ摄影机中显出，而且肝脏也会在其中显示。故而，在许多应用中，最好有一种缺少恒定域的抗体分子，这种抗体分子可穿透坚实组织，但如果击不中其目标，将会快速退出循环，不会以非特异方式束缚于肝脏和其它器官。
从历史上看，已证明有可能用木瓜酶或胃蛋白酶通过酶消化的方式减小抗体分子体积。然而，要按临床需要大量生产却有困难。最近，一种新型的重组分子已被生产出来，其体积比借助酶消化生产的任何分子都小。这种分子由重链和轻链可变域组成，不含恒定区。这些可变域由含约15种氰基酸的一种肽键联接以防止其分离。该分子由一条单一多肽链构成，由一种单一基因编码，因而被称之为单一链Fv（或scFv-Fv是分子的两个可变域的专名）。
抗体分子的Fv部分由两个可变区域组成（一重一轻），是分子的最小部分，保持着整个IgG分子的抗原束缚特性。然而，Fv片断并不稳定，容易分离成其两条多肽链。可通过用一条伸缩性肽腱连物把这两个域从其中一个的C端到另一个的N端连接起来的方法可使该分子稳定。这样，最终获得的分子（scFv）是稳定的，适合临床应用。许多腱连体已应用于scFv分子，最普通的是一种由序列（（GLy）4Ser）3组成的15氨基酸肽，甘氦酸将伸缩性赋予分子和丝氨酸溶解性。scFv由一个含有被一条为腱连肽编码的序列连接的两个可变区单一基因结构编码。
scFv是保持亲代抗体同样的抗原束缚点位的最小分子。其分子量约为整个抗体分子量的1/6，因而表现出对坚实组织如瘤的较强的穿透力。这种分子比肾小球滤过孔还小，所以，未约束的scFv的循环半衰期非常短，在典型的模型系统中，约为90分钟，scFv在使瘤成像中也许特别有用，因为未束缚物质的快速清除应当能使病人在几小时后成像。这不仅会使诊断更加快速，而且还可容许生命非常短暂的放射性同位素如用于正电子发射地形描绘中的同位素那样，使病人成像。
除了其改良了的药物动力学特性外，scFv还将远比正常抗体的致免疫性弱，因为它们既小，又不会持续很久以致引起人类抗鼠抗体反应。然而，应当记住，缺少抗体分子恒定区意味着scFv不能补给细胞溶解效应机制，因而不能借助天然效应机制杀死其目标。虽然对成像研究来说这并非是一个弱点，但它却意味着在治疗用途方面scFv必须融为毒性分子，
融合蛋白 把抗体用于目标毒性分子去杀死不需要的细胞的思想最初是由保罗 · 埃利希上个世纪末首先提出的。最近，许多研究小组用化学方法把抗体连接于衍生于细菌的毒素如白喉毒素和极毛杆菌毒素和来源于植物的毒素如蓖麻毒素上，这些分子都在已知的大多数化合物之列，只有一种分子（细胞之内）能杀死该细胞。许多这种分子的基因已为我们所知，用拼接把两个分子编码在一起的基因的方法在scFv和毒素之间制造“融合蛋白”是一桩比较容易的事。
使编码scFv基因与二级分子的基因融合可致产生具有该两种分子特性的ScFv融合蛋白。这样，举例来说，拼接基因以获取scFv和毒素可导致产生一种能定位于肿瘤（通过scFv）并能杀死其目标（通过毒素）的蛋白。
这样的融合蛋白结合了两种分子的特性，即scFv的抗原束缚特性和毒素的细胞溶解（细胞毒性）特性。因此，它们可将毒素传输到目标细胞，大有希望致其死亡。这样的scFv毒素融合蛋白已被开发出来，并在动物身上进行了试验，不久将在临床试验中用于治疗恶性病。
把scFv融合为一种毒素也许是应用这一新技术杀灭不需要的细胞的最显而易见的方法，同时，还有相当广泛的类似的融合蛋白可被设计出来。scFv和细胞素的融合，即以刺激与指导免疫系统杀灭目标分子的能调节免疫反应的分子已开发出来。在scFv和参与促使细胞毒性细胞活化的细胞表面分子之间也进行了融合试验。这些融合蛋白在毒性细胞中的表达把scFv的特异性赋予那些细胞，使其能杀死产生适当抗原的目标细胞。虽然所有这些技术都还稚嫩，但再过几年可望其中许多可被证明适用于临床应用。
在本文中，试图描述可用遗传工程技术生产的几种新的有趣的类似抗体的分子。迅速分离抗体可变区编码基因和操作这些基因以创造新的分子，该项研究具有强大的功效，使其成为令人激动和很有希望的研究领域。尽管这一技术对临床工作的影响还不太清楚，但我们已不再在抗体疗法中把自己局限于天然赋予我们的那些分子，而是可借助我们的想象生产出具有符合我们愿望的特性的人工抗体。
[Endeavour，1994年第6期］