第十九章 基因工程抗体与
导向药物
? 一、抗体的基因结构和重排
? 二、基因工程抗体的构建和类型
? 三、基因工程抗体的表达
? 四、导向药物
? 五、基因工程抗体的导向生物治疗
一、抗体的基因结构和重排
? （一）重链 V区基因人类 VH（ 119） -D
（ 30） -J（ 9）
? （二）轻链基因的结构和重排 如图 19-2
κ链,Vκ（ 100）,Jκ（ 5）,Cκ（ 1）
λ链,Vλ （ 100） Jλ（ 6） Cλ（ 6）
? （三）重链 C区基因 如图 19-3 Cμ-Cδ-Cγ3-
Cγ1-Cε2-Cα1-Cγ2-Cγ4-Cε-Cα2
（四）人源性单抗的抗体组合
文库技术（ 原理 ）
? 1,mRNA的提取
? 2,RT-PCR制备 cDNA
? 3,抗体组合文库技术
? 4,噬菌体表面呈现技术（ phage display
technology）
? 5,阳性克隆的筛选
二、基因工程抗体的构建和类型
? (一 )嵌合抗体 (Chimeric Antibody)
? (二 )人源化抗体 (Humaniged antibody)
? (三 )小分子抗体
? （四） 人源性单抗的抗体组合文库技术
（一）嵌合抗体
? 鼠 Ig的 V区与人 Ig的恒定区（ C区）基因重组后，
在原核细胞或真核细胞中表达，这种嵌合抗体
含 75～ 80%人抗体,20%鼠抗体,注入人体后可
减少人抗鼠抗体的反应。其优点是减少了鼠单
抗的免疫原性，另外人抗体 C区仍可有效地发
挥补体激活和与 FC受体结合的生物学活性，在
构建时可以有目的地选择抗体类型，可有效地
发挥抗体的生物效应，已有多种针对不同抗原
的嵌合抗体的报道、但多为 IgG1亚类。
（二）人源化抗体
? 为了减少嵌合抗体中鼠源性序列，人们
又将鼠抗体 V区（ H,L链）中的 3个超变
区基因插入人抗体的 V区的框架（ FR）
基因中，这样构建的抗体保留了鼠抗体
与抗原结合的特异性。这种抗体几乎百
分之百人源化了。目前针对不同抗原如
肿瘤相应抗原、细胞表面受体、细胞因
子等，已构建了许多种人源化基因工程
抗体。
(三 )小分子抗体
? （ 1） 单链抗体 (Single Chain Fv ScFv)
? （ 2） 重组 Fab片断
? （ 3） 单域结构 VH或 VL
? （ 4） 双特异性抗体
? （ 5） 免疫粘连素
? （ 6） 催化抗体
单链抗体
? 单链抗体 (Single Chain Fv ScFv);它是由抗
体重，轻链的可变区基因 (VH,VL)之间
通过一段编码连接肽基因，拼接后表达
形成的重组蛋白。是一种具有抗原结合
能力的最小抗体片段，可在一些不需 Fc
段效应功能的实际应用中开展研究和应
用。其优点是分子量小，易于穿透组织
到达靶器官发挥功效，易于构建和生产，
但易于被清除。
重组 Fab片断
? 重组 Fab片断是单价的 VH-CH（ Fd）和轻
链的 VL-CL两个片断由二硫键连接而成。
它具有与抗体相同的抗原结合活性，其
特点是结构稳定，制作简便。细菌表达
的 Fab与酶解 Ig后所获得的 Fab具有相同
的功能。
单域结构 VH或 VL
? 分别由单域 VH或 VL采用基因工程法构建的抗体
组成，该类抗体构建简便，鉴于在抗原结合部
位中,VH作用比 VL大，大多数单独的 VH保留
了较好的抗原结合能力和专一性，单独 VL抗体
因只有一个功能区而没有抗原结合能力，无应
用价值，因此单域 VH抗体在制备和应上有其优
点，然而由于暴露了原先与 VL结合的疏水性，
使其特异性降低，还需对 VH片断做一些结构改
造才能应用。
双特异性抗体
? 双特异性抗体：将两个抗体的重链和轻链 V区
基因的重组体导入宿主细胞中表达，或用肽链
连接物连接两种不同特异性抗体的可变区基因，
构建单肽双特异性抗体。如：将抗肿瘤细胞
EGFR的 Fab与抗 T细胞 CD3的 Fab组成双特异性
抗体，有助于介导 T细胞杀肿瘤（连接效 -靶细
胞）（如 图 19-4）。抗纤维蛋白的 ScFv-tPA基
因连接，有助于与血栓中的纤维蛋白结合，使
tPA定位溶解血栓，此外还可作为载体将毒素、
核酸、药物、定位于靶细胞，发挥治疗肿瘤和
心血管疾病。
免疫粘连素
? 抗体恒定区（ C区） N-端基因连接人细胞受体
（ CD4-FC）或粘附分子基因在真核细胞中表
达正确折叠的抗体样融合蛋白（称免疫粘连
素），,N端为同一种分子称为同源二聚体结
构。 N端为两种不同的分子称异源二聚体结构。
一方面可发挥抗体效应，另一方面 N端 CD4为 T
细胞亚类糖蛋白，又是 HIV受体,CD4可与
HIV结合由 FC活性杀灭 HIV，可阻断 HIV感染 T
细胞。
催化抗体
? 基因工程催化抗体是通过在轻链 V区插入
能与金属离子结合的氨基酸序列，再与
重链 V区重组，使重链 V区识别抗原，并
选择性地结合底物，轻链则可通过促进
底物反应过渡态的形成而发挥催化作用。
三、基因工程抗体的表达
? (一 )在哺乳动物细胞（ CHO）中的表达
? (二 )在微生物 (原核 )细胞中的表达
? (三 )在植物中表达
? （四）在酵母中表达
四、导向药物
? 导向药物是由单抗与放射性核素 (诊断用 )、
毒素或化学药物的偶合物，也可用破坏
细胞结构的酶、细胞因子等连接，称为
生物导弹，可特异地导向靶细胞的特定
位点，发挥特意诊断和治疗作用。
五、基因工程抗体的导向生物治疗
? 单克隆抗体作为诊断试剂，应用已相当普遍。
但单抗作为生物导弹的治疗剂，鼠源性单抗常
会因过敏反应而妖折，自基因工程抗体问世后，
成为最有前景的发展领域。常用于溶栓、杀肿
瘤、抗病毒感染、杀死耐药菌的生物治疗。甚
至可用抗 HIV的 ScFv基因来阻止 HIV复制等。
随着噬菌体表面呈现技术的发展，抗体组合文
库技术的成熟和推广应用，单抗的生物导弹功
效将会有效发挥，其临床应用前景较为广阔，
市场是巨大的，必将会产生巨大的社会和经济
效益。
RT-PCR制备 cDNA
? 设计 VH/VL或 L链 /Fd链基因上、下游引物
进行 RT-PCR
抗体组合文库技术
? 将 PCR产物 VH/VL或 L链 /Fd链重组到粘粒
或杆状噬菌体载体中建立文库
噬菌体表面呈现技术（ phage
display technology）
? 将 Fab或 ScFv基因插入噬菌体外壳蛋白基
因的 gⅢ 或 gⅤⅣ 区先导序列下游，在噬
菌体外壳表面呈现基因表达蛋白，如图
19-5。
阳性克隆的筛选
? 当抗体 Fab或 ScFv在噬菌体外壳表面呈现
后，可采用固相柱层吸附、洗脱、括增
的富集性选择法从抗体库中筛选出阳性
克隆（如 图 19-6），从中阳性克隆基因
与表达载体重组进行表达。
人源性单抗的抗体组合文库技
术的原理
? 原理：模拟抗体多样性机制，把人 B淋巴
细胞谱中的 L链基因和 Fd基因以及 VH-VL
基因片段克隆并随机组合到粘粒或杆状
噬菌体载体中建库
(一 )在哺乳动物细胞（ CHO）
中的表达
? 将含 Fd和 L链基因的重组载体转染 CHO细
胞，分泌糖基化的 rhAb，可达 50mg/L。
(二 )在微生物 (原核 )细胞中的表
达
1,分泌型：用 pactac质粒重组后在 E.coli 中
用 IPTG诱导下分泌到胞膜腔中
2,包涵体型：用 pAM1控温质粒 30℃ 增殖，
42 ℃ 诱导产生 rhAb包含体
(三 )在植物中表达
1,用 Ti质粒组装后转染的 L链基因植株和
Fd链基因植株有些杂交后的子代产生
rhAb
2,用 Ti质粒将 L链,Fd链导入根瘤菌，再
感染植物细胞，在植株体内含有 rhAb
导向药物
? 一、抗体的基因结构和重排
? 二、基因工程抗体的构建和类型
? 三、基因工程抗体的表达
? 四、导向药物
? 五、基因工程抗体的导向生物治疗
一、抗体的基因结构和重排
? （一）重链 V区基因人类 VH（ 119） -D
（ 30） -J（ 9）
? （二）轻链基因的结构和重排 如图 19-2
κ链,Vκ（ 100）,Jκ（ 5）,Cκ（ 1）
λ链,Vλ （ 100） Jλ（ 6） Cλ（ 6）
? （三）重链 C区基因 如图 19-3 Cμ-Cδ-Cγ3-
Cγ1-Cε2-Cα1-Cγ2-Cγ4-Cε-Cα2
（四）人源性单抗的抗体组合
文库技术（ 原理 ）
? 1,mRNA的提取
? 2,RT-PCR制备 cDNA
? 3,抗体组合文库技术
? 4,噬菌体表面呈现技术（ phage display
technology）
? 5,阳性克隆的筛选
二、基因工程抗体的构建和类型
? (一 )嵌合抗体 (Chimeric Antibody)
? (二 )人源化抗体 (Humaniged antibody)
? (三 )小分子抗体
? （四） 人源性单抗的抗体组合文库技术
（一）嵌合抗体
? 鼠 Ig的 V区与人 Ig的恒定区（ C区）基因重组后，
在原核细胞或真核细胞中表达，这种嵌合抗体
含 75～ 80%人抗体,20%鼠抗体,注入人体后可
减少人抗鼠抗体的反应。其优点是减少了鼠单
抗的免疫原性，另外人抗体 C区仍可有效地发
挥补体激活和与 FC受体结合的生物学活性，在
构建时可以有目的地选择抗体类型，可有效地
发挥抗体的生物效应，已有多种针对不同抗原
的嵌合抗体的报道、但多为 IgG1亚类。
（二）人源化抗体
? 为了减少嵌合抗体中鼠源性序列，人们
又将鼠抗体 V区（ H,L链）中的 3个超变
区基因插入人抗体的 V区的框架（ FR）
基因中，这样构建的抗体保留了鼠抗体
与抗原结合的特异性。这种抗体几乎百
分之百人源化了。目前针对不同抗原如
肿瘤相应抗原、细胞表面受体、细胞因
子等，已构建了许多种人源化基因工程
抗体。
(三 )小分子抗体
? （ 1） 单链抗体 (Single Chain Fv ScFv)
? （ 2） 重组 Fab片断
? （ 3） 单域结构 VH或 VL
? （ 4） 双特异性抗体
? （ 5） 免疫粘连素
? （ 6） 催化抗体
单链抗体
? 单链抗体 (Single Chain Fv ScFv);它是由抗
体重，轻链的可变区基因 (VH,VL)之间
通过一段编码连接肽基因，拼接后表达
形成的重组蛋白。是一种具有抗原结合
能力的最小抗体片段，可在一些不需 Fc
段效应功能的实际应用中开展研究和应
用。其优点是分子量小，易于穿透组织
到达靶器官发挥功效，易于构建和生产，
但易于被清除。
重组 Fab片断
? 重组 Fab片断是单价的 VH-CH（ Fd）和轻
链的 VL-CL两个片断由二硫键连接而成。
它具有与抗体相同的抗原结合活性，其
特点是结构稳定，制作简便。细菌表达
的 Fab与酶解 Ig后所获得的 Fab具有相同
的功能。
单域结构 VH或 VL
? 分别由单域 VH或 VL采用基因工程法构建的抗体
组成，该类抗体构建简便，鉴于在抗原结合部
位中,VH作用比 VL大，大多数单独的 VH保留
了较好的抗原结合能力和专一性，单独 VL抗体
因只有一个功能区而没有抗原结合能力，无应
用价值，因此单域 VH抗体在制备和应上有其优
点，然而由于暴露了原先与 VL结合的疏水性，
使其特异性降低，还需对 VH片断做一些结构改
造才能应用。
双特异性抗体
? 双特异性抗体：将两个抗体的重链和轻链 V区
基因的重组体导入宿主细胞中表达，或用肽链
连接物连接两种不同特异性抗体的可变区基因，
构建单肽双特异性抗体。如：将抗肿瘤细胞
EGFR的 Fab与抗 T细胞 CD3的 Fab组成双特异性
抗体，有助于介导 T细胞杀肿瘤（连接效 -靶细
胞）（如 图 19-4）。抗纤维蛋白的 ScFv-tPA基
因连接，有助于与血栓中的纤维蛋白结合，使
tPA定位溶解血栓，此外还可作为载体将毒素、
核酸、药物、定位于靶细胞，发挥治疗肿瘤和
心血管疾病。
免疫粘连素
? 抗体恒定区（ C区） N-端基因连接人细胞受体
（ CD4-FC）或粘附分子基因在真核细胞中表
达正确折叠的抗体样融合蛋白（称免疫粘连
素），,N端为同一种分子称为同源二聚体结
构。 N端为两种不同的分子称异源二聚体结构。
一方面可发挥抗体效应，另一方面 N端 CD4为 T
细胞亚类糖蛋白，又是 HIV受体,CD4可与
HIV结合由 FC活性杀灭 HIV，可阻断 HIV感染 T
细胞。
催化抗体
? 基因工程催化抗体是通过在轻链 V区插入
能与金属离子结合的氨基酸序列，再与
重链 V区重组，使重链 V区识别抗原，并
选择性地结合底物，轻链则可通过促进
底物反应过渡态的形成而发挥催化作用。
三、基因工程抗体的表达
? (一 )在哺乳动物细胞（ CHO）中的表达
? (二 )在微生物 (原核 )细胞中的表达
? (三 )在植物中表达
? （四）在酵母中表达
四、导向药物
? 导向药物是由单抗与放射性核素 (诊断用 )、
毒素或化学药物的偶合物，也可用破坏
细胞结构的酶、细胞因子等连接，称为
生物导弹，可特异地导向靶细胞的特定
位点，发挥特意诊断和治疗作用。
五、基因工程抗体的导向生物治疗
? 单克隆抗体作为诊断试剂，应用已相当普遍。
但单抗作为生物导弹的治疗剂，鼠源性单抗常
会因过敏反应而妖折，自基因工程抗体问世后，
成为最有前景的发展领域。常用于溶栓、杀肿
瘤、抗病毒感染、杀死耐药菌的生物治疗。甚
至可用抗 HIV的 ScFv基因来阻止 HIV复制等。
随着噬菌体表面呈现技术的发展，抗体组合文
库技术的成熟和推广应用，单抗的生物导弹功
效将会有效发挥，其临床应用前景较为广阔，
市场是巨大的，必将会产生巨大的社会和经济
效益。
RT-PCR制备 cDNA
? 设计 VH/VL或 L链 /Fd链基因上、下游引物
进行 RT-PCR
抗体组合文库技术
? 将 PCR产物 VH/VL或 L链 /Fd链重组到粘粒
或杆状噬菌体载体中建立文库
噬菌体表面呈现技术（ phage
display technology）
? 将 Fab或 ScFv基因插入噬菌体外壳蛋白基
因的 gⅢ 或 gⅤⅣ 区先导序列下游，在噬
菌体外壳表面呈现基因表达蛋白，如图
19-5。
阳性克隆的筛选
? 当抗体 Fab或 ScFv在噬菌体外壳表面呈现
后，可采用固相柱层吸附、洗脱、括增
的富集性选择法从抗体库中筛选出阳性
克隆（如 图 19-6），从中阳性克隆基因
与表达载体重组进行表达。
人源性单抗的抗体组合文库技
术的原理
? 原理：模拟抗体多样性机制，把人 B淋巴
细胞谱中的 L链基因和 Fd基因以及 VH-VL
基因片段克隆并随机组合到粘粒或杆状
噬菌体载体中建库
(一 )在哺乳动物细胞（ CHO）
中的表达
? 将含 Fd和 L链基因的重组载体转染 CHO细
胞，分泌糖基化的 rhAb，可达 50mg/L。
(二 )在微生物 (原核 )细胞中的表
达
1,分泌型：用 pactac质粒重组后在 E.coli 中
用 IPTG诱导下分泌到胞膜腔中
2,包涵体型：用 pAM1控温质粒 30℃ 增殖，
42 ℃ 诱导产生 rhAb包含体
(三 )在植物中表达
1,用 Ti质粒组装后转染的 L链基因植株和
Fd链基因植株有些杂交后的子代产生
rhAb
2,用 Ti质粒将 L链,Fd链导入根瘤菌，再
感染植物细胞，在植株体内含有 rhAb
