單克隆抗體（mAb）具有高特異性并能增強(qiáng)免疫反應(yīng)的特點(diǎn)，是一種潛在的病毒感染治療劑和預(yù)防劑。而抗體工程可增強(qiáng)效應(yīng)器功能，延長(zhǎng)mAb半衰期。結(jié)構(gòu)生物學(xué)的進(jìn)步，則利于通過(guò)識(shí)別病毒蛋白中的易損區(qū)域選擇和優(yōu)化有效的中和mAb，并設(shè)計(jì)疫苗。
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COVID-19的爆發(fā)使針對(duì)嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）中和mAb的研發(fā)日益火熱，目前已有幾款mAb獲得緊急使用授權(quán)（EUA）。mAb的應(yīng)用不僅有益于COVID-19應(yīng)對(duì)，而且還推動(dòng)其他傳染病的治療和預(yù)防。
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在這里，我們總結(jié)了抗體發(fā)現(xiàn)和抗體工程的研究進(jìn)展，以及抗病毒感染mAb的開發(fā)過(guò)程，這些病毒包括SARS-CoV-2、呼吸道合胞病毒（RSV）、埃博拉病毒（EBOV）、人類巨細(xì)胞病毒（HCMV）和流感病毒。
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自1970年代K?hler和Milstein開發(fā)能夠產(chǎn)生單克隆抗體（mAb）的雜交瘤技術(shù)以來(lái)，mAb已成為治療癌癥和免疫疾病的關(guān)鍵藥物，2021年第100種基于抗體的治療藥物已獲得美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)。
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然而，盡管利用抗體對(duì)抗傳染病的歷史可以追溯到一個(gè)多世紀(jì)以前的血清應(yīng)用，但只有少數(shù)mAb藥物用于治療或預(yù)防傳染病。截至2022年初，已有6種針對(duì)病原體的mAb已獲得FDA批準(zhǔn)（表1），適應(yīng)癥包括預(yù)防呼吸道合胞病毒（RSV）感染、預(yù)防和治療炭疽感染、預(yù)防艱難梭菌感染復(fù)發(fā)和治療埃博拉病毒（EBOV）感染。
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2020年，COVID-19的迅速傳播使研究人員大力開發(fā)針對(duì)SARS-CoV-2的中和mAb?，F(xiàn)階段，超過(guò)20種mAb進(jìn)入臨床開發(fā)階段，其中一些mAb已獲得FDA和全球其他機(jī)構(gòu)的EUA（表2）。盡管疫苗一直是應(yīng)對(duì)COVID-19的主力軍，但mAb也有一定貢獻(xiàn)，特別是針對(duì)免疫功能低下或有輕度至中度COVID-19的患者。
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抗體特性與抗體工程
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1、抗體結(jié)構(gòu)和功能
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抗體是病原體感染或接種疫苗后由漿細(xì)胞或受刺激的記憶B細(xì)胞產(chǎn)生的天然生物分子，為Y形異二聚體，由兩條25kDa的輕鏈和兩條至少50kDa的重鏈組成，重鏈和輕鏈之間通過(guò)多個(gè)二硫鍵和非共價(jià)相互作用連接。
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抗體也可分為抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)域（Fab）和可結(jié)晶片段結(jié)構(gòu)域（Fc），兩個(gè)Fab結(jié)合并中和病原體，通過(guò)鉸鏈與Fc相連，Fab相對(duì)Fc具有較大的構(gòu)象靈活性，能與抗原產(chǎn)生強(qiáng)烈相互作用。糖基化的Fc結(jié)構(gòu)域與其他蛋白質(zhì)結(jié)合，可以介導(dǎo)抗體依賴性細(xì)胞毒性（ADCC）、補(bǔ)體依賴性細(xì)胞毒性（CDC）和抗體依賴性等細(xì)胞吞噬作用。Fc結(jié)構(gòu)域還可以與新生兒Fc受體（FcRn）相互作用，影響抗體藥代動(dòng)力學(xué)。
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抗體的種類取決于alpha、mu、gamma、epsilon、delta等基因片段是否與其可變區(qū)重組。人類以下基因產(chǎn)生不同的抗體亞類：α基因片段產(chǎn)生IgA1和IgA2，γ基因片段產(chǎn)生IgG1、IgG2、IgG3和IgG4，mu片段產(chǎn)生IgM，epsilon片段產(chǎn)生IgE和delta片段產(chǎn)生IgD。除IgD外，每個(gè)亞類都能消除不同類型的病原體，IgG類主要針對(duì)血液和細(xì)胞外液中的病原體。
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不同抗體亞型的序列變異決定了它們對(duì)FcRn、FcγR和補(bǔ)體蛋白C1q的親和力和特異性。其中IgG1啟動(dòng)ADCC和CDC，IgG2和IgG4是較差的CDC激活劑，而IgG3有效激活CDC，大多數(shù)臨床使用或針對(duì)感染性疾病開發(fā)的治療性mAb是IgG1亞型。
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2、抗體作為抗病毒藥物
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一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，單克隆或多克隆抗體已被用于傳染病治療和預(yù)防。抗體可以通過(guò)多種機(jī)制對(duì)抗病毒感染。
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首先，抗體可以防止包膜病毒的病毒糖蛋白或無(wú)包膜病毒的蛋白殼與靶宿主細(xì)胞結(jié)合，這些病毒蛋白在病毒生命周期中具有兩個(gè)主要功能：與細(xì)胞受體結(jié)合，介導(dǎo)病毒和細(xì)胞膜融合（在包膜病毒的情況下）或滲透到細(xì)胞質(zhì)中（在無(wú)包膜病毒的情況下）。
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例如，SARS-CoV-2進(jìn)入宿主細(xì)胞是由病毒刺突（S）糖蛋白與宿主細(xì)胞表面的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）受體之間相互作用介導(dǎo)的。ACE2在呼吸系統(tǒng)、胃腸道和內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)。病毒刺突與ACE2的相互作用可以被靶向刺突受體結(jié)合域（RBD）的抗體阻斷，抑制病毒感染。
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通過(guò)與白細(xì)胞上的補(bǔ)體蛋白C1q或FcγR結(jié)合的抗體也可以對(duì)抗病毒感染，導(dǎo)致病毒和/或受感染宿主細(xì)胞直接裂解；抗體還可以促進(jìn)或誘導(dǎo)吞噬作用，或?qū)е掠卸净瘜W(xué)物質(zhì)的釋放，如細(xì)胞因子或活性氧。極少數(shù)情況下，抗體與病毒粒子的次優(yōu)結(jié)合可通過(guò)抗體依賴性增強(qiáng)（ADE）過(guò)程促進(jìn)病毒發(fā)病，其中FcγR識(shí)別病毒-抗體復(fù)合物可利于病毒進(jìn)入宿主免疫細(xì)胞。
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使用動(dòng)物抗原血清是第一種被動(dòng)免疫法，但有可能引發(fā)人類抗體免疫反應(yīng)，因此可使用人的血液作為抗體來(lái)源，這就是恢復(fù)期血漿療法（CPT）。但個(gè)體之間不同的抗體反應(yīng)限制了其發(fā)展，且CPT還存在安全風(fēng)險(xiǎn)，包括過(guò)敏反應(yīng)和感染其他病毒（如HIV、乙型肝炎和丙型肝炎）的低風(fēng)險(xiǎn)?？傮w而言，CPT作用可能僅限于治療選擇有限的早期階段。鑒于CPT的局限性，研究人員越來(lái)越關(guān)注使用中和mAb對(duì)傳染病進(jìn)行被動(dòng)免疫。
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3、開發(fā)人類治療性抗體治療病毒感染的策略
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人類mAb治療病原體的策略可分為靶向已知抗原和靶向未知抗原。靶向已知抗原的mAb從噬菌體展示文庫(kù)中篩選，該文庫(kù)由免疫或感染個(gè)體的免疫球蛋白可變基因構(gòu)建。盡管這些方法已分離出針對(duì)多種病原體（例如HIV29、SARS-CoV-2和炭疽毒素）的中和抗體，但篩選出的mAb并不代表天然抗體庫(kù)。
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隨后開發(fā)的第二種靶向方法，是直接分離抗原特異性記憶B細(xì)胞，然后識(shí)別它們產(chǎn)生的mAb。記憶B細(xì)胞可以來(lái)自恢復(fù)期患者的血漿，或來(lái)自攜帶人類免疫球蛋白基因座的轉(zhuǎn)基因小鼠。
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4、抗體工程
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對(duì)mAb進(jìn)行工程改造以改善其治療特性被稱為是抗體工程，研究表明Fc區(qū)域突變會(huì)增加或降低ADCC和/或CDC有效性，減少IgG分解代謝可改善mAb體內(nèi)半衰期。
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工程改造的Fc區(qū)域以延長(zhǎng)其半衰期的多種抗病毒mAb已進(jìn)入臨床階段，最先進(jìn)的是sotrovimab（也稱為VIR-7831和GSK4182136），使用LS修飾Fc區(qū)域氨基酸，由Vir Biotechnology和GSK開發(fā)，針對(duì)SARS-CoV-2病毒，于2021年獲批。Vir Biotechnology還將LS修飾用于VIR-3434，該mAb旨在預(yù)防10種乙型肝炎病毒基因型對(duì)肝細(xì)胞的慢性感染，目前處于II期試驗(yàn)（NCT04856085）。
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其他使用LS修飾的抗病毒mAb，包括用于治療HIV的VRC01LS、VRC07-523LS和elipovimab（GS-9722）。VRC01LS是一種由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）開發(fā)的廣泛中和mAb，其血清半衰期比未改造的長(zhǎng)約四倍，且在血清中顯示相似中和活性，目前處于I期試驗(yàn)（NCT02256631）中。
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抗體工程還可用于生成新的抗體形式，例如設(shè)計(jì)用于識(shí)別兩種不同表位或抗原的雙特異性抗體（bsAb）。因此，單個(gè)bsAb可以與兩種不同蛋白質(zhì)或同一蛋白質(zhì)上的兩個(gè)不同位點(diǎn)結(jié)合。目前科學(xué)家已開發(fā)了廣泛的bsAb抗體，特別是應(yīng)用于腫瘤學(xué)，以及傳染病研究。
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其他可用于抗病毒藥物的新型工程抗體形式包括納米抗體（15kDa），與小鼠和人類抗體結(jié)合域（50kDa）相比，仍保留完整抗原特異性。此外，納米抗體能夠合常規(guī)抗體通無(wú)法觸及的表位，如被聚糖掩蓋的保守病毒結(jié)構(gòu)域。
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最后，錨蛋白重復(fù)蛋白（DARPins）等抗體模擬物可以提供高親和力并和多特異性。例如，由Molecular Partners和諾華開發(fā)的一種多DARPin（ensovibep）能同時(shí)與SARS-CoV-2刺突RBD的三個(gè)單元結(jié)合，目前正在臨床試驗(yàn)中（NCT04828161）。
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