追寻抗体生产的标准化

百余位科学家联名呼吁生物医学研究采用重组抗体

我们呼吁发起一个全球合作和资助项目，旨在对所有结合试剂根据编码序列作出界定。

图片来源：Pete Ellis/drawgood.com

生物医学研究中重现性的核心在于，能使用和已发表论文中所描述的完全相同的试剂。但令人担忧的是，应用最广泛的蛋白结合试剂——抗体的可靠性存在严重缺陷。

在生物体内，抗体能帮助对抗病原体。而在实验室中，生物学家长期利用它们追踪感兴趣的蛋白质，因为抗体可以结合特定靶标。但在2008年的一项研究中，约6000种常用商业抗体里，只有不到一半能识别它们的特定靶标。于是，一些厂家持续生产出好的抗体，而其他厂家一直生产的是效果不理想的抗体。

上述数据或许还有些乐观。事实上，我们认为，关于特征不明显和界定模糊的抗体问题，可以参考一项研究发现：53项重要临床前研究中只有6项的科学结论可以复制。在生物医学研究领域，该问题导致的材料、时间和金钱上的浪费是巨大的。据估计，仅在美国每年这方面的支出就达3.5亿美元。

为阻止这种损失，我们呼吁发起一个全球合作和资助项目，旨在对所有结合试剂根据编码序列作出界定。最关键的是，研究人员应该使用重组性抗体或结合试剂。它们都是由可靠的细胞系制成，而这些细胞系是通过分离并将基因与质粒DNA结合，然后把质粒转进细胞或细菌中进行培养获得的。

抗体可靠性很难保证

几十年来，研究人员一直使用多克隆抗体。它们是通过将靶标（通常是蛋白质）注入动物体内，并利用得到的血清作为抗体来源而产生的。不过，一种多克隆试剂中只有0.5%～5%的抗体能结合其既定的靶标。同时，抗体的功能性每个批次都不相同，在对动物进行免疫处理时，即使是同一种动物，永远不会产生完全相同的抗体组合。这使得研究人员很难确定通过这种方式获得的每一个特定批次组合试剂的特异性。

40年前，通过将正常产生抗体的B淋巴细胞注入癌细胞而产生杂交瘤的方式，第一个单克隆抗体被制造出来。生物医学界认为，通过这种方式获得的细胞系能解决多克隆抗体带来的很多挑战。不幸的是，单克隆抗体并非没有任何问题。

杂交瘤细胞系会相继死亡，并丧失其抗体基因，或者当脱离冷冻条件时，它们便不再生长。这意味着，某种特定单克隆抗体的来源可能会永久失去。更重要的是，此类抗体可能和不止一种靶标结合，或许因为它们实际上是拥有多种特异性的抗体组合，抑或只是因为它们能结合很多蛋白质。为此，就需要进行详细的表征。

很多制药和大型生物科技公司拥有用来确认抗体有效并对其进行表征的部门。因此，大多数临床试验，尤其是被美国食品药品监督管理局以及欧盟欧洲药品管理局批准的医疗程序中使用的试剂都非常可靠。

临床试验之外，在确认试剂的有效性时，很难达到同等程度。而且，只有44%的已发表论文提供比如关于供应商的足够信息，从而使研究人员能购买到相同抗体。伴随着诸如不同规格的功能性等生产批次信息而产生的文档编制质量，也有着很大不同。即使被提供出来，它也可能和供应批次对不上号。

改善试剂质量需两个步骤

如果所有抗体能通过其序列被界定并重组出来，全世界的研究人员便可以在相同条件下使用相同的结合试剂。重组抗体的永久生产线可以通过将含有抗体DNA的质粒与细胞系结合而被设计出来。

在实践中，改善可结合蛋白的试剂质量需要两个步骤。首先，应获得这些试剂的序列以用于生产广泛使用的杂交瘤单克隆抗体。只有这样，这些抗体才能被重组出来。而多克隆抗体应从研究中被全部淘汰。

其次，研究人员应采用可直接获得那些被轻易测序和表达的重组结合试剂的方法。它们包括从上亿个变异体中选出最好结合试剂的双杂交法以及对几百万个动物或人类B细胞接受免疫挑战后进行测序确认出抗体的方法。

通过利用序列信息作为一个通用的参考系统，研究人员便能选择最适合他们需求的结合试剂，并以一种标准化的方式使用这些试剂。除了抗体，不同种类的结合试剂正处于研发当中，包括拥有人工引入结合表面的蛋白质——重组蛋白骨架以及基于核酸的结合试剂。同抗体相比较，一些替代性试剂更容易使用和生产。

依靠市场的力量

在我们看来，生产研究中常用的抗体重组版本在商业上是有利可图的，即使是序列信息可被公开获取。这些试剂在研究用抗体市场中的缺席，主要源自经济方面的考虑，而非技术上的挑战。很多生产商只是简单地被利润更丰厚的治疗市场所吸引。

目前，重组结合试剂的生产成本同单克隆抗体相仿，但随着技术进步，应该会下降，而需求会增加，生产流程也将变得自动化。如果DNA序列可免费获取，研究人员原则上能自己生产重组试剂，但大多数将更偏好从供应商获取有质量控制的产品。基于此，两年前一家名为Absolute Antibody的初创公司开始出售通过重组产生并进行测序的单克隆抗体试剂。目前，很多序列已不受专利权限制。

这意味着仅靠市场驱动并不能改善可结合蛋白的试剂质量，这在过去30年已得到证实。在CiteAb数据库中罗列的近200万个抗体中，大多数很少被用于研究，从而无法形成有吸引力的商业前景。

实现向可表征的重组蛋白质结合试剂的大规模过渡，将需要北美、欧洲、亚洲等全球最大经济体的公共资助机构在技术研发方面加大投资。这会在关键瓶颈——试剂靶标的生产、结合试剂的选择以及下游的表征工作方面减少开支，提高效率。自2010年启动的5年期试验计划——包括美国国立卫生研究院（NIH）的“蛋白质捕获试剂项目”和欧盟（EU）的Affinomics项目表明，重组技术能被大规模应用。这些项目应该能被扩大，而对于它们的投资应持续至少十年。

我们预估，利用现有技术，将需要10亿美元用于生产可表征的、以所有两万个人类基因初始产品为靶标的重组结合试剂。这或许低于过去两年间全球在效果欠佳试剂方面浪费的开支，而且由于数据能得到更好的重现，这方面支出从长远来看会很容易被补偿回来。

不过，我们并不提倡储备科学家几乎不感兴趣的靶标的试剂。相反，高效的流水线应当被开发出来，用于生产任何有需求的高质量结合试剂。一种可能性是，由公共和私人基金资助的中心聚焦于用户要求的靶标的生产、选择、表征和序列信息的发表，而商业公司专注于生产和配送试剂。一个有用的参照系是结构基因组研究联盟。过去十年间，这种合作关系利用公共和私人资金设计出由学术界和商业公司部署的高效人类蛋白质生产线。

作为第一步，我们希望科研界的领导者——NIH和EU说服学术用户、技术开发人员、生物科技公司、资助机构和出版商，并建立一个向这些高质量结合试剂过渡的实际时间表。

仅靠生产经过测序且得到很好表征的试剂不可能改变研究人员的行为。这就要求出版商和资助机构规定在5到10年内视具体资助情况，已发表论文中的所有结合试剂都必须是重组的，并在序列水平上得到界定。这将反映出过去若干年间的需求，即基因序列和新蛋白质结构的坐标信息应当被储存起来并实现公开获取。

如果这些措施能得到实施，科学家将不再想使用未测序的结合试剂，而测序信息的缺席会导致供应商在市场上处于劣势，未表征和未测序的研究用抗体也会被淘汰。