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人口密度、旅行頻率和(hé)免疫受損個體數量的增長增加了(le)病原體緻病的機會(huì)。重組抗體技術可以幫助确定病原體的免疫逃逸機制，并通過識别功能(néng)相關的抗體靶點、改造抗體使抗體逃逸策略無效以及捕獲隐藏在宿主細胞内的病原體來(lái)對(duì)抗病原體的免疫逃逸機制。
結合保守和(hé)可及靶點的抗體通常需要宿主免疫應答(dá)來(lái)預防或化解感染。在這(zhè)些(xiē)情況下(xià)，調理(lǐ)過的病原體可通過多種機制被破壞，包括補體溶解、吞噬作(zuò)用(yòng)或NK介導的對(duì)受感染細胞的殺傷。例如，簡單地用(yòng)抗體标記病原體，通過Fc受體而不是自(zì)然入侵途徑介導吞噬作(zuò)用(yòng)，就可以将病原體送到(dào)溶酶體進行破壞。作(zuò)爲應答(dá)，細菌和(hé)病毒病原體進化出了(le)逃避這(zhè)些(xiē)保護性免疫功能(néng)的策略，包括破壞補體級聯或削弱宿主免疫細胞捕獲和(hé)破壞内化病原體能(néng)力的蛋白(bái)質。阻斷免疫逃逸蛋白(bái)的抗體可以恢複免疫功能(néng)，而工(gōng)程抗體可以靶向隐蔽的細胞壁龛中的細菌。
保護補體活性的抗體
經典補體途徑被大(dà)量表面抗原激活，這(zhè)些(xiē)表面抗原使IgG抗體能(néng)夠結合和(hé)六聚化，或者更有效地與天然五聚體或六聚體IgM分子結合(Figure 4)。這(zhè)些(xiē)抗體随後可與C1q蛋白(bái)的6個球狀頭結合，從(cóng)而激活蛋白(bái)水(shuǐ)解級聯。由此導緻的C3b沉積在病原體表面，通過與白(bái)細胞上(shàng)的補體受體(尤其是補體受體3)結合介導吞噬作(zuò)用(yòng)。如果C3b密度高(gāo)，則可形成裂解膜攻擊複合物來(lái)裂解革蘭陰性菌和(hé)病毒粒子。因爲不是所有的抗原都在空(kōng)間上(shàng)排列以支持IgG六聚體的有效形成，殘基的變化(E430G和(hé)E345K或-R)被确定爲獨立增加Fc-Fc相互作(zuò)用(yòng)支持六聚體的形成，導緻C1q結合增加和(hé)5 - 7倍的補體激活。當與靶向保守淋病奈瑟菌脂寡糖表位的抗體結合時(shí)，與未修飾的Fc相比，這(zhè)些(xiē)經過改造的HexaBody Fc結構域通過僅需要補體激活的機制介導了(le)小(xiǎo)鼠體内細菌清除的增強。
補體逃避策略在細菌病原體中常見，包括産生膠囊以保護抗體接觸到(dào)抗原、招募補體抑制劑的表面抗原和(hé)切割補體蛋白(bái)的蛋白(bái)酶(Figure 4)。靶向這(zhè)些(xiē)抗原的抗體可同時(shí)阻斷抑制劑與抑制劑的結合，并将C1q招募到(dào)病原體表面，從(cóng)而起到(dào)殺滅細菌的作(zuò)用(yòng)。與奈瑟氏菌結合的抗體最有力地證明(míng)了(le)這(zhè)一點，奈瑟氏菌是細菌性腦(nǎo)膜炎和(hé)膿毒症的一個重要原因，經典補體途徑在殺菌作(zuò)用(yòng)中占主導地位。
然而，fHBP被推測在血清中與fH形成複合物，這(zhè)将限制保護性抗體的産生，而保護性抗體可競争性抑制fH/fHBP的相互作(zuò)用(yòng)。爲了(le)解決這(zhè)一問題，研究人員利用(yòng)重組技術開(kāi)發了(le)fH免疫原，改良後的fHBP免疫恒河(hé)猴後，血清IgG滴度比原fHBP提高(gāo)3倍，血清殺菌滴度比原fHBP提高(gāo)150倍，這(zhè)與補體成分C4b在活菌上(shàng)沉積增加有關。這(zhè)些(xiē)數據提示，靶向其他(tā)生物體表達的逃避補體的抗原可能(néng)支持疫苗研發工(gōng)作(zuò)。
Figure 4 Microbial disruption of the classical complement cascade by recruiting inhibitors or degrading complement proteins. Key steps of the classical pathway of antibody activation are shown: ① The complement proteins C1q and then C1r and C1s bind hexamerized IgG or IgM on the pathogen surface to form the C1 complex. ② Complement components C2 and C4 are cleaved to produce membrane-bound C4b and C2a, which form the C3 convertase. ③ This cleaves C3 to release C3a and deposit C3b covalently on the membrane. ④ When C3b levels are high, it joins the C3 convertase to form the C5 convertase, which cleaves C5 to release C5a and deposit C5b on the membrane. ⑤ Components C6–C9 join C5b to form the membrane attack complex and osmotically lyse the target membrane. Released C3a and C5a are chemoattractants for leukocytes, while membrane-bound C3b can engage complement receptors such as CR3 to trigger phagocytosis. The lectin pathway follows a similar cascade but is initiated by the mannose-binding lectin complex, which recruits C1q; the alternate pathway results from spontaneous C3 cleavage and C3b deposition to enter at the C3 convertase step using an alternate C3b/Bb complex. Many of these steps can be inhibited by pathogen components, including proteins that bind or cleave Fc to inhibit C1q recruitment (e.g., protein A and staphylokinase), proteins that recruit host complement regulators (e.g., the Neisseria fHBP, which recruits fH, and Bordetella pertussis Vag8, which recruits C1 inhibitor), and enzymes that degrade complement components (e.g., staphylokinase depletes C3). Engineering efforts to overcome these strategies include the use of HexaBodies, which favor C1q binding; antibodies resistant to capture by Fc-binding proteins or cleavage by bacterial proteases; and antibodies that block recruitment of complement inhibitors such as factor H. Abbreviations: fH, factor H; fHBP, factor H binding protein. Adapted from images created with BioRender.
保護白(bái)細胞功能(néng)的抗體
許多細菌産生白(bái)細胞毒素，而白(bái)細胞毒素會(huì)損害免疫細胞捕獲和(hé)摧毀病原體的能(néng)力。金(jīn)黃色葡萄球菌産生一系列具有冗餘互補功能(néng)的殺白(bái)細胞素，包括α-溶血素(Hla)和(hé)5種雙組分細胞毒素HlgAB、HlgCB、LukSF、LukED和(hé)LukGH。
一旦調理(lǐ)抗體結合病原體表面的保守表位，白(bái)細胞毒素的分泌可能(néng)會(huì)限制吞噬之前或之後的細菌殺滅。在這(zhè)種情況下(xià)，阻斷白(bái)細胞毒素活性的抗體有望與調理(lǐ)抗體産生協同作(zuò)用(yòng)。Tkaczyk等表明(míng)，在金(jīn)黃色葡萄球菌感染的緻死性肺炎和(hé)菌血症模型中，與調理(lǐ)抗體結合的ClfA與中和(hé)抗體的Hla有協同作(zuò)用(yòng)。
靶向内化細菌的抗體-抗生素偶聯物
雖然傳統上(shàng)認爲胞内細菌具有專性或兼性胞内生活方式，但(dàn)越來(lái)越多的人認識到(dào)，被吞噬的細菌可以作(zuò)爲活生物體的儲存庫，以種子感染。例如，金(jīn)黃色葡萄球菌很(hěn)容易被巨噬細胞和(hé)中性粒細胞吞噬。雖然大(dà)多數内化的細菌被殺死，但(dàn)有一部分抵抗殺死，并利用(yòng)吞噬細胞介導擴散到(dào)其他(tā)部位。對(duì)于金(jīn)黃色葡萄球菌來(lái)說，細胞内存活幫助細菌逃避固有免疫防禦，并通過程序性壞死破壞中性粒細胞，殺白(bái)細胞素通過誘導程序性壞死介導細菌生存/逃逸。此外(wài)，許多病毒在低(dī)PH核内體中進行進入宿主細胞所需的膜融合事(shì)件(例如流感和(hé)埃博拉病毒)。在這(zhè)兩種情況下(xià)，免疫系統、抗體和(hé)抗生素基本上(shàng)無法接觸到(dào)細胞内的病原體。巧妙的工(gōng)程策略可以向這(zhè)些(xiē)細胞内生物遞送多功能(néng)抗體，從(cóng)而支持通過天然免疫細胞功能(néng)或聯合遞送抗生素來(lái)破壞病原體。
調理(lǐ)抗體已被設計(jì)用(yòng)于将抗生素或其他(tā)抗毒分子與細胞内病原體共定位。多功能(néng)抗體-抗生素偶聯物依賴于與豐富的細菌表面抗原結合的抗體成分，将其标記爲吞噬入核内體，核内體可能(néng)含有之前内化的細菌（Figure 5a）。在體外(wài)，抗體-抗生素偶聯物殺死了(le)巨噬細胞、内皮細胞和(hé)上(shàng)皮細胞内化的細菌。
Figure 5 Antibodies that target intracellular pathogens. (a) Antibody–antibiotic conjugates bind bacterial surface antigens and are internalized with the bacteria by natural or phagocytic mechanisms. Once internalized, the antibiotic is released by resident enzymes to kill co-localized bacteria. (b) Bispecific antibody MEDI3902 uses one binding site to bind the Psl surface antigen on Pseudomonas aeruginosa and mediate phagocytosis. After translocation to the endosome, the second antibody-binding site blocks type III secretion to support endosome acidification and bacterial killing. (c) The mannose-6-phosphate receptor can mediate antibody transfer to an endolysosome that may already contain Ebola virions. Once co-localized, the antibody can block Ebola–receptor interactions to prevent viral escape into the cellular cytosol. Adapted from images created with BioRender.
這(zhè)一策略耗盡了(le)不易接近的細菌儲存庫，否則這(zhè)些(xiē)儲存庫将成爲反複感染的來(lái)源。雖然殺菌活性是新型抗生素的關鍵要求，但(dàn)這(zhè)些(xiē)分子通常也(yě)具有不良的宿主毒性。與抗體結合的益處是降低(dī)治療劑量，同時(shí)延長循環半衰期，并在釋放(fàng)前将抗生素定位到(dào)感染部位。
這(zhè)種策略可以減少全身毒性，同時(shí)在吞噬體内達到(dào)殺滅細菌所需的高(gāo)局部抗生素濃度。它可能(néng)也(yě)适用(yòng)于專性病原體，例如伯克霍爾德菌屬。
用(yòng)于獲取内化病原體的雙特異性抗體
雙特異性抗體使用(yòng)類似的方法，其中一個結合位點标記病原體，使其被吞噬，而另一個發揮互補功能(néng)，如阻斷使細胞内位點适合病原體的毒力因子。這(zhè)類藥物中最先進的方法是MEDI3902，該藥物最近完成了(le)Ⅱ期臨床試驗(NCT02696902)。雙特異性抗體的産生是通過一組阻斷核内體pH的受體結合位點，而另一組通過結合病毒粒子上(shàng)保守的非中和(hé)表位來(lái)介導吞噬和(hé)核内體遞送。這(zhè)一概念可以擴展到(dào)阻斷其他(tā)蛋白(bái)質的功能(néng)，這(zhè)些(xiē)蛋白(bái)質支持病原體逃逸或維持内體作(zuò)爲病原體的适宜環境，例如金(jīn)黃色葡萄球菌白(bái)細胞毒素。
上(shàng)述策略需要抗體和(hé)病原體在内化之前相互作(zuò)用(yòng)，這(zhè)可能(néng)爲治療已确立的感染或清除所有細胞内病原體帶來(lái)挑戰。作(zuò)爲替代方案，抗體可以單獨遞送，與已經存在于核内體或溶酶體中的病原體結合。這(zhè)可以通過胞飲作(zuò)用(yòng)和(hé)FcRn介導的抗體跨上(shàng)皮細胞轉運發生；在這(zhè)一過程中，含有抗體的内體可以與含有流感病毒顆粒的内體融合，從(cóng)而中和(hé)血凝素，防止流感病毒與宿主細胞膜融合。
這(zhè)裏描述了(le)三種互補的策略來(lái)靶向隐藏在細胞内的病原體。抗體可阻斷阻止宿主細胞殺死内化細菌的細胞毒素活性，或者可介導将抗生素和(hé)細菌靶向遞送至吞噬體，從(cóng)而殺滅細胞内細菌。在這(zhè)兩種情況下(xià)，确定細菌表面抗原作(zuò)爲抗體靶點，并在吞噬之前将抗體與病原體結合對(duì)于成功進行吞噬至關重要。較新的方法将保護性抗體靶向遞送到(dào)已經含有病原體的細胞内區(qū)室，可能(néng)對(duì)于已發生的感染有優勢。
任何新的策略都可能(néng)施加選擇壓力，促使性狀發生改變的生物體出現(xiàn)。然而，許多病原體的持續存在以及新病原體的出現(xiàn)強調了(le)預防和(hé)改善感染的創新方法的必要性。
