郭曉強

北京大學 深圳醫(yī)院，廣東 深圳 518036

2018年諾貝爾化學獎授予三位科學家，美國加州理工學院弗朗西絲?漢密爾頓?阿諾德(Frances Hamilton Arnold)由于“酶定向進化”方面的貢獻分享1/2，美國密蘇里大學哥倫比亞分校喬治?皮爾森?史密斯(George Pearson Smith)和英國劍橋大學分子生物學MRC實驗室格雷戈里?保羅?溫特爵士(Sir Gregory Paul Winter)則由于“肽和抗體噬菌體展示”方面的貢獻而分享另外1/2(圖1)[1-2]。

1 進化原理

今天，地球上千差萬別的物種都是上百萬年進化的結果。進化的實現(xiàn)需要兩個前提：一是變異(mutation)；二是選擇(selection)。變異是進化的前提和基礎，它為選擇提供了盡可能多的材料；而選擇是進化的動力和保證，借助選擇才能實現(xiàn)“優(yōu)勝劣汰”。然而，自然界進化往往是隨機過程，依據自然環(huán)境變化選擇或淘汰特定群體；而定向進化則是人為設定標準的選擇，在這里“定向”可理解為“設定方向”之意。定向進化原理很早就被人類應用于生產和生活，如動植物馴化和育種等。這里試舉一例來理解定向進化原理。

抗倒伏是評價小麥性能的一個重要指標，而抗倒伏與植株高度相關。假定現(xiàn)有一小麥品種，植株高100 cm，其他方面都較為理想，但抗倒伏能力弱，因此想采用定向進化策略將其改造為高80 cm的抗倒伏品種。首先采用紫外線或X射線照射誘導小麥DNA變異，然后對后代小麥高度進行觀察，發(fā)現(xiàn)大部分小麥仍100 cm，但少部分出現(xiàn)高度變化，最高達到110 cm，最低90 cm，則根據定向標準(矮化)保留90 cm小麥，其他淘汰。由于仍未達到要求，需重復操作，對90 cm小麥進一步誘發(fā)突變并對后代篩選。此時若有80 cm小麥出現(xiàn)，則意味著通過兩輪操作完成定向進化任務；若沒有，最低只有85 cm，則繼續(xù)重復上述操作——對85 cm小麥采用誘變-篩選操作，直到出現(xiàn)80 cm小麥為止(圖2)。

圖1 2018年諾貝爾化學獎獲得者[2]

2 分子定向進化

圖2 定向進化

物種馴化是從宏觀層面實現(xiàn)定向進化，這一策略是否在分子水平同樣適用尚未確定。20世紀80年代，德國化學家艾根(Manfred Eigen，1967年諾貝爾化學獎獲得者)開始從分子層面研究生命起源和進化[3]。艾根認為，生命產生(從非生命過渡到生命)是一個極為漫長的過程，盡管概率極低，但仍可實現(xiàn)，其原因和動力就在于進化。如將這一策略從自然界轉移到實驗室，進化速度(變異加選擇)將大大加快，以前幾萬年才能實現(xiàn)的目標將有望在幾天內達成(幸運的話)。在艾根看來，相對于從一個足夠大樣本一次篩選到理想目標，從一個小樣本采用多輪篩選、逐步逼近定向目標的策略更可行，從而意味著多輪進化方案更優(yōu)(圖2)。艾根只從理論上闡述了分子定向進化原理，阿諾德則首次在實驗室完成該過程。

3 酶定向進化策略

定向進化前提是變異，因此變異制備就成為該策略首要解決的難題。

3.1 DNA點突變

1956年7月15號，阿諾德出生于美國匹茲堡，父親是著名核物理學家威廉?阿諾德(William Howard Arnold，1974年當選為美國工程院院士)。這樣的家庭背景對阿諾德的成長具有重要影響。1979年，阿諾德從普林斯頓大學獲得機械工程學位，此時她的遠大理想是希望通過開發(fā)新技術造福人類。阿諾德最初想利用太陽能發(fā)電，因此在當?shù)匾患姨柲苎芯克虝汗ぷ饕欢螘r間；后來又轉向生物能源，進入加州大學伯克利分?；瘜W工程系攻讀博士學位。意外的是，20世紀80年代初國際油價大跌，生物能源研究幾乎降到冰點，因此阿諾德不得不轉換方向，進入到生物技術這一新興領域。她采用親和層析進行蛋白質分離純化，并于1985年獲得博士學位。經歷短暫的博士后研究工作后，阿諾德于1986年加入加州理工學院并建立實驗室，開啟獨立的科研生涯，研究聚焦于一類在工業(yè)或醫(yī)學具有廣泛應用潛力的特殊蛋白質——酶。

酶是一類重要的生物催化劑，也是眾多生命過程維持的基礎[4]。相對于工業(yè)常用小分子催化劑，酶具有催化效率高、特異性好等優(yōu)點，因此得到工業(yè)界的極大青睞。然而，酶還存在穩(wěn)定性差(易降解)和反應條件苛刻(工業(yè)環(huán)境下酶活性低)等諸多不足，從而大大限制了它的應用，因此酶的改造就成為增加其應用普適性的一個重要發(fā)展方向。

20世紀80年代末，科學界主要采用理性設計策略進行蛋白質改造。這一策略在新藥發(fā)明方面取得重要成功，其通過對藥物前導小分子官能團的替換和修飾等操作而獲得療效更好的藥物。然而，這一策略應用于蛋白質改造時效果并不理想，原因在于蛋白質屬于大分子化合物，通常含有幾百甚至上千個氨基酸，影響活性的通常是結構域(包含多個氨基酸)，構成蛋白質的氨基酸種類又有20種之多，因此理性設計極難實現(xiàn)目標。在阿諾德看來，與自然界相比，人的智慧還十分渺小，畢竟天然酶都是進化的結果，而非人為設計的產物[5]。因此，阿諾德決定轉換思路，采用定向進化策略進行酶的改造。那就是制造出盡可能多的酶變異體，然后從中篩選到理想的酶。為此她需要做上百萬次廉價、快速的實驗，而其中只有一次成功機會，但她只關注那一次成功，不在乎999 999次的失敗。這一策略有點類似“大海撈針”，因此許多科學家并不看好，但阿諾德堅信只要這個“針”理論上存在，總有可能“撈”到。

阿諾德首先需要解決“海”的問題，即酶突變體制備。為此她采用了兩種策略[6]：第一種為定點突變(site-directed mutagenesis)，在引物設計過程中人為引入錯配堿基，再借助聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction，PCR)獲得特定堿基位點突變的DNA；第二種為隨機突變(random mutagenesis)，利用保真度較低DNA聚合酶進行PCR，可產生堿基位點的隨機突變。通過這兩種策略，阿諾德獲得了積累多個點突變的酶變異體庫，為下一步的選擇奠定了基礎。阿諾德的策略產生的主要是DNA點突變，不久另一種大片段變異策略對此進行了有益補充。

3.2 DNA改組

斯特默 (Willem Pim Stemmer，1957—2013)是一位荷蘭分子生物學家，在阿姆斯特丹大學就讀期間就對生物學產生濃厚興趣，因此1980年他獲得碩士學位后進入美國威斯康星大學攻讀分子生物學的博士學位，主要研究病原體與宿主間的相互作用。斯特默不僅是一位科學家，也是一位實業(yè)家。畢業(yè)后他進入企業(yè)任職，最初在Hybritech抗體公司工作，20世紀90年代加入位于加利福尼亞帕洛阿爾托的Affymax公司，并在這里發(fā)明了一種新的DNA突變方法。

斯特默首先收集了不同物種來源的同種酶DNA，然后借助DNA酶Ⅰ部分消化產生大量10～50個堿基對(base pair，bp)大小的DNA片段。復性過程(DNA單鏈形成雙鏈)中，這些具有同源性的單鏈DNA片段可隨機形成重組雙鏈，進一步借助PCR可最終實現(xiàn)大量體外重組DNA(圖3)[7]，該方法被稱為D N A改組(D N A shuffling，“shuffling”本意是“重新洗牌”)。DNA改組由于模擬高等生物有性生殖減數(shù)分裂過程中等位基因DNA片段間互換，有時又稱有性PCR(sexual PCR)。DNA改組還有另一種實現(xiàn)方法，使用限制性內切酶在相同位置將同源基因進行剪切產生DNA片段，再用DNA連接酶將這些片段隨機連接成重組DNA分子，最終利用PCR進行擴增[8]。

點突變和改組都是制造DNA變異的重要手段，實際應用過程中往往聯(lián)合使用，成為定向進化的基礎。遺憾的是，斯特默由于2013年去世而喪失分享諾貝爾獎的資格[9]。

圖3 斯特默和DNA改組[8-9]

3.3 選擇

變異制備僅僅完成定向進化的第一步，理想的篩選系統(tǒng)對最終的成功也至關重要。篩選步驟過于繁瑣將極大地消耗精力并增加工作負擔，造成目標失敗的概率大增。

最常用的策略為細胞生存力。如果一個酶具有催化有毒物質降解的能力，則可利用該有毒物質進行篩選。斯特默最初決定篩選到高活性β-內酰胺酶，而該酶主要催化β-內酰胺環(huán)裂解，因此可導致含有β-內酰胺環(huán)的抗生素如青霉素類和頭孢菌素類等的抗菌活性喪失。斯特默將不同β-內酰胺酶變異體轉入大腸桿菌，在轉基因大腸桿菌培養(yǎng)基中加入高濃度頭孢噻肟作為篩選劑，凡可生存下來的細菌則意味著表達高活性β-內酰胺酶。經過多輪突變和篩選(逐漸增加頭孢噻肟濃度)，斯特默最終實現(xiàn)β-內酰胺酶定向進化目標[10]。

根據酶催化產物引起的顏色變化或表型差異，研究人員可借助視覺進行篩選。為了獲得在高濃度二甲基甲酰胺(dimethylformamide，DMF)中仍保留高活性的枯草桿菌蛋白酶，阿諾德將多種枯草桿菌蛋白酶變異DNA轉入大腸桿菌；將大腸桿菌放置在含有DMF和酪蛋白的培養(yǎng)基中，分泌出的蛋白酶可水解酪蛋白，因此產生肉眼可見的暈環(huán)(halos)結構，而暈環(huán)大小與酶活性正相關，據此鑒定出高活性酶；對篩選到的酶對應DNA進一步突變，重新產生大量蛋白酶變異體，再根據暈環(huán)大小篩選更高活性酶；重復操作，直到找到符合預期活性的酶為止(圖4)。經過三輪篩選，阿諾德最終得到一種包含10個點突變、比天然酶活性高256倍的蛋白酶[6]。

此外，還可根據產物特征利用分光光度計、流式細胞儀等方式進行篩選。為了適應工業(yè)需求，篩選過程中往往還需人為增加其他選擇壓力，如阿諾德使用的有機溶劑，以及高溫、高鹽等非天然環(huán)境。這些條件的選擇依據酶將來的應用環(huán)境而定。

圖4 酶的定向進化[1]

4 酶定向進化的應用

定向進化為酶的改造提供了一種全新方案。經過定向進化獲得的酶具有眾多優(yōu)點，如活性高、穩(wěn)定性好和適應性廣等。此外，還進化出許多催化新型化學反應的酶，進一步拓展了酶的應用領域。今天，基于定向進化得到的酶已在環(huán)境治理、生物能源、生物塑料等方面得到廣泛應用[11]，這里試舉幾例。

4.1 生物能源

由于化石能源(如石油等)不可再生和造成環(huán)境污染等問題，大家開始尋找替代能源，而以異丁醇為代表的生物能源是目前的一個重要方向。在利用大腸桿菌生產異丁醇過程中遇到一個重大挑戰(zhàn)——天然異丁醇合成相關酶以NADPH為輔因子，而大腸桿菌自身生成NADH，為此采用定向進化的方法對異丁醇合成相關酶進行改造，有效地解決了這一難題(利用NADH作輔因子)[12]，為將來生物能源的應用奠定了重要基礎。

4.2 藥物生產

許多作為藥物的有機化合物都存在手性特征，著名的例子如沙利度胺(Thalidomide，又名反應停)，其R型有鎮(zhèn)靜作用，而其手性異構體S型則具有致畸作用，因此需要選擇性合成。傳統(tǒng)化學合成方法在這方面存在一定缺陷，而酶催化反應本身具有手性選擇性，因此具有先天優(yōu)勢。借助定向進化對酶進行改造，將為許多手性藥物的生產提供新選擇[13]。

4.3 新化學反應

細胞色素P450(CYPs)是一個蛋白超家族，以血紅素作為輔因子，因最大吸收波長為450 nm，故得名。細胞色素P450家族對底物特異性要求低，因此為它們的改造提供了先天條件。阿諾德和同事采用定向策略使改造后的細胞色素P450可高效催化烯烴環(huán)丙烷化反應，這種改造使酶的吸收波長從450 nm向411 nm偏移，因此進化酶通常稱為細胞色素P411[14]。阿諾德采用酶定向進化技術實現(xiàn)了高效催化C—Si鍵的形成這一自然界罕見的化學反應[15]，從而為有機硅生產提供了一種綠色方式。

5 噬菌體展示技術

1972年，美國斯坦福大學生物化學家伯格(Paul Berg)首次在體外將猿猴病毒SV40的DNA片段與λ噬菌體的DNA片段實現(xiàn)了連接，產生第一個人工重組DNA，他也由于這項奠基性貢獻而分享1980年諾貝爾化學獎。1973年，伯耶(Herbert Boyer)和科恩(Stanley Cohen)進一步將攜帶抗藥基因的人工重組DNA轉入大腸桿菌，首次完成基因工程，同時推動了產業(yè)化的到來。1976年第一個基因工程公司基因泰克(Genentech)成立，并于1978年首次采用基因工程完成人類胰島素的合成。基因工程的巨大成功也使眾多科學家加入到這一研究行列。

1941年3月10日，史密斯出生于美國康涅狄格州諾沃克(Norwalk)，從哈弗福德學院(Haverford College)獲得生物學學士學位，并有一年時間在高中擔任老師和實驗室技術員。他在哈佛大學獲得細菌學和免疫學博士學位后進入威斯康星大學，跟隨著名生物學家奧利弗?史密斯(Oliver Smithies，2007年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者)進行博士后研究，1975年加入密蘇里大學哥倫比亞分校，工作至今。1983—1984年他來到杜克大學與韋伯斯特(Robert Webster)合作，從而開啟了他的噬菌體展示之路。20世紀80年代，史密斯很想解決一個技術難題，那就是如何從蛋白質信息找到對應的基因信息(DNA序列)。這一問題在今天看來很容易解決，在當時卻非常棘手。大腸桿菌作為宿主存在一定缺陷，合成的外源蛋白或者定位于細胞內，或者分泌到細胞外，從而很難將蛋白與大腸桿菌實現(xiàn)對應關系，史密斯因此將目光投向了更簡單的生物——噬菌體。

噬菌體，顧名思義，就是一類感染細菌的病毒。它們結構簡單，培養(yǎng)方便，因此在生物學實驗室得到廣泛應用。早在1930年代末，加州理工學院德裔美國生物學家德爾布呂克(Max Ludwig Henning Delbrück，1906—1981)就開始關注細菌和噬菌體。1941年的一次學術會議上，德爾布呂克與印第安納大學魯里亞(Salvador Edward Luria，1912—1991)相識，從而開啟以噬菌體為模式生物的遺傳學研究。一系列開創(chuàng)性的實驗為噬菌體成為分子生物學研究的實驗工具奠定了堅實的基礎，并吸引眾多科學家加入這一領域，形成著名的“噬菌體研究小組”。1943年，華盛頓大學赫爾希(Alfred Day Hershey，1908—1997)也加入噬菌體小組，并于1952年以噬菌體為模型采用同位素標記實驗證明DNA是遺傳物質。1969年，德爾布呂克、魯里亞和赫爾希由于“病毒復制機制和遺傳結構”的發(fā)現(xiàn)而分享諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。此外，沃森(James Dewey Watson)是魯里亞的第一位研究生，正是沃森在噬菌體研究過程中發(fā)現(xiàn)了遺傳物質的重要性而轉向DNA研究，并于1953年提出DNA雙螺旋模型，從而宣告分子生物學時代的到來。

噬菌體有許多類型，而史密斯選擇的是絲狀噬菌體(filamentous phage)。這是一類外形呈絲狀或線狀的噬菌體(圖5)，常見種類包括M13和f1等。它們通常含有單鏈DNA，主要感染革蘭氏陰性菌，著名的如大腸桿菌等。絲狀噬菌體的基因III編碼一種外殼蛋白，稱為蛋白III(pIII)。蛋白III定位于噬菌體末端，主要負責結合并感染細菌。史密斯發(fā)現(xiàn)，若在噬菌體基因III內部插入一小段外源基因，并不影響噬菌體感染效率，但同時可將外源蛋白一同攜帶到噬菌體表面。1985年，史密斯首先實現(xiàn)了這一想法，稱為噬菌體展示技術[16]。

噬菌體展示技術的優(yōu)勢一目了然，那就是為基因克隆和蛋白質相互作用的研究提供了一個理想實驗系統(tǒng)。假定我們分離到一種重要蛋白質，并且制備出該蛋白的單克隆抗體，現(xiàn)在想知道該蛋白的編碼基因；此時可用蛋白抗體為誘餌(附著于固體支持物)，從表達不同外源蛋白的噬菌體中精確找到攜帶目標蛋白的噬菌體(非攜帶目標蛋白噬菌體通過洗脫被去除)，進一步對此噬菌體中外源基因部分進行測序就可確定DNA序列(圖5)。再比如，現(xiàn)已知一種蛋白或多肽，想研究它的相互作用蛋白，此時就可用該蛋白作為釣餌附著于固體表面，而將其他潛在蛋白片段對應基因插入噬菌體基因III，采用相似策略可鑒定出相互作用蛋白及對應基因。史密斯的研究小組采用這種方法鑒定出蛋白質相互作用過程中關鍵氨基酸的信息[17]。真正使噬菌體展示技術發(fā)揚光大的則是隨后在人抗體制備中的應用。

圖5 噬菌體展示技術

6 抗體噬菌體展示

抗體(antibody，Ab)，又稱免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)，是一類由免疫細胞分泌并特異性識別和結合細菌和病毒等病原體特定分子(稱為抗原，antigen)的蛋白質。20世紀50年代末，科學家初步解析了抗體的結構，發(fā)現(xiàn)所有抗體基本結構都是相同的，呈“Y”字型(圖6)。抗體由四條多肽鏈構成，兩條相同重鏈和兩條相同輕鏈，它們之間通過二硫鍵相連。重鏈一般含1個可變區(qū)和3個連續(xù)的恒定區(qū)；而輕鏈通常含1個可變區(qū)和1個恒定區(qū)。重鏈可變區(qū)和鄰近的恒定區(qū)與輕鏈構成了抗原結合片段(antigen-binding fragment，F(xiàn)ab)區(qū)，是抗體發(fā)揮生物學功能的結構基礎(圖6)。

抗體由于和特定分子特異性結合的特性而使其在物質檢測和純化、疾病診斷和治療等方面具有廣泛應用。最初抗體制備采用抗原免疫動物(如兔和羊等)策略，但往往得到多克隆抗體，因此限制了其應用。1975年，劍橋大學分子生物學實驗室(Laboratory of Molecular Biology，LMB)科赫勒(Georges K?hler，1946—1995)和米爾斯坦(César Milstein，1927—2002)成功開發(fā)出小鼠雜交瘤技術制備單克隆抗體[18]，為抗體的應用帶來一場革命，兩位科學家也因此分享1984年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

鼠源單克隆抗體應用于人類疾病的治療時遭遇重大障礙。由于鼠和人的差異，鼠源單克隆抗體進入人體后可激發(fā)免疫應答，最終被破壞而使藥效難以發(fā)揮。為解決這一難題，研究人員采取了多項策略(圖6)[19]。最初用鼠抗體可變區(qū)和人抗體恒定區(qū)融合，產生嵌合型抗體(chimeric antibody)，這種方法可使抗體中人成分達到65 %，增加了抗體的治療效果。治療結腸癌和非小細胞肺癌的表皮生長因子(epidermal growth factor receptor，EGFR)抗體——西妥昔單抗 (Cetuximab) (商品名愛必妥，Erbitux)就屬嵌合型抗體。后來，又開發(fā)出以人抗體為基礎，將抗體高度可變區(qū)替換為小鼠片段的人源化抗體(humanized antibody)，這種策略可使抗體中人成分占到95 %。治療乳腺癌的人表皮生長因子2(human epidermal growth factor receptor 2，HER2)抗體——曲妥珠單抗(Trastuzumab)(商品名赫賽汀，Herceptin)、治療腎癌等的血管內皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A，VEGFA)抗體——貝伐單抗(Bevacizumab)(商品名阿瓦斯汀，Avastin)等都是人源化單抗。然而，這些抗體畢竟還保留小鼠的成分，具有潛在副作用，因此開發(fā)百分百人抗體就成為抗體公司的一個重要方向。溫特采用噬菌體展示技術巧妙地解決了這一問題。

圖6 抗體噬菌體展示制備人抗體

1951年4月10日，溫特出生于英國萊斯特。他在劍橋三一學院完成學業(yè)，并于1977年從LMB獲理學博士學位，在此期間見證了小鼠單克隆抗體制備技術的發(fā)明過程，因此對抗體產生濃厚興趣。1989年，溫特與同事建立劍橋抗體技術公司(Cambridge Antibody Technology，CAT)，致力于對傳統(tǒng)小鼠單克隆抗體的改進。

1990年，溫特對噬菌體展示技術進行改進。他反其道而行之，不再利用抗體尋找蛋白，而是從蛋白出發(fā)篩選特異性抗體。由于噬菌體基因組較小，對外源基因容納能力有限，不適用于完整抗體的展示，溫特和同事用單鏈可變片段(single-chain variable fragment，scFv)進行代替。所謂scFv，是指抗體重鏈和輕鏈可變區(qū)(識別抗原的最關鍵區(qū)域)用多肽進行連接，亦可完成對抗原的特異性識別和結合。溫特和同事用雞蛋白溶菌酶免疫小鼠，然后收集小鼠B細胞，并把scFv基因插入絲狀噬菌體基因III，最終篩選到雞蛋白溶菌酶高親和力scFv。該scFv不與人和火雞溶菌酶發(fā)生交叉反應，進一步說明其高特異性[20]，從而意味著噬菌體展示技術在抗體篩選中的可行性。

第二年，溫特又對抗體噬菌體展示技術進行完善[21]。一方面建立了小鼠scFv基因庫，增加選擇機會；另一方面還加入定向進化理念。由于抗體生成本身就是一個進化過程(B細胞已產生盡可能多的基因變異抗體，而抗原只負責篩選過程)，定向進化選擇也就順理成章。溫特首先利用噬菌體展示技術獲得高結合力的scFv片段，進一步采用重鏈可變區(qū)和輕鏈可變區(qū)DNA改組技術增加變異體容量(其中包含免疫后小鼠原本不存在的scFv)，經過多輪篩選獲得更理想的scFv。同一年，溫特小組還首次建立人scFv庫[22]，并證明噬菌體展示技術同樣適用于人抗體的制備，從而為人抗體的生產提供了一個全新方式。多家公司紛紛加入這一領域，投入大量人力和物力，隨后一系列人抗體被制備并開始臨床試驗。

7 抗體噬菌體展示應用

腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-alpha，TNFα)是一種細胞因子，通過與其受體結合而誘導炎癥反應，進而參與諸多自身免疫性疾病，包括類風濕關節(jié)炎、強直性脊柱炎、炎性腸病、銀屑病和難治性哮喘等，因此抑制TNFα被看作治療這些疾病的重要手段。

1993年，包括劍橋抗體公司在內的多家公司開始合作，利用噬菌體展示技術制備TNFα人抗體，最初獲得的抗體命名為D2E7[23]。2002年，TNFα人抗體D2E7被美國FDA批準應用于類風濕性關節(jié)炎的臨床治療，后又陸續(xù)批準應用于銀屑病與炎癥性腸病等治療。D2E7也因此正式改名為阿達木單抗(adalimumab)，商品名修美樂(Humira)，意為“類風濕關節(jié)炎應用的人單克隆抗體”(human monoclonal antibody in rheumatoid arthritis)。阿達木單抗成為第一個臨床應用的人抗體。自2002年以來，已累計創(chuàng)造近1 000億美元價值，僅2016年就達160億美元，且一直引領暢銷藥物排行榜，創(chuàng)造了新藥銷售的一個奇跡。

阿達木單抗的成功激起醫(yī)藥界對人抗體的巨大熱情，從而使越來越多的人抗體應用于臨床，如治療和預防炭疽桿菌感染疾病的拉克昔布單抗(Raxibacumab)、治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡的貝利木單抗(Belimumab)、治療轉移性鱗狀非小細胞肺癌的耐昔妥珠單抗(Necitumumab)，以及治療胃癌、肺癌和結直腸癌等的雷莫蘆單抗(Ramucirumab)等[24]。因此，人抗體將來有望在解除毒素、抗擊免疫疾病和治療癌癥等多個方面發(fā)揮更大作用。

8 小結

蛋白質作為一類重要的生物大分子具有廣泛應用，而酶定向進化和抗體噬菌體展示(可看作結合蛋白定向進化)因此可看作蛋白質改造工程。改造后的酶已在生物燃料、無機材料、精細化工、日用消費、實驗室試劑、藥物中間體以及臨床應用藥物等生產方面得到廣泛應用，特別是定向進化酶的工業(yè)生產符合綠色化學要求，如減少無機催化劑的使用和不必要對映體的生成，降低能源消耗等?？贵w作為臨床最常用的藥物，其應用范圍也越來越廣。2018年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎也是授予一類單克隆抗體在癌癥治療中的應用，而噬菌體展示獲得人抗體最大程度地減少了抗體應用過程中產生的副作用，具有重大的醫(yī)學價值。

繼去年諾貝爾化學獎授予冷凍電鏡后，今年 “不出意外”地又授予生物學領域，一方面凸顯生物學的快速發(fā)展和新進展的層出不窮，另一方面也展示了化學的開放性和包容性。只要對推動化學發(fā)展有益，并對改善人類生活有用的發(fā)現(xiàn)都值得授予諾貝爾化學獎。

(2018年11月12日收稿)■