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单细胞技术+工程化抗体,合力对抗食物过敏

编者按:

过敏性疾病已经被世界卫生组织列为 21 世纪重点防护的疾病之一。据统计,目前全球用约 30~40%的人口深受过敏性疾病的困扰。其中,食物过敏是最常见的过敏性疾病之一。那么,除了避免摄入引发过敏的食物,随身携带肾上腺素来阻止紧急反应之外,还有什么治疗过敏的方法吗?

今天,我们特别关注一家名为 IgGenix 的公司。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。

过敏研究的挑战

Derek Croote 从未吃过披萨、冰淇淋或牛奶巧克力,因为他自出生以来,就对乳制品过敏。全球有超过 2 亿名对食物过敏的患者,他是其中之一。

正因如此,当他 2013 年来到斯坦福大学加入 Stephen Quake 实验室时,Croote 非常激动地将团队的单细胞技术应用于过敏研究,以解决该领域所面临的一项长期挑战:如何分离产生免疫球蛋白 E(IgE)的 B 细胞。几十年来,人们一直都知道 IgE 能介导过敏反应,但无论是产生这些抗体的细胞,还是单独的抗体都从未被分离出来过。

当肥大细胞释放出组胺和其他会引起瘙痒、荨麻疹或可能危及生命的炎症化合物时,过敏反应就爆发了。而当 IgE 与食物过敏原结合,并和含组胺细胞的表面受体对接时,这些炎症化合物就会被释放出来,因此,食物过敏疗法的目的就是要阻止这些炎症化合物的释放。

目前,食物过敏患者可选择的治疗方法十分有限。除了避免摄入引发过敏的食物和携带肾上腺素来阻止紧急反应之外,有些人还会接受过敏原免疫疗法――一种通过不断增加引发过敏的食物的日摄入剂量,使免疫系统随着时间的推移脱敏的方案。

2020 年 1 月,美国食品药品监督管理局批准了标准化花生粉胶囊(Aimmune Therapeutics 公司的 Palforzia 产品)用于治疗对花生过敏的儿童;欧洲药品管理局在几个月后也批准了该产品。另外,还有少数过敏症专科医师为患者提供不受管制的免疫疗法,如使用商业花生粉和其他食用粉。

然而,反复接触这些食物往往会引起副作用――过敏反应,这使得这两种途径对包括 Croote 在内的许多患者来说都是不可行的。

图. IgGenix 公司的首席技术官 Derek Croote

IgE与IgG的斗争

由于产生 IgE 的 B 细胞很稀少,对免疫系统如何引发过敏的研究随之变得复杂起来。它们的数量是其他血细胞的数量的百万分之一,而 IgE 仅占血清蛋白质的 0.005%。“但 IgE 非常高效,”斯坦福大学 Sean N. Parker 过敏和哮喘研究中心的主任、医师兼研究员 Kari Nadeau 说,“对于过敏反应来说,IgE‘是点燃火的火柴’。”

Quake 的实验室采集了 Nadeau 医生治疗的食物过敏患者的血液,以分离产生对食物过敏原具有高亲和力、特异性的 IgE 的 B 细胞。Croote 使用荧光激活细胞分选来捕获表面具有 IgE 的单个 B 细胞,然后使用单细胞 RNA 测序读取免疫球蛋白重链序列,来确定每个细胞的类群。

正如 2018 年Science论文中所述,鉴定亚群使研究人员在牺牲特异性的情况下,无需复杂门控方案,就可以高灵敏度捕获产生 IgE 的 B 细胞。他们共分析了 6 名过敏患者的 973 个 B 细胞,其中 89 个 B 细胞产生了 IgE。

基于抗体抗原结合区域的可变基因序列的相似性,研究人员将这些细胞聚类成不同的细胞群。奇怪的是,多个患者拥有同一个细胞群,这个细胞群对过敏原花生的多个表位具有高度的亲和力,这表明可能可以利用少数过敏患者产生的 IgE,来创造一种广泛适用的治疗方法。

对于这些人来说,B 细胞可能是一把双刃剑。除了产生触发过敏的 IgE 抗体外,B细胞还产生抑制性抗体IgG,以扑灭IgE点燃的火焰。事实上,在Croote的研究中,有一名患者产生的IgG4抗体会与其自身产生的IgE争夺相同的花生抗原表位。

在脱敏免疫治疗期间,定期服用导致过敏的食物会提高过敏原特异性 IgG 的水平。随着时间的推移,在过敏原遇到更罕见的 IgE 抗体之前,机体可以产生足够的 IgG 与过敏原结合。但如果不定期接触过敏原,B 细胞就不再产生 IgG――因此,停止用药的免疫治疗患者会失去这种保护,Nadeau 说。

在 2018 年夏天她与 Croote 和 Quake 打电话时还在因为这些问题冥思苦想,Nadeau回忆起灵光乍现的那一刻:“我记得 Steve 说,‘确实是很麻烦,但剪掉 IgE 的尾巴并放入 IgG 的尾巴不就行了’,然后就有了现在的这种抑制分子。”

于是,2019 年年底,IgGenix 公司正式成立,Nadeau 和 Quake 担任科学联合创始人,Croote 担任首席技术官。IgGenix 的目标是开发治疗性单克隆抗体(monoclonal antibodies, mAbs),并通过每月一次的注射,来抑制患者对特定食物的过敏反应。

2020 年 8 月,该公司获得了 Khosla Ventures 和 Parker Ventures 领投的 1000 万美元 A 轮投资,并正式曝光在公众的视野之下。由拥有多家生物制药公司领导经验的医生 Jessica Grossman 作为其掌舵人。

除了热衷于女性赋权之外(只有不到 3%的风险投资公司是由女性领导的),Grossman 被 IgGenix 公司所吸引的另一个原因,是食物过敏治疗不仅改变了患者的生活,也改变了患者家人的生活。“谁是一个家庭里的首席医疗官呢?” Grossman 说,“是妈妈。”

图. IgGenix 公司的共同创始人 Kari Nadeau

不止是食物过敏

IgGenix 并不是第一个研制出食物过敏生物制剂的公司。两种单克隆抗体已经获得了食物过敏方面的补充适应症批准。

一种是 Xolair(omalizumab),由基因泰克(Genentech)和诺华制药(Novartis)研发的一款抗 IgE 的人源 IgG1 单克隆抗体。另一种是 Dupixent(dupilumab),由再生元(Regeneron)和赛诺菲(Sanofi)研发的一款人源 IgG4 单克隆抗体,可与白细胞介素-4 受体的 α 亚基结合。上述两款药物最初分别被批准用于治疗严重的哮喘和湿疹。

因此,IgGenix 公司将成为第一家真正意义上专为食物过敏开发单克隆抗体治疗药物的公司。

同年,Croote 和他的同事发表了他们从对花生过敏的患者体内分离出产生 IgE 的 B 细胞的文章;而 Regeneron 公司的科学家们也开发出了全人源 IgG4 单克隆抗体,可以减轻小鼠和猫过敏患者的过敏症状。

这两种方法在概念上是相似的――都利用免疫系统自然产生的 IgG 抗体来与 IgE 抗体竞争――但又有所不同。Regeneron 公司通过受过免疫刺激的含有人类免疫基因的转基因小鼠生成 IgG4 单克隆抗体,而 IgGenix 公司则基于直接从严重过敏患者体内分离的分子制造抗体。

“我们认为阻止人体发生严重过敏反应的最佳方法是从引起这些反应的分子入手。”Croote 说。

这一点很重要,因为 IgE 抗体与过敏原的结合非常牢固。西奈山伊坎医学院研究食物过敏免疫基础的 Cecilia Berin 说,使用患者的 IgE 抗体作为起始材料,然后替换为 IgG 尾部制成的工程抗体,其结合过敏原的部分仍然具有很高的亲和力。

与免疫治疗法不同,IgGenix 公司生产的抗体旨在预防过敏反应,但不再训练个人的免疫反应。“患者总是因不断的过敏反应而接受治疗,”Berin 说,“因此,该公司的抗体‘可能是一种昂贵的疗法,需要终生服用’。”

到目前为止,IgGenix 团队已经针对花生、腰果、核桃、贝壳类动物和牛奶等制造了一批工程改造的人源 IgG 单克隆抗体。Grossman 表示,研究人员计划挑选其中一个作为主要候选药物进行生产,并在大约 18 个月内进入第一阶段。

虽然公司是以食物过敏为初衷建立的,“但它并不会就此止步,”她说。IgGenix 的技术可用于分离和重新设计 IgE 单克隆抗体,来治疗对尘螨、乳胶和药物过敏,以及许多过敏性疾病。

原文链接:

https://doi.org/10.1038/d41587-021-00004-8

作者|Esther Landhuis

编译|Koko