免疫噬菌体抗体文库中的感染性疾病抗体在生物医学中的应用

新发和再发传染病构成的威胁突出表明需要制定新的策略来克服这些感染。此外，耐多药微生物的出现促使我们需要开发标准抗生素方案的替代策略。其中一种策略是使用可同时发挥预防和治疗作用的人单克隆抗体(Mab)。在过去的十年中，随着mAb在该领域的广泛应用，包括感染性疾病在内的广泛病理领域的mAb试验迅速增加。噬菌体展示、酵母展示、mRNA展示、核糖体展示、细菌展示、哺乳动物细胞表面展示等抗体展示技术的发展，促进了新型单克隆抗体的快速发展。这些体外选择技术的基本原理源于表型(显示的抗体结构)和基因型(抗体基因)之间的物理联系。即使有不同的展示方法，噬菌体展示仍被广泛认为是抗体展示的方式。

成功的单抗选择过程的一般要求是存在多种可供选择的抗体基因组合库。这种抗体基因的集合通常被称为抗体文库。抗体文库可以通过展示的抗体基因的来源来区分。这包括初始(健康个体)、免疫(受感染或免疫的个体)、合成(化学合成)和半合成(天然免疫基因和化学合成基因的混合物)文库。人类抗体文库的开发需要从人类供体中获得B细胞，由于所需样品的特定特征，如B细胞来源，以及在研究中使用人类生物样品方面的严格规定，有时会成为瓶颈。除人类外，动物也是生成抗体文库的B细胞的重要来源。在传染病的背景下，免疫文库是非常有吸引力的选择，因为它们被设计用来反映受感染个体或免疫动物的免疫反应，反映针对该感染的有偏见的抗体基因库。这只在B细胞能够引起对感染的免疫反应的情况下是正确的。因此，对特定感染的免疫反应的性质是免疫抗体文库设计的关键，并决定了文库的效用、质量和多功能性。然而，通过免疫球蛋白基因组合混合构建的体外免疫抗体库库可能不能完全反映天然抗体库的真实性质，因为重链和轻链的随机配对可能导致折叠错误的无功能抗体克隆。在这里，我们从免疫文库的角度回顾了对不同感染的免疫反应如何影响抗感染的鉴定，并改进了免疫抗体文库用于噬菌体展示的库表示的考虑。

免疫抗体库

B细胞作为免疫系统的主要组成部分，保护我们的身体免受有害抗原的影响，在感染发生之前和之后不断产生抗体。健康状态下的抗体库具有足够的多样性，可以产生针对新感染的应答，也可以记住旧感染。B细胞的这一主要特征是通过两个主要机制实现的，即变量(V)的V(D)J重组、多样性(D)和连接(J)基因片段和体细胞超突变(SHM)。这包括在较小程度上增加抗体组库多样性的非常规次要机制，包括违反12/23重组规则的非标准重组、shm相关的基因插入和缺失、抗体的非互补决定区(non- cdr)与抗原的直接接触、翻译后修饰、构象异质性和使用非蛋白辅因子。这些机制共同导致抗体cdr的不同变化，形成主要抗原结合位点。导致成熟抗体基因产生的事件也是多方面的，因为多个可变基因的重组一开始就提供了很大的组合多样性，并进一步扩展为不同的重链(VH)和轻链(VL)组合(图1)。由于SHM和相关机制在遇到抗原时被引出，暴露于感染会影响产生的抗体库，因为抗体库会发生偏倚，并被塑造成与入侵病原体作战的抗体库。

尽管免疫抗体库在分离疾病特异性结合物方面提供了更好的前景，但目前的大多数噬菌体展示抗体方法主要集中在使用初始细胞库来制备抗传染病的单克隆抗体，正如美国食品药品监督管理局(FDA)和欧洲药品管理局(EMA)批准的大多数噬菌体展示单克隆抗体。

免疫抗体库在传染病中的应用

源自免疫抗体库的抗体具有用作诊断试剂或治疗剂的潜力。虽然从康复患者创建的免疫文库是治疗性mAb的理想选择，但也可以从免疫动物（如小鼠、鸡、美洲驼、羊驼、骆驼、绵羊、鲨鱼和非人灵长类动物）中创建免疫文库。

细菌感染

从历史上看，细菌感染用动物的抗血清治疗，后来用抗生素治疗。细菌的进化导致了耐药菌株的激增，这削弱了基于抗生素的治疗策略的疗效。因此，mAb被吹捧为抗生素耐药细菌感染的潜在替代品。一般来说，细菌毒素在增强感染方面起着重要作用。破伤风类毒素免疫文库是首批由免疫人外周B细胞库构建的组合免疫抗体库之一，从中成功分离出多个mAb，但未评估其中和潜力。

病毒感染

免疫抗体库也被广泛用于发现针对病毒感染的中和单克隆抗体，如登革热、埃博拉病毒病、乙型肝炎、人类免疫缺陷病毒(HIV)感染、流感、麻疹、狂犬病和呼吸道合胞病毒(RSV)。大多数商业化抗病毒单抗开发的共同和有效策略是在感染的初始阶段通过与病毒表面受体(如包膜糖蛋白(gp)、刺突蛋白和受体结合域(RBD))的抗体结合使病毒失活，从而抑制病毒进入宿主细胞的内化。免疫抗体库中抗体库的多样性也可用于广谱中和单克隆抗体的分离。对来自免疫抗体库的单克隆抗体进行的研究表明，单克隆抗体对来自同一家族或亚型的多种病毒的保守表位具有交叉反应性，这一点在一项关于H5N1流感的研究中得到了证明，从H5N1流感幸存者创建的组合免疫库中分离出的300多种单克隆抗体能够中和H1和H5亚型流感病毒。这说明了组合免疫文库在选择针对携带相似表位的密切相关抗原的抗体方面的应用。

寄生虫感染

由原生动物、蠕虫和体表寄生虫引起的寄生虫病也是一个主要的卫生保健负担。常见的例子之一是引起疟疾的蚊媒原生动物疟原虫。已经建立了免疫文库，用于分离针对恶性疟原虫Pfs48/45配子表面蛋白和恶性疟原虫裂殖子表面蛋白-1 Block 2区以及其他寄生虫如猪带绦虫Ts14糖蛋白和刚地弓形虫MIC2蛋白的单克隆抗体。只有针对恶性疟原虫配子细胞表面蛋白的单克隆抗体阻断了吸血后疟原虫在蚊子体内的发育。这表明了免疫文库衍生抗体在阻断寄生虫病传播方面的潜在用途。随着单克隆抗体发现技术的成熟和更多单克隆抗体的出现，有望为无有效药物治疗的感染性疾病提供更经济有效的解决方案。

免疫抗体文库不仅能够产生高亲和力的疾病特异性单克隆抗体，而且还具有产生针对其他靶蛋白的单克隆抗体的多样性，使其成为抗体噬菌体展示实验室中初始细胞文库不可缺少的替代品。