噬菌体展示
噬菌体展示（Phage Display）是一种用于筛选与进化蛋白质、多肽或抗体的革命性体外选择技术，被誉为生物制药领域的“体外进化引擎”。该技术由 George P. Smith 于 1985 年首创，并由 Greg Winter 爵士进一步发展用于抗体工程，两人因此共同获得了 2018 年诺贝尔化学奖。其核心原理是将外源蛋白的基因融合到噬菌体（通常是 M13噬菌体）的衣壳蛋白基因中，使外源蛋白展示在噬菌体表面（表型），同时其编码基因包裹在噬菌体内部（基因型）。这种“基因型-表型物理链接”（Genotype-Phenotype Linkage）使得研究者能够通过多轮“淘选”（Biopanning），从含有数千亿变体的文库中高效筛选出对特定靶标具有高亲和力的抗体或多肽，彻底改变了现代药物发现的模式。全球药王修美乐（Humira）即是该技术的首个重磅成果。
技术原理：从文库到单克隆
噬菌体展示的核心流程被称为“生物淘选”（Biopanning），这是一个模拟达尔文自然选择的循环过程：
生物淘选循环示意图
- 1. 文库构建 (Library Construction)：
利用 PCR 技术扩增抗体可变区基因（如 scFv 或 Fab），将其克隆到噬菌粒（Phagemid）载体中。一个高质量的文库可包含 1010-1011 种不同的克隆。 - 2. 表面展示 (Display)：
当辅助噬菌体（Helper Phage）感染宿主菌后，外源蛋白与噬菌体衣壳蛋白（通常是 pIII）融合表达，展示在噬菌体尖端。每个噬菌体表面展示一种抗体，内部携带该抗体的 DNA 编码。 - 3. 淘选循环 (Panning Cycle)：
结合 (Binding)： 将噬菌体文库加入固相化了靶抗原的孔板中。
洗涤 (Washing)： 洗去未结合或结合力弱的噬菌体。
洗脱 (Elution)： 改变 pH 值或离子强度，将高亲和力的噬菌体洗脱下来。
扩增 (Amplification)： 感染大肠杆菌进行扩增，进入下一轮筛选。
应用领域：全人源抗体的工厂
| 应用场景 | 技术优势 | 经典案例 |
|---|---|---|
| 全人源抗体发现 | 无需免疫动物，直接从人源文库中筛选。彻底解决了鼠源单抗的HAMA反应（人抗鼠抗体）。 | 阿达木单抗：全球首个噬菌体展示技术产出的全人源抗体，无需人源化改造。 |
| 亲和力成熟 | 通过易错 PCR 构建突变文库，在体外模拟体细胞高频突变，将抗体亲和力从微摩尔级提升至皮摩尔级。 | 雷珠单抗 (Lucentis)：通过亲和力成熟优化，使其能极高效地结合 VEGF。 |
| 多肽药物筛选 | 筛选能结合受体的小分子多肽，用于激动剂开发或药物递送载体。 | 罗米司亭 (Romiplostim)：一种模拟 TPO 功能的肽体药物。 |
相比杂交瘤技术的变革
- 速度与规模： 传统杂交瘤技术需要免疫动物数月，受限于免疫耐受；而噬菌体展示只需几周，且能针对有毒抗原或非免疫原性抗原进行筛选。
- 人源化程度： 杂交瘤产出的是鼠抗，必须经过复杂的人源化改造（CDR移植）；噬菌体展示可直接使用全人源天然文库（Naive Library）或合成文库，一步到位。
学术参考文献与权威点评
[1] Smith GP. (1985). Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. Science.
[开山之作]：George Smith 首次证明了外源肽段可以融合到丝状噬菌体表面的 pIII 蛋白上，并保持噬菌体的侵染能力，宣告了噬菌体展示技术的诞生。
[2] McCafferty J, Griffiths AD, Winter G, Chiswell DJ. (1990). Phage antibodies: filamentous phage displaying antibody variable domains. Nature.
[抗体革命]：Greg Winter 团队首次成功将单链抗体 (scFv) 展示在噬菌体表面并筛选出结合溶菌酶的抗体。这篇论文标志着抗体工程摆脱了对免疫动物的依赖，是全人源抗体时代的起点。
[3] Marks JD, et al. (1991). By-passing immunization. Human antibodies from V-gene libraries displayed on phage. Journal of Molecular Biology.
[全人源化]：详细描述了如何从人体外周血淋巴细胞构建天然抗体文库，证明了完全可以在体外筛选出高特异性的人源抗体。