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他山之石,可以攻玉——从新冠肺炎志愿者体内获取抗体,治疗新型冠状病毒感染的策略

作者:邹义洲、余波光    来源自:中国免疫学会    点击数:13670   发布时间:2020-02-14

       “他山之石,可以攻玉”是一句出自《诗经》的古老成语,但它启发了我们寻找治疗新型冠状病毒肺炎的新方法。在还没有抗病毒特效药物的情况下,借用已康复患者体内含有抗病毒特异性抗体的免疫球蛋白,来治疗较严重的新型冠状病毒肺炎患者,可能是快速有效的方法,该方法已得到专家、学者和官方的高度重视,并已写入《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》指南。
       本文想要介绍一种获取“他山之石”--- 康复患者体内特异性抗病毒抗体的新方法,即使用蛋白A免疫吸附方法,从康复患者体内快速大量制备含有抗病毒特异性抗体的免疫球蛋白,而对抗体捐献者---康复患者又不会有伤害。
       一、康复患者体内抗体是对抗病毒感染的快速有效的治疗手段
       1、病毒感染后,人体会快速产生针对病毒的特异性抗体
       人体免疫系统受到抗原(如病毒)刺激后,B细胞被诱导增殖,并分化成熟为浆细胞,浆细胞能产生一类特异性结合病毒蛋白(病毒抗原)的免疫球蛋白,即抗体(所有的抗体都是免疫球蛋白,抗体是功能上的命名,免疫球蛋白是结构上的命名)。抗体能特异性地识别并帮助机体清除病原体,是机体对付病原入侵(如病毒感染)的重要武器。抗体有五类(IgG、IgA、IgM、IgE和IgD),机体初次受到抗原刺激时,最先产生IgM抗体,是抗感染的先头部队,存在于血液中;随后人体将快速产生大量IgG,分布于血液和组织液中,抗病毒作用最强,是抗感染的主力部队,IgG持续时间长,是血液中含量最多的一类抗体;接下来还产生IgA抗体,分泌到人体对外接触的腔道粘膜表面,属于抗感染的边防军,发挥免疫防御作用。当然,也还可产生少量的IgD和IgE抗体。
       研究发现,绝大多数急性病毒感染性疾病发病1周后出现特异性抗体IgM,但IgM4周后基本转阴,而IgG持续时间长,下降缓慢。在非典时期,科学家们就发现了针对SARS冠状病毒(SARS-CoV)抗体的变化规律,IgM抗体在发病10至14天时出现并很快达到高峰, 90天时基本消失。IgG型抗体可在10至14天时检测到,但滴度较低,60天时达到高峰,90天后仍维持在高水平。并且所有参加调查的康复期患者都发现有IgG型抗体存在,这些抗体赋予了康复患者抵御同种病毒再次攻击的能力[1],即我们所说的获得免疫力。对于引发本次疫情的新型冠状病毒,三叶草2月11日宣布成功表达“S-三聚体”疫苗,并在多例病毒感染患者康复后的血清中已经检测到病毒特异性抗体[2]
       2、康复患者体内产生的抗病毒特异性抗体,能有效地治疗病毒感染患者
       康复期患者体内的抗病毒抗体是人体清除抗病毒快速有效的武器。“血清抗体疗法”最早可追溯至1891年,德国医生埃米尔•贝林用白喉外毒素免疫动物获得的含有白喉抗毒素的血清(后来知道是其中抗体成分发挥作用),注射给了一例白喉病女孩,随后小女孩的病情明显好转,康复出院。贝林也因这一历史成就于1901年获第一届诺贝尔生理学或医学奖[3]
       此后,“血清抗体疗法”广泛地应用于脊髓灰质炎、流感、埃博拉等传染性疾病的救治。在2003年的非典期间,解放军第302医院传染病专家姜素椿在抢救重症病人时被感染了SARS病毒,患病后的姜素椿在自己身上大胆试验,注射非典康复患者的血清,取得了成功,重新投入抗击非典的战斗[4]。香港中文大学医学院也在SARS期间推出血清疗法,输入康复者血清的20例患者不仅实现了零死亡,病程还缩短了一半[4]。而台湾地区有3名医务工作者在感染SARS病毒后,采用康复者的血浆治疗,在血液中病毒载量很高的情况下,输注康复者的血浆24小时后,血液中的病毒就被清除了,最后3名医务工作者都健康出院[5]。除此之外,不少科研文献也报道了血清抗体疗法的有效性。2015年英国研究人员为了给中东呼吸综合征(MERS)的紧急治疗提供可行的治疗方案和依据,对过去32个用康复者血浆/血清治疗SARS或流感的研究进行了汇总分析,结论认为该疗法可明显降低病毒载量和患者死亡率[6]。另外,中国香港的研究人员设计了一个多中心、随机、双盲、对照试验,利用从康复者捐献的血浆中提取的抗体,治疗严重甲型H1N1流感患者,结果发现在发病后5天内使用抗体治疗,可有效降低死亡率和病毒载量[7]
       国家卫建委发布的《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案》,在试行第四版就已经将“恢复期血浆治疗”写入指南,为利用康复患者抗体治疗本次新冠肺炎提供了规范和伦理支持。中国工程院院士陈薇在接受《中国科学报》采访时也谈及“在缺乏疫苗和特效药的前提下,康复患者的血浆是临床特异性治疗最可及的资源”[8]。甚至已经有医院开始付诸实践,深圳市第三人民医院在其公布的深圳版方案中,提到“遇到危重症、重症患者且病毒持续存在者,在有条件情况下建议采用恢复期血浆或特异性抗体治疗。”[9]
       因此,康复患者的抗体完全可以在这次抗击新型冠状病毒肺炎疫情中发挥重要作用。那么,我们怎样才能利用有限的康复患者的抗体在当前抗击疫情战斗中发挥作用呢?有没有更安全,更实用和更高效的获取这种抗体的方法?与传统的提取血浆、血清或丙种球蛋白治疗方法比较,这种方法的优势在哪?
       二、蛋白A免疫吸附法可以快速大量地从康复患者体内制备抗病毒抗体
       1、获得抗病毒特异性抗体的方法
       根据目前的生物学和医疗技术,获得抗病毒特异性抗体的方法主要有三种:
       1)免疫动物,获取动物产生的抗病毒特异性抗体
       上文提到的德国医生埃米尔•贝林就是用毒素免疫豚鼠、兔子,后来有科学家为了提高抗体产量,使用了马血清。给患者直接使用这种动物来源的抗血清,由于副作用太大,现已基本弃用。当然,也可以使用单克隆抗体制备技术,制备高效的单克隆抗体,这是个很有效的方法,但需要至少3-6个月的时间,大敌当前,远水解不了近渴。
       2)应用基因工程技术,制备抗体
       康复患者体内存在可产生抗病毒特异性抗体的B细胞,筛选出这些细胞,通过序列分析得到抗病毒特异性抗体的基因编码序列,然后通过基因工程的方法在体外制备这些抗体(即基因工程重组抗体)。这种抗体具有高亲和力、高特异性、毒副作用小、可大量制备的特点,可以有效对抗病毒,但是这种方法难度大、耗时长,也难以在迅速发展的重大疫情面前发挥作用。
       3)感染康复的志愿者捐献:
       获取康复患者体内特异性抗体的传统方法有两种。第一种是抽取志愿者静脉血,体外分离血浆,再将血浆直接输注到患者体内。这种方法简单易行,SARS期间的血浆治疗就是采用这种方案。第二种方法是采集康复患者的血浆,在体外通过一系列的生产工艺分离和纯化抗体,制成丙种球蛋白制剂,再静脉注射给患者。
       这两种方法都需要康复患者先捐献血液或血浆,其主要局限性在于志愿者能捐献的血液或血浆量都非常有限。一般情况下,一次献血(全血)不超过400ml(内含血浆约200-240ml),并且半年内只能捐献一次。因此,能治疗的患者非常有限,可能一次捐献的血浆最多只能治疗一例患者,甚至需要多位患者捐献的血浆才能治疗一例患者。在上述中国香港完成的那个多中心、随机、双盲、对照试验中,研究人员从680例康复患者捐献的276升血浆中提取的抗体,仅仅只能用于治疗17例患者,平均每例患者用量约24克[7]。所以,这两种方法在临床使用中非常受限,难以普遍推广。
       为了克服上述两种方法的局限性,新的方法应运而生。第三种方法是使用蛋白A免疫吸附的方法,从康复的志愿者体内采集大量抗体,这种方法安全、高效和实用。人体内的抗体存量是很大的,一个体重60kg的正常人血循环中就含有IgG(主要抗体类型)17.5-40克,还不包括广泛分布于人体组织液中的抗体;而且IgG的半衰期约21天,产生快。因此,可以通过志愿者体外血液循环,使用蛋白A免疫吸附法,获取大量含有抗病毒特异性抗体的免疫球蛋白,而且可以多次提取。
       2、获得特异性抗体不同方法的比较
       以上几种获得抗病毒特异性抗体的方法比较如下:

方法

有效性

安全性

及时性

疫情期间

临床推广潜力

免疫动物

★★★★

★★★

★★

基因工程抗体

★★★★★

★★★★

感染康复者捐献

直接使用人体血浆

★★★★★

★★★★

★★★★★

★★★

从血浆中提取抗体

★★★★★

★★★★★

★★★★★

★★★

直接从人体血液中提取抗体

★★★★★

★★★★★

★★★★★

★★★★★

         3、蛋白A免疫吸附产品简介
       目前,我国已研发出可应用于临床治疗的蛋白A免疫吸附产品,这款高科技医疗器械产品主要是从患者体内分离和清除自身抗体,应用于自身免疫性疾病和器官移植排斥反应的治疗。根据相关信息,该产品自2016年应用于临床治疗以来,已经在全国上百家医院完成上千例患者的治疗,安全性和有效性已得到充分证实。
       既然蛋白A免疫吸附法可以安全、有效、快速地从人体内分离出抗体,那么也可以将分离出来的抗体收集、处理和再利用,应用于临床治疗和科研。将该产品用于康复志愿者捐献抗体采集时,可以直接从体内快速大量制备抗体,操作相对简易,在医院内具有血液净化或体外循环条件的科室均可进行。
       4、蛋白A免疫吸附制备抗体的原理
       蛋白A免疫吸附柱从人体血液中提取抗体的原理是:蛋白A免疫吸附柱中有一种基因工程重组的葡萄球菌蛋白A,蛋白A可以选择性结合IgG,能快速牢固地“抓住”流经吸附柱的抗体,而对其他血浆成分统统“放行”,再返回人体内。当吸附抗体处于饱和时,再用一种酸性溶液洗脱吸附柱,蛋白A又可以“松开”抗体,这样就能获得纯净的抗体(参见下图)。具体的实施步骤如下:
       1)通过体外循环,将血液从体内一侧静脉血管引出,经血浆分离器,把血细胞与血浆分开,血浆经过蛋白A免疫吸附柱,选择性地吸附血浆中的免疫球蛋白,吸附后的血浆和血细胞会合后,从另一侧静脉血管再回输入体内。
       2)被吸附的免疫球蛋白通过酸性溶液洗脱下来,收集并中和后,即可获得含康复患者抗体的溶液。
       3)吸附柱用中性溶液冲洗、平衡并恢复至中性后,可以恢复吸附能力,继续进行下一次的免疫球蛋白吸附循环。
       4)如此循环操作,即可大量提取康复志愿者体内的免疫球蛋白。
 

蛋白A免疫吸附柱直接提取体内抗体过程示意图
 

       5、蛋白A免疫吸附方法的突出优点
       蛋白A免疫吸附直接提取康复患者体内抗体,解决了传统方法受制于血浆捐献量有限的缺陷,具有以下突出优点:
       1)可以从康复患者体内大量制备含有抗病毒特异性抗体的免疫球蛋白。蛋白A免疫吸附方法每次可从一例康复患者体内分离出15-20克免疫球蛋白,一般而言,捐献者可以多次捐献,每隔几天就可以捐献一次。而传统方法每次仅能利用或提取约2-3克,只能每半年捐献一次。因此,该方法可获得抗体的量远远高于前述两种传统方法。
       2)对康复患者的健康影响更小。捐献者不会丢失除免疫球蛋白以外的任何血液成分,研究表明,免疫球蛋白的下降并不会导致感染风险的增加[10]。此外,还可以给捐献者输注正常人丙种球蛋白。因此,该方法对康复患者的健康影响很小。
       3)安全性更高。大量的临床应用表明,一方面,由于仅提取抗体,对其血容量无任何改变,对捐献者更安全。另一方面,获得的抗体成分已经去除了除抗体以外的其他成分,大大减少接受者可能出现的交叉感染、过敏反应等风险,安全性更高。
       三、结语
       综上所言,康复患者体内抗体是对抗病毒的快速有效的方法,直接提取康复患者体内抗体的“抗体疗法”,可以高效快速利用这些宝贵的抗病毒特异性抗体于临床治疗,在理论上是有效的,技术上是可行的。但目前还缺乏临床实际应用资料,还需要我们去进行临床试验,获取更多的临床应用数据和经验。期望在临床医生、科研人员和生产企业等多方的共同努力下,把这种新的“抗体疗法”尽快应用于临床,为战胜新型冠状病毒肺炎疫情做出重要贡献!


       参考资料:
       1. 广东发现非典抗体变化规律。羊城晚报。http://news.southcn.com/gdnews/hotspot/gdfk/ym/200306010432.htm
       2. 三叶草生物成功表达新冠病毒重组“S-三聚体”疫苗并证实多例康复病人抗体阳性。医药魔方。
       3. 医学诺贝尔之路(1901):圣诞节的传奇拯救。http://group.medlive.cn/topic/11025.
       4. 冯欢, 张立洁. 姜素椿,很遗憾,血清疗法没有推广[J]. 三月风, 2007, No.270(05):26-27.
       5. Yeh KM, et al. Experience of using convalescent plasma for severe acute respiratory syndrome among healthcare workers in a Taiwan hospital[J]. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2005, 56(5): 919-922.
       6. Mair-Jenkins J, Saavedra-Campos M, Baillie J K, et al. The effectiveness of convalescent plasma and hyperimmune immunoglobulin for the treatment of severe acute respiratory infections of viral etiology: a systematic review and exploratory meta-analysis[J]. The Journal of infectious diseases, 2015, 211(1): 80-90.
       7. Hung IFN, et al. Hyperimmune IV immunoglobulin treatment: a multicenter double-blind randomized controlled trial for patients with severe 2009 influenza A(H1N1) infection. Chest 2013, 144(2):464-473.
       8. 清远第二例患者治愈出院-志愿捐献血浆用于重症病人治疗和科学研究。http://ep.ycwb.com/epaper/ycwb/html/2020-02/03/content_6_233257.htm
       9. 深圳市第三人民医院(国家感染性疾病临床医学研究中心)新型冠状病毒肺炎诊疗方案:http://www.szdsyy.com/News/95f9086c-adc1-4a99-9fee-343e14ab8018.html
       10. Tselmin S,et al. Low rate of infectious complications following immunoadsorption therapy without regular substitution of intravenous immunoglobulins. Atheroscler Suppl 2017, 30:278-282.

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