烟草植物表达基孔肯雅病毒中和单克隆抗体的特性研究及其在低成本生产平台中的应用

为解决基孔肯雅病毒(CHIKV)缺乏经济可及性治疗手段的问题，研究人员探索了利用烟草植物(N. benthamiana)表达中和单克隆抗体(mAbs)的可行性。研究成功表达了5种抗CHIKV的IgG mAbs，其结合动力学与中和活性与哺乳动物细胞表达抗体相当，为资源有限地区提供了低成本、易转移的生产方案。

　　

基孔肯雅病毒(CHIKV)是一种通过蚊子传播的病原体，自1952年在坦桑尼亚首次被发现以来，已扩散至全球六大洲。感染后患者会出现类似流感的症状、皮疹以及严重的关节疼痛，其中高达40%的病例可能发展为持续数月的慢性关节炎。尽管2023年美国批准了首款CHIKV疫苗IXCHIQ^?，但针对该病毒的特异性抗病毒疗法仍属空白。当前治疗主要依赖镇痛药和非甾体抗炎药缓解症状，无法从根本上解决问题。

单克隆抗体(mAbs)作为精准医疗的重要工具，在癌症和自身免疫疾病领域广泛应用，但在传染病领域尤其是中低收入国家(LMICs)的疾病防控中仍面临巨大挑战。传统哺乳动物细胞培养生产的mAbs成本高昂，例如针对埃博拉病毒的Inmazeb需要三种抗体组合以规避病毒逃逸，进一步增加了治疗成本。世界卫生组织(WHO)特别指出，这种经济壁垒使得mAbs难以在疾病流行最严重的LMICs推广。

为解决这一全球健康难题，由Hotung Charitable Foundation和欧盟地平线2020计划资助的研究团队，创新性地利用烟草植物(Nicotiana benthamiana)作为生物反应器，生产抗CHIKV的中和抗体。研究人员选择了五种具有明确保护效果的mAbs：三种来自小鼠的嵌合抗体(CHK-152、CHK-166、CHK-263)和两种从患者B细胞分离的人源抗体(5F10、8B10)。这些抗体此前已在动物模型中证实能有效预防感染，并在感染后60小时内给药仍可限制病毒扩散至关节组织。

研究采用植物密码子优化技术，通过农杆菌介导的瞬时表达系统在烟草叶片中生产全长IgG抗体。表达量呈现显著差异，其中CHK-152达到最高产量64.7 mg/kg鲜叶重量，而人源抗体5F10仅15 mg/kg。通过蛋白A亲和层析纯化后，SDS-PAGE电泳显示植物表达抗体与哺乳细胞生产的对照抗体具有相似的轻链(25 kDa)和重链(50 kDa)条带模式。

在功能验证方面，表面等离子共振(SPR)分析显示植物表达的CHK-152对CHIKV E2糖蛋白的亲和力(K_D=2.1 nM)与哺乳细胞版本相当。更关键的是，体外中和实验证实这些抗体能有效抑制三种CHIKV基因型(亚洲型、东/中/南非型和西非型)的感染，半数抑制浓度(IC₅₀)介于0.5-5 μg/mL之间。特别值得注意的是，CHK-152和8B10对目前流行株系保持高度中和活性，这对应对病毒变异具有重要意义。

讨论部分指出，这项研究首次系统评估了植物平台生产抗CHIKV抗体的可行性。虽然部分抗体(如5F10)的产量仍需优化，但整体结果表明植物表达系统能保留抗体的关键功能特性。与需要生物安全二级(BSL-2)设施的哺乳细胞培养相比，植物生产仅需温室环境，大幅降低基础设施投入。研究者估算，在规模化生产条件下，植物平台的成本可降至传统方法的1/10，这对希望建立本地化生产的LMICs极具吸引力。

该研究的创新点在于将植物生物制药技术拓展至虫媒病毒领域，为应对CHIKV流行提供了切实可行的解决方案。论文发表在《Journal of Biotechnology》，其成果不仅适用于CHIKV，也为其他热带病毒抗体(如登革热、寨卡病毒)的低成本生产提供了技术范式。正如通讯作者Julian K-C. Ma强调的，这种"可转移、低成本、低技术门槛"的生产模式，有望改变全球健康产品研发的地缘格局，让疾病负担最重的地区真正掌握治疗自主权。

主要技术方法包括：1) 农杆菌介导的植物瞬时表达系统；2) 蛋白A亲和层析纯化；3) 表面等离子共振(SPR)结合动力学分析；4) 空斑减少中和试验(PRNT₅₀)；5) SDS-PAGE和Western blot质量检测。使用的CHIKV毒株包含三种基因型的代表性株系，抗体来源包括小鼠杂交瘤和患者CD40激活的B细胞。

研究结果部分显示：

1. mAb表达：五种抗体在烟草中成功表达，产量差异反映不同抗体对植物表达系统的适应性。
2. 质量表征：电泳和色谱分析证实植物抗体具有完整的IgG结构，糖基化模式与哺乳细胞产品存在可接受差异。
3. 功能验证：SPR证明抗原结合活性保留，中和实验显示对多基因型病毒均有抑制效果。

结论部分指出，植物表达系统生产的抗CHIKV mAbs在功能上与哺乳细胞产品相当，虽然产量优化仍是挑战，但该平台为资源有限地区提供了可行的抗体生产途径。研究者建议下一步应开展田间种植规模试验，并评估抗体在非人灵长类动物模型中的治疗效果，以加速临床转化。这项技术的成功开发，标志着全球健康产品研发模式的重要转变，使抗体疗法真正成为可及性公共卫生解决方案。