與“精準醫學”的一次邂逅
——從利用雜交瘤技術制備單抗說起

陳 潔 （江蘇省無錫市輔仁高級中學 江蘇無錫 214123）

“精準醫學”是近幾年生物醫學的高頻熱門詞匯。在人教版選修3《現代生物科技專題》中，以國內、外重大科學技術和成果為素材，構建生物科學發展與人類文明的聯系。在“動物細胞融合與單克隆抗體”一節教學中，讓學生有機會近距離接觸“精準醫學”中的探索、發展與應用，在開闊眼界的同時，激發學習熱情，增強社會責任意識。

1 “精準醫學”概述

從古至今，人類疾病帶來的災難遠超過戰爭的危害。例如14世紀歐洲爆發的鼠疫（黑死病）奪走了2 500 萬人的性命，占歐洲總人口的1／3；18世紀歐洲死于天花的人數在1.5 億以上；19世紀死于結核病的人數超過2 億。隨著抗生素的發現、疫苗的研制，這些由病原微生物引發的致病性強、致死率高的傳染病已得到有效的預防、控制和治療。但人類疾病并未偃旗息鼓，仍頑強地與醫學技術“共同進化”。近百年來，由于人類的生存條件極大改善，壽命延長，以及不可回避的環境問題，癌癥已然躍居成為威脅人類健康的最大殺手。

1.1 “精準醫學”的概念 人類與癌癥的戰斗已延續百年。從19世紀末利用X 射線殺死病灶癌細胞的放療，到20世紀中葉用氮芥治療惡性淋巴瘤的化療［1］。這些技術一路走來不斷發展，有的敵我不分，有的副作用太大，讓人愛之不能、棄之可惜。

“精準醫學”是近幾年最時髦的醫學詞匯之一，即根據每個病人的特征制定個性化治療方案。它由“個性化醫療”聯合最新的基因檢測技術發展而來。精準醫學尚處于起步階段，計劃分2 步走，第1 步側重于癌癥的預防、診斷和治療；第2 步全面推廣到各種疾病。

1.2 “精準醫學”的目標 相比傳統醫學的治“已病”，精準醫學的優勢體現在治“未病”，例如癌癥的早期診斷和預防。2014年啟動的高通量基因測序，應用于多種實體腫瘤的檢測(例如肺癌、乳腺癌、結腸癌和肝癌等)，醫生可根據基因測序的結果采取相應措施。好萊塢巨星安吉麗娜·朱莉就是精準醫學的經典案例。其家族女性高發乳腺癌，但她本人未患癌癥。她通過基因測序發現體內存在遺傳缺陷基因BRCA1，該基因可導致87%罹患乳腺癌和50%罹患卵巢癌的風險。安吉麗娜決定通過切除乳腺和卵巢降低乳腺癌和卵巢癌的發生風險。

分子生物學技術在飛速發展的同時，細胞工程技術也不甘落后。1975年英國的2 位科學家成功誘導免疫B 細胞和骨髓瘤細胞融合獲得雜交瘤細胞，利用雜交瘤細胞大量制備單克隆抗體。單克隆抗體的橫空出世，使精準醫學在癌癥的精準治療方面，實現了質的飛躍。

2 走進“精準醫學”的課堂

不同于放療與化療，抗體是癌癥治療中的完美“武器”。利用抗體與癌細胞表面抗原類物質發生特異性識別的原理，實現對癌細胞的精準定位，再結合其他化學藥物將癌細胞置于死地，此舉對正常細胞的傷害極大減少。

2.1 創新思維開辟新方向 早在19世紀后期，科學家發現給小鼠多次注射特定抗原，會刺激小鼠產生免疫反應，從小鼠的血清中能提取到抗體。但血清抗體來自多種免疫B 細胞，種類多，針對特定抗原的抗體純度低、特異性差。若能獲得識別特定抗原（表位）的特異性單克隆免疫B 細胞，由其增殖產生的抗體（單克隆抗體），則純度高、特異性強。這種完美的“武器”為癌癥靶向治療開辟了新方向。

科學家發現，自然界中存在被病毒感染后的動物細胞融合成多核細胞的現象。科學家利用這一自然現象在體外成功誘導動物細胞融合，并將雜交細胞培養成活。這為雜交瘤細胞的融合與培養提供了技術支持。除了病毒誘導外，化學試劑、太空微重力條件下電融合等手段也在不斷改進與創新，雜交瘤細胞融合和培養的成功率不斷攀升。

2.2 科學探索制造新產品 無論通過什么手段誘導細胞融合，融合產物都非常復雜。有未融合的細胞、相同類型融合的細胞，以及不同類型融合的細胞（圖1）。所以必須經過篩選才能獲得由不同類型融合的雜交瘤細胞。

圖1 誘導動物細胞融合

細胞合成DNA 通常有2 條途徑：1）主要途徑，利用糖和氨基酸合成核苷酸，進而合成DNA。2）替代途徑，通過HGPRT 利用核苷酸的前體合成核苷酸，進而合成DNA。

在基本培養基中添加次黃嘌呤（hypoxanthine-H）、甲氨蝶呤（aminopterin-A）和胸腺嘧啶核苷（thymidine-T）3 種成分，稱其為HAT 培養基，它能對誘導融合后的不同類型細胞進行篩選。其中，A 可阻斷DNA 合成的 第1 條途徑，H 和T 則是替代途徑中合成核苷酸的原料。

實驗中的小鼠骨髓瘤細胞是一類HGPRT 代謝缺陷型細胞。因此在HAT 培養基中，未融合與融合的骨髓瘤細胞在甲氨蝶呤A 的阻遏下不能合成DNA，細胞因無法增殖而死亡（圖2）。未融合與融合的免疫B 細胞，因本身不具備增殖能力，5～7 d 也凋亡了。最終在HAT 培養基中，只有雜交瘤細胞可通過替代途徑合成DNA，細胞正常增殖而存活下來。HAT 培養基能篩選出雜交瘤細胞。

圖2 HAT 培養基篩選雜交瘤細胞

第1 次篩選能獲得若干雜交瘤細胞，它們不僅具有無限增殖的能力，也含抗體基因，但基因的存在并不決定其是否表達。所以眾多雜交瘤細胞有些不產生抗體，有些產生專一抗體（效價有區別），還有些產生非專一抗體。

第2 次篩選是為了獲得能產生專一抗體的雜交瘤細胞。將雜交瘤細胞培養液通過有限稀釋的方法將細胞分開，再進行細胞的克隆化培養，獲得單克隆細胞群。最后利用抗體篩選技術，例如酶聯免疫吸附測定（ELISA）、免疫熒光標記法（IFA）等，對單克隆細胞產生的抗體進行陽性檢測，即可篩選出能產生專一抗體的雜交瘤細胞（圖3）。

圖3 篩選產生專一抗體的雜交瘤細胞

有很多方法可利用雜交瘤細胞生產特異性強、靈敏度高的單克隆抗體。目前最常用的方法是向小鼠體內注射雜交瘤細胞，制備腹水。先向小鼠腹腔注射0.5 mL 液體石蠟，1～2 周后向腹腔注射1×106個雜交瘤細胞，接種7～10 d 后，腹腔滲透壓升高致使體液滲入腹腔形成腹水，采集腹水，其單克隆抗體的濃度可達5～20 mg／mL。體外也可大量培養雜交瘤細胞，收集培養液的上清液也可提取單克隆抗體。單克隆抗體的濃度僅為10～60 μg／mL，若大量生產，成本較高。

單抗制備過程非常繁瑣復雜。生物科技的奇妙之處在于“巧奪天工”，借助自然提供的“工作母機”改造自然。科學家歷經幾十年的不斷探索、改進和完善實驗流程，最終成功打造出優于血清抗體的單抗產品，并成功應用于新藥研發，診斷與治療多種疾病。

2.3 生物技術打造新產業 單抗藥物是由單抗和化學藥物組合成的“生物導彈”，其特異性靶向癌細胞的能力，不僅可減少對正常細胞的傷害，還能有效減少藥物的劑量。相比放療和化療，單抗藥物具有明顯優勢。單抗產業展示了蓬勃發展的市場前景。例如美國食品與藥品管理局在1998年批準了“赫賽汀”上市，用于治療女性發病率最高的乳腺癌。該藥在國內售價高達2.5 萬元／支。患者一個療程至少需要14 支。為了延續生命，患者不得不使用如此昂貴的天價藥。全球單抗產業的銷售額從1999年12 億美元不斷攀升，2004年103 億美元，2009年400 億美元，2015年980 億美元［2］。這組數據顯示生物技術產業的良好前景，以此鼓勵學生學好生物學，同時引導學生感受肩上的責任。

3 “精準醫學”的價值體現

3.1 醫學價值 抗原-抗體特異性識別與結合是單抗藥物用于精準治療和診斷的基礎。由于單抗藥物的特異性和靶向性，近年來其在癌癥診斷和治療中具有不可或缺的一席之地。除此以外，其在自身免疫疾病、心血管疾病、器官移植排斥等領域也有了長足的進展。例如臨床上用丙種球蛋白預防病毒性肝炎、麻疹、風疹；用類風濕因子診斷類風濕性關節炎；還可用于治療免疫缺陷性疾病等。

然而單抗并非盡善盡美。臨床上最早使用的單抗是鼠源性的。1986年首個鼠源單抗藥物誕生，人體使用存在免疫排斥反應。1984年出現嵌合重組抗體技術，直到1994年美國才批準首個嵌合抗體藥物上市。1997年首個人源化單抗藥物誕生，這是利用蛋白質工程對鼠源性的抗體基因進行人工改造，運用基因工程大量制備獲得的。這項工程技術的不斷成熟正推動著單抗藥物在醫學診斷治療中的飛速發展。

3.2 情感教育價值 單抗藥物是針對某一特定疾病（很多都是小眾化群體）的診斷與治療，因其使用范圍非常有限，藥物研制的高昂成本推高了藥物的價格。電影《我不是藥神》從社會的角度，反映了普通百姓用不起天價抗癌藥的心酸，也反映了制藥企業因研發成本高昂無法大幅降價的無奈。這組矛盾的沖突可作為鼓勵學生的基點，讓其體會到高中階段所學的生物學知識，將來大有用武之地。也許有一天單抗藥物就像抗生素一樣普及，這將福澤千千萬萬需要治療的患者。通過課堂鼓勵學生參與社會熱點話題，逐步培養學生的社會責任意識。

從人類醫學的發展史不難看出，科技的飛速發展改善人們的生活，也改變人類生活的環境。環境和環境生物也正以前所未有的速度與人類一起演化，并反作用于人類。人類不可能將所有疾病及相關的病原微生物徹底消滅，唯我獨尊。通過課堂教學，學生能體會到只有遵循生命發展的規律，與自然和諧共存，逐步構建結構與功能、穩態與平衡、進化與適應的科學觀念。

3.3 對“精準教學”發展的啟示 醫學需要靶向和精準，教學也是如此。教學也要提倡“精準教學”。“精準教學”是20世紀60年代提出的一種教學方法。是指教師根據課程標準、教材和學生情況，遵循教學認知規律，聚焦課堂教學價值，把握教學目標和內容，構建教學結構，細化教學流程，促進學生獲得整合、協調、可持續的發展，實現預期目標的活動過程。即教學目標精準、教學過程精準、教學效果精準。教學的靶點就是個性化的學生，教師應精細化研究學生的共性和差異，精準指導教學過程的開展、教學目標的落實和教學效果的反饋。

隨著大數據時代的到來，“精準教學”將迎來春天。用人工智能助力教學發展，以大數據為基礎的學習數據采集、發展性評價、個性化學習資源推薦等，為學生提供個性化學習方案，為教育工作者減負增效，真正將精準教學、因材施教落到實處。