获得 2018 年诺贝尔化学奖的「噬菌体展示」技术是什么，目前有哪些应用？ 第1页

做了phage display十多年，感觉得奖还是实至名归。这个设计实在太巧妙。。。技术是建立在分子生物学和微生物学发展之上， 是表型，扩增和选择的完美统一。在90年代初各种条件非常非常落后的情况下，能做出这样的抗体基因库，并从这个库里找到药王阿达木单抗(Humira，全球销售第一)，简直是空前绝后登峰造极。时至今日，做一个好库也不是容易事。display (包括 phage，yeast，ribosome)技术和转基因小鼠技术互补，或者组合应用，未来一段时间仍然是全人源抗体药物发现的绝对主流技术。也是优化人源化抗体的关键技术。他们当初可能没想到是phage display可以和自动化机器人高通量筛选，下一代基因测序等最先进技术结合，更加强大，意义也上升为分子定向进化，进化论的活学活用。

噬菌体展示可以研究蛋白互作，特别是抗体和药靶蛋白互作，今年生理学奖PD1/PD-L1的单抗药有一个是用噬菌体展示筛到的。来讲讲它为什么能获化学奖。

生物体中，分子间相互作用很重要。蛋白之间相互促进抑制，抗体和靶标识别，都得先发生互作。

怎么找蛋白的互作蛋白呢？

目前方法有三个：酵母双杂交，噬菌体展示，免疫共沉淀。分别说说具体原理。

酵母双杂交，Yeast Two Hybrid：

要找蛋白A（bait，鱼饵）的互作蛋白，先把蛋白A转进酵母，愿者上钩。

另一边，不知道互作蛋白是什么，准备一个包含各种蛋白的库，转进另一些酵母，每个酵母表达不一样的蛋白。这些蛋白是池塘（pool），里面有我们要的“鱼”（prey）。

把含鱼饵蛋白A的酵母，和含一整个蛋白库的酵母杂交生育，它们的后代包含“鱼饵”和“鱼”两种蛋白。鱼蛋白绑定DNA结合元件，鱼饵蛋白绑定转录激活元件。如果“鱼饵”能结合“鱼”，激活元件被拉到DNA上，激活下游基因表达，酵母变蓝色（如图）。

这样，蛋白A找到了互作蛋白，就好像“鱼饵”找到对应的“鱼”。

噬菌体展示，Phage Display：

同样是找鱼饵蛋白A的互作蛋白，噬菌体展示原理和酵母双杂很像，只不过从酵母改成噬菌体。

把鱼饵蛋白A体外表达出来，交联到平板或珠子上。

接着把一整个“池塘”的基因构建到噬菌体的衣壳蛋白DNA上，转到大肠杆菌里，生产噬菌体。每个噬菌体表面随机带有一个蛋白，“池塘”就准备好了。

接着往平板的鱼饵蛋白上倒噬菌体，鱼饵蛋白和鱼蛋白结合，所对应的噬菌体留在平板上。如此结合了洗，结合了洗，过个好几遍，结合力最强的鱼蛋白和噬菌体留到最后。

通过对平板上的噬菌体测序，就知道鱼饵蛋白A结合了哪条“鱼”。

免疫共沉淀，Co-Immunoprecipitation：

这个方法和前面两个不太一样，细胞裂解后，直接把鱼饵蛋白A用抗体抓下来，上面带有鱼饵蛋白的结合蛋白，用质谱鉴定这些蛋白是什么。

抗体抓鱼饵蛋白，是免疫；把“鱼”也抓下来，就是共沉淀，所以这方法叫免疫共沉淀。

噬菌体展示和抗体药：

光从研究蛋白质互作角度，噬菌体展示无非一种技术，为什么这次能拿奖？

因为目前它对筛抗体药非常重要。

癌症药物治疗，往往会封闭一些药靶蛋白，以此堵住整个癌症恶化过程。以前大家喜欢用小分子化合物封闭药靶，但筛药过程耗时耗力，不如用抗体结合封闭药靶。

怎么找能结合药靶的抗体？

这就用到噬菌体展示了。

把抗体可变区放到噬菌体衣壳蛋白上，药靶蛋白放平板上，噬菌体结合洗脱几遍，就能筛到和药靶蛋白结合的抗体，比之前的小分子化合物筛选更方便。

今年诺贝尔生理学奖PD-1/PD-L1的单抗药销量前三甲中，罗氏/基因泰克的Tecentriq就是用噬菌体展示筛到的。

另两个药 默沙东-先灵葆雅的Keytruda，百时美施贵宝的Opdivo，是用杂交瘤产人源化单抗做出来的。

杂交瘤在1984年拿了诺贝尔奖。这次轮到噬菌体展示，也算是对抗体药两大技术的重要肯定。

为什么蛋白定向进化和噬菌体展示同时获奖？

目前噬菌体展示筛抗体药的后期，如果嫌天然抗体结合力依然不够，可以对候选抗体做随机诱变（蛋白定向进化），用噬菌体展示继续筛几轮。筛到抗体结合特异性和结合能力让人满意为止。

噬菌体展示筛抗体，也会用到蛋白定向进化。两者都算是在微尺度上对单分子的改造 筛选 和探索，所以一起拿化学奖也合情合理。

另外，今年物理学奖的光镊，也是对单分子和细胞的精细操作。再结合生理学奖癌症免疫抗体药跟噬菌体展示的关系，物化生三个诺奖互有联系，也反映了当下学科交叉的重要。