纳米抗体的性质及其应用

纳米抗体的性质及其应用PropertiesandapplicationofsingledomainantibodyfragmentsGUKai1，ZHANGJuan1，ZHANGCheng-hai2，WANGMin11ChinaPharmaceuticalUniversity，Nanjing*，Jiangsu，China；2.ShanghaiCPGuojian，Shanghai*，China）Abstract：Heavy-chainantibody

（HCAb）

lackinglightchainexistsnaturallyincamel.ThevariabledomainofHCAb

，thesmallestfunctionalantigen-bindingfragmentisreferredtonanobody，whichmolecularweightis15kD.Theyarewellexpressedandhaveahighstabilityandsolubility.Asanewtypeantibodyinbasicresearch

，drugdevelopmentanddiseasediagnosis，nanobodyhasabroadapplicationprospects.Thismini-reviewoffersanoverviewofitspropertiesandtherapeutic.Keywords：Heavy-chainantibody

；Nanobody

；Diagnose

；Therapy因为在疾病诊断与治疗方面的广泛应用，近

20年来重组抗体技术得到迅速的发展。老例抗体是由两条完好同样的重链和两条完好同样的轻链组成（图1a）。经过分子生物学的技术和手段，将抗体重链可变区和轻链可变区连结构成各种小分子抗体如ScFv、Diabody（图1a），不单保留了完好的抗原结合部位，并且拥有较好的亲和力。但是，这些小分子抗体特别是多价形式的小分子抗体的表达很复杂。骆驼体内存在的缺失轻链的抗体，只含有重链，所以又叫做重链抗体（图1b）。其N端结构域（VHH也许纳米抗体）能直接鉴别结合特异性抗原。VHH是可结合抗原的最小功能单位，其相对分子质量仅为传统抗体的1/10左右，大小为15kD，直径2.2nm，高度4.8nm，又被称作纳米抗体。目前，经过噬菌体，酵母和核糖体展现技术，从免疫，非免疫和半合成纳米抗体库[2-4]中精选抗原特异性纳米抗体的方法已经成立。图1抗体的结构表示图纳米抗体的结构与性质1.1纳米抗体的结构

纳米抗体只有一个结构域，没有

Fc段，进而避免了

Fc段引起的补体反应。与老例抗体的可变区相似，

VHH

包括

4个框架区形成基本骨架，

3个互补决定区是抗原结合的主要部位。与老例

VH对照，

VHH

框架区序列的同源性高达

80%。经过序列解析和结构解析，揭穿了

VHH

拥有一些独到的特点。

VHH中位于

FR2的

4个氨基酸（

F37、E44、R45、G47）与

VH

中同样地址的氨基酸不同样。这几个在

VH

中是高度守旧的疏水性氨基酸，而在

VHH中是亲水性氨基酸，增添了

VHH

的水溶性。与老例抗体的

VH

对照，VHH的CDR1可变性更高，CDR3区更长，形成一个突出的环，较长的CDR3环与CDR1或FR2形成一个二硫键来牢固构象。因为VHH只有一个结构域，比老例抗体小好多，所以在好多方面有广泛应用。1.2热牢固性1.3特异性纳米抗体除了能够鉴别一些老例的表位外，因为其分子量很小，CDR3区较长，形成的环向外延伸，还能够鉴别老例抗体没法识其余抗原表位，比方酶的活性位点和一些守旧的凹陷的表位。但是，一些半抗原和小分子多肽，平时结合在VH-VL的缝隙中，很难和VHH结合。1.4组织浸透性纳米抗体的分子量很小，很简单从肾小球滤过，致使VHH很快从血浆中除去，使VHH的半衰期很短。别的，VHH有很高的组织浸透作用，VHH很简单偶联一些毒素进入细胞内，Cortez-Retamozo等利用纳米抗体偶联毒素物质作用于肿瘤细胞，其穿透性好，特异的作用于肿瘤细胞，不会引起其余组织损害。1.5表达性VHH平时在原核系统中表达，氨基酸的差别对表达量有很大的影响。研究发现有几种形式的序列与表达量亲密相关。

①含有

N端糖基化位点的序列，在酵母中的表达量显然提升。

②与老例

VH

相似的VHH，在酵母中的表达量会降落。③C端未形成二硫键的半胱氨酸会降低VHH表达量。④VHH中一些位于FR2地域的一些亲水性氨基酸能够显然增添其在E.coli中的表达量。其余，一些多聚形式的的VHH表达量和单体的表达量对照显然降落。纳米抗体的应用目前，对纳米抗体的应用主要依靠其结构和功能特异性，因为其高的牢固性和亲和力使得其在好多方面拥有广泛的应用。本文主要针对纳米抗体在疾病的诊断和治疗方面的应用进行说明。表1显示了一些纳米抗体在相关疾病治疗方面的应用。2.1成立多价和多特异性抗体VHH分子量小，结构简单，易于操作，常用于成立多种不同形式的抗体。这些不同形式的抗体在诊断和治疗疾病方面拥有好多老例抗体没有的长处：结合同一个抗原上的周边的多个表位，进而提升对该抗原的亲和力；能够偶联毒性物质，如对细胞有毒药物、放射性物质等。2.2作为细胞内抗体抗体作用于细胞内的单位而起作用，抗衡体的稳定性提出了更高的要求。因为细胞内是还原性环境，不利于二硫键的形成，所以需要二硫键牢固的老例抗体在在细胞内不能够牢固存在而没有功能。纳米抗体的高牢固性，可溶性以及高表达性使其特别适合用作细胞内抗体。Gueorguieva等利用噬菌体展现技术从驼源的纳米抗体库中精选得到特异性结合介导细胞凋亡的蛋白Bax的抗体，此抗体能够在胞浆中牢固的存在，与Bax结合，控制氧化应激引诱的细胞凋亡，可用于神经退行性疾病的治疗。2.3用作肿瘤的诊断和治疗抗肿瘤研究存在两大难题：①初期诊断、②靶向治疗。此两者不单要求药物在体内迅速到达疾病部位，并且要求对正常组织损害降到最低。目前已有多种抗体药物可供治疗肿瘤。但是因为这些抗体属于大型蛋白质，难以穿透肿瘤细胞；并且他们的复杂结构使得大批生产特别困难且昂贵，所以在治疗癌症方面仍有改进空间。纳米抗体远小于老例抗体，且保有对肿瘤具专一性的特点；其牢固，分子量小，属水溶性蛋白质，使生产更简单且低价。所以，在肿瘤的诊断与治疗方面比其余抗体更具优势。研究表示一种与表皮生长因子竞争的纳米抗体，与表皮生长因子受体结合，以阻拦表皮生长因子与其特异性受体结合，进而阻断其信号通路，控制肿瘤重生血管的形成。2.4用于神经性疾病的治疗药物透过血脑屏障正确到达疾病发生部位，是神经性疾病治疗面对的一大挑战。利用纳米抗体可有效的解决这一问题，将神经性药物连接到特异的纳米抗体，该抗体能将药物运输到大脑的特定部位，使药物发挥疗效。纳米抗体分子量小，牢固性高，组织浸透性强，耐高温、pH、盐等特点，使其在这方面的应用有很大的优胜性。Muruganandam等利用噬菌体展现技术成功精选出两个特异性纳米抗体FC5和FC44，体外体内试考据明这两种抗体能有效透过血脑屏障到达靶部位，为纳米抗体应用于神经性疾病的治疗确立了基础。最后，纳米抗体作为一种新式抗体，拥有完好的抗原结合能力。其分子量小、特异性强、组织浸透性高以及易于表达等优胜性，使其在抗炎、抗感染及风湿性疾病等方面也拥有很大的发展远景。结论自1993年重链抗体发现以来，纳米抗体已经获得了迅速的发展。在应用方面VHH拥有好多老例抗体没有的优势。纳米抗体作为最小的拥有完好功能的抗原结合片段，具备亲和力高、牢固性好、相对分子质量小、组织穿透力强、免疫原性低、易于操作等老例抗体所不具备的优胜性，在疾病的治疗和诊断以及食品查验等领域等都有着广阔的应用空间。但是，将纳米抗体应用