納米抗體的性質(zhì)及其應(yīng)用

納米抗體的性質(zhì)及其應(yīng)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?yàn)樵诩膊≡\斷與治療方面的廣泛應(yīng)用，近

20年來重組抗體技術(shù)得到迅速的發(fā)展。老例抗體是由兩條完好同樣的重鏈和兩條完好同樣的輕鏈組成（圖1a）。經(jīng)過分子生物學(xué)的技術(shù)和手段，將抗體重鏈可變區(qū)和輕鏈可變區(qū)連結(jié)構(gòu)成各種小分子抗體如ScFv、Diabody（圖1a），不單保留了完好的抗原結(jié)合部位，并且擁有較好的親和力。但是，這些小分子抗體特別是多價(jià)形式的小分子抗體的表達(dá)很復(fù)雜。駱駝體內(nèi)存在的缺失輕鏈的抗體，只含有重鏈，所以又叫做重鏈抗體（圖1b）。其N端結(jié)構(gòu)域（VHH也許納米抗體）能直接鑒別結(jié)合特異性抗原。VHH是可結(jié)合抗原的最小功能單位，其相對(duì)分子質(zhì)量僅為傳統(tǒng)抗體的1/10左右，大小為15kD，直徑2.2nm，高度4.8nm，又被稱作納米抗體。目前，經(jīng)過噬菌體，酵母和核糖體展現(xiàn)技術(shù)，從免疫，非免疫和半合成納米抗體庫[2-4]中精選抗原特異性納米抗體的方法已經(jīng)成立。圖1抗體的結(jié)構(gòu)表示圖納米抗體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.1納米抗體的結(jié)構(gòu)

納米抗體只有一個(gè)結(jié)構(gòu)域，沒有

Fc段，進(jìn)而避免了

Fc段引起的補(bǔ)體反應(yīng)。與老例抗體的可變區(qū)相似，

VHH

包括

4個(gè)框架區(qū)形成基本骨架，

3個(gè)互補(bǔ)決定區(qū)是抗原結(jié)合的主要部位。與老例

VH對(duì)照，

VHH

框架區(qū)序列的同源性高達(dá)

80%。經(jīng)過序列解析和結(jié)構(gòu)解析，揭穿了

VHH

擁有一些獨(dú)到的特點(diǎn)。

VHH中位于

FR2的

4個(gè)氨基酸（

F37、E44、R45、G47）與

VH

中同樣地址的氨基酸不同樣。這幾個(gè)在

VH

中是高度守舊的疏水性氨基酸，而在

VHH中是親水性氨基酸，增添了

VHH

的水溶性。與老例抗體的

VH

對(duì)照，VHH的CDR1可變性更高，CDR3區(qū)更長，形成一個(gè)突出的環(huán)，較長的CDR3環(huán)與CDR1或FR2形成一個(gè)二硫鍵來牢固構(gòu)象。因?yàn)閂HH只有一個(gè)結(jié)構(gòu)域，比老例抗體小好多，所以在好多方面有廣泛應(yīng)用。1.2熱牢固性1.3特異性納米抗體除了能夠鑒別一些老例的表位外，因?yàn)槠浞肿恿亢苄?，CDR3區(qū)較長，形成的環(huán)向外延伸，還能夠鑒別老例抗體沒法識(shí)其余抗原表位，比方酶的活性位點(diǎn)和一些守舊的凹陷的表位。但是，一些半抗原和小分子多肽，平時(shí)結(jié)合在VH-VL的縫隙中，很難和VHH結(jié)合。1.4組織浸透性納米抗體的分子量很小，很簡單從腎小球?yàn)V過，致使VHH很快從血漿中除去，使VHH的半衰期很短。別的，VHH有很高的組織浸透作用，VHH很簡單偶聯(lián)一些毒素進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，Cortez-Retamozo等利用納米抗體偶聯(lián)毒素物質(zhì)作用于腫瘤細(xì)胞，其穿透性好，特異的作用于腫瘤細(xì)胞，不會(huì)引起其余組織損害。1.5表達(dá)性VHH平時(shí)在原核系統(tǒng)中表達(dá)，氨基酸的差別對(duì)表達(dá)量有很大的影響。研究發(fā)現(xiàn)有幾種形式的序列與表達(dá)量親密相關(guān)。

①含有

N端糖基化位點(diǎn)的序列，在酵母中的表達(dá)量顯然提升。

②與老例

VH

相似的VHH，在酵母中的表達(dá)量會(huì)降落。③C端未形成二硫鍵的半胱氨酸會(huì)降低VHH表達(dá)量。④VHH中一些位于FR2地域的一些親水性氨基酸能夠顯然增添其在E.coli中的表達(dá)量。其余，一些多聚形式的的VHH表達(dá)量和單體的表達(dá)量對(duì)照顯然降落。納米抗體的應(yīng)用目前，對(duì)納米抗體的應(yīng)用主要依靠其結(jié)構(gòu)和功能特異性，因?yàn)槠涓叩睦喂绦院陀H和力使得其在好多方面擁有廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)納米抗體在疾病的診斷和治療方面的應(yīng)用進(jìn)行說明。表1顯示了一些納米抗體在相關(guān)疾病治療方面的應(yīng)用。2.1成立多價(jià)和多特異性抗體VHH分子量小，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，常用于成立多種不同形式的抗體。這些不同形式的抗體在診斷和治療疾病方面擁有好多老例抗體沒有的長處：結(jié)合同一個(gè)抗原上的周邊的多個(gè)表位，進(jìn)而提升對(duì)該抗原的親和力；能夠偶聯(lián)毒性物質(zhì)，如對(duì)細(xì)胞有毒藥物、放射性物質(zhì)等。2.2作為細(xì)胞內(nèi)抗體抗體作用于細(xì)胞內(nèi)的單位而起作用，抗衡體的穩(wěn)定性提出了更高的要求。因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)是還原性環(huán)境，不利于二硫鍵的形成，所以需要二硫鍵牢固的老例抗體在在細(xì)胞內(nèi)不能夠牢固存在而沒有功能。納米抗體的高牢固性，可溶性以及高表達(dá)性使其特別適合用作細(xì)胞內(nèi)抗體。Gueorguieva等利用噬菌體展現(xiàn)技術(shù)從駝源的納米抗體庫中精選得到特異性結(jié)合介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的蛋白Bax的抗體，此抗體能夠在胞漿中牢固的存在，與Bax結(jié)合，控制氧化應(yīng)激引誘的細(xì)胞凋亡，可用于神經(jīng)退行性疾病的治療。2.3用作腫瘤的診斷和治療抗腫瘤研究存在兩大難題：①初期診斷、②靶向治療。此兩者不單要求藥物在體內(nèi)迅速到達(dá)疾病部位，并且要求對(duì)正常組織損害降到最低。目前已有多種抗體藥物可供治療腫瘤。但是因?yàn)檫@些抗體屬于大型蛋白質(zhì)，難以穿透腫瘤細(xì)胞；并且他們的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使得大批生產(chǎn)特別困難且昂貴，所以在治療癌癥方面仍有改進(jìn)空間。納米抗體遠(yuǎn)小于老例抗體，且保有對(duì)腫瘤具專一性的特點(diǎn)；其牢固，分子量小，屬水溶性蛋白質(zhì)，使生產(chǎn)更簡單且低價(jià)。所以，在腫瘤的診斷與治療方面比其余抗體更具優(yōu)勢。研究表示一種與表皮生長因子競爭的納米抗體，與表皮生長因子受體結(jié)合，以阻攔表皮生長因子與其特異性受體結(jié)合，進(jìn)而阻斷其信號(hào)通路，控制腫瘤重生血管的形成。2.4用于神經(jīng)性疾病的治療藥物透過血腦屏障正確到達(dá)疾病發(fā)生部位，是神經(jīng)性疾病治療面對(duì)的一大挑戰(zhàn)。利用納米抗體可有效的解決這一問題，將神經(jīng)性藥物連接到特異的納米抗體，該抗體能將藥物運(yùn)輸?shù)酱竽X的特定部位，使藥物發(fā)揮療效。納米抗體分子量小，牢固性高，組織浸透性強(qiáng)，耐高溫、pH、鹽等特點(diǎn)，使其在這方面的應(yīng)用有很大的優(yōu)勝性。Muruganandam等利用噬菌體展現(xiàn)技術(shù)成功精選出兩個(gè)特異性納米抗體FC5和FC44，體外體內(nèi)試考據(jù)明這兩種抗體能有效透過血腦屏障到達(dá)靶部位，為納米抗體應(yīng)用于神經(jīng)性疾病的治療確立了基礎(chǔ)。最后，納米抗體作為一種新式抗體，擁有完好的抗原結(jié)合能力。其分子量小、特異性強(qiáng)、組織浸透性高以及易于表達(dá)等優(yōu)勝性，使其在抗炎、抗感染及風(fēng)濕性疾病等方面也擁有很大的發(fā)展遠(yuǎn)景。結(jié)論自1993年重鏈抗體發(fā)現(xiàn)以來，納米抗體已經(jīng)獲得了迅速的發(fā)展。在應(yīng)用方面VHH擁有好多老例抗體沒有的優(yōu)勢。納米抗體作為最小的擁有完好功能的抗原結(jié)合片段，具備親和力高、牢固性好、相對(duì)分子質(zhì)量小、組織穿透力強(qiáng)、免疫原性低、易于操作等老例抗體所不具備的優(yōu)勝性，在疾病的治療和診斷以及食品查驗(yàn)等領(lǐng)域等都有著廣闊的應(yīng)用空間。但是，將納米抗體應(yīng)用