纳米抗体的特征及应用

2018-01-10 16:03:48

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单独克隆并表达出来的VHH结构具有与原重链抗体相当的结构稳定性以及与抗原的结合活性,是目前已知的可结合目标抗原的最小单位。

在骆驼科动物外周血液中存在一种天然缺失轻链的抗体,该抗体只包含一个重链可变区(VHH)和两个常规的CH2与CH3区,但却不像人工改造的单链抗体片段(scFv)那样容易相互沾粘,甚至聚集成块。单独克隆并表达出来的VHH结构具有与原重链抗体相当的结构稳定性以及与抗原的结合活性,是目前已知的可结合目标抗原的最小单位。VHH晶体为2.5nm,长4nm,分子量只有15Kda,由于其尺寸处于纳米级别,也被称作纳米抗体(Nanobody,Nb)。

 

纳米抗体结构:
 


A. 传统IgG四链抗体;B. 骆驼血液中的重链抗体;C. 纳米抗体。

 


纳米抗体序列优化:

纳米抗体VHH表面大概只有10个氨基酸和人VH不同,其中在FR2位置有四个特异的氨基酸:普通抗体的FR2中V37、G44、L45和W47这4个氨基酸残基是在进化中相当保守的疏水性残基;而在VHH中,它们突变为亲水性的氨基酸残基F37、E44、 R45、G47,增加了VHH的溶解性。所以,利用这一特性将人源抗体VH结构域FR2中的一些氨基酸进行VHH特征性改造,可以获得稳定性好、溶解性好,并且保持原有抗体特异性和亲和力的VH抗体,从而完成纳米抗体的序列优化。

 

纳米抗体特性:
纳米抗体只有一个结构域,没有传统抗体的Fc段,从而避免了Fc段引起的补体反应;纳米抗体的单域性质使其较普通抗体具有一些独特性质。
1.高耐性和稳定性
将不同的纳米抗体在37℃放置1周,结果其抗原结合活性均在80%以上,表明纳米抗体在室温下保存相当稳定,这使其比常规抗体更易于储藏和运输。
在恶劣条件,如在高热、离液剂、存在蛋白酶和极度pH值变性的条件下(如胃液和内脏中),正常抗体会失效或分解,而纳米抗体仍具有高度的稳定性。
2.高抗原结合性
纳米抗体较长的CDR3,可形成一稳定的暴露的凸环结构(凸环中具有稳定结构的二硫键),能够深入抗原内部以更好的结合抗原从而提高了其抗原特异性和亲和力。
3.低免疫原性
纳米抗体因其相对分子质量很小且只有一个结构域,所以对人体的免疫原性较弱,与人的生物相容性较好。
4.较强的组织穿透力
纳米抗体具有强而快的组织穿透能力,可以进入致密的组织如实体瘤发挥作用;并且多余未结合的纳米抗体能够很快的被清除,这相对于单克隆抗体组织穿透力差,不易被清除的不足,更有利于疾病的诊断。另外,纳米抗体能够有效的穿透血脑屏障,这样的特性为脑部给药提供了新方法,有望成为治疗老年痴呆症的新药。
5.高水溶性、高表达性
正常抗体VH结构域单独表达时通常形成包涵体,或者暴露的疏水域相互黏附;而纳米抗体VHH由于其FR2中的疏水残基被亲水残基所取代,使得纳米抗体的水溶性增加,聚合性减少;而且即使以包涵体形式表达,也很容易复性,这样可以大大提高作为药物的利用率。
因纳米抗体分子量小、结构简单,由单一的基因编码,所以它很容易在微生物中合成,能在噬菌体、酵母等微生物中大量的表达,而且其相对价格低廉、可进行大规模生产,易于普及和应用。

 

纳米抗体类型:


纳米抗体的应用:
目前,纳米抗体的应用主要依靠其结构和功能特异性,对其进行基因改造,使其携带特定的结构,应用领域主要集中在以下几块:
1.生命科学研究
纳米抗体可用于构建多种分子结构,中和细胞因子及某些可溶性蛋白,作为细胞内抗体,还可特异性识别、中和病毒及其它致病微生物的特殊结构蛋白,以协助宿主抗感染免疫防御。
2.用于疾病的诊断和治疗
由于纳米抗体具有高抗原特异性和亲和力,可用于靶向肿瘤特异抗原,将肿瘤治疗药物投放至病灶,发挥有效的肿瘤杀伤作用,目前已研发出多种抗肿瘤和肿瘤新生血管中过表达受体的特异性纳米抗体。另外,运用纳米抗体策略研究治疗性药物已基本成熟,还可利用噬菌体-纳米抗体展示技术筛选针对不同抗原的特异性纳米抗体。
3.用于食品安全及环保领域的检测
利用探针能与待测物质特异性结合的性质可以检测食品中的有毒有害物质,用于食品有毒物质的检测。利用纳米抗体控制荧光蛋白的荧光特性,选择性增强或猝灭荧光,用荧光探针技术可有效提高毒素、农兽药残留物等物质的分析检测灵敏度。

 

 

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