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經驗分享：納米抗體技術應用的最新進展

健康知識養生常識

1993年科學家首次報道了駱駝中存在一種天然缺失輕鏈、通過重鏈上的可變區結合抗原的重鏈抗體(heavychainantibodies,HCAb) ， 之后陸續在羊駝、單峰駝和美洲駝等駝科[1] ， 以及鯊魚、鰩魚等軟骨魚中同樣發現了類似結構的抗體[2] 。 人們在重鏈抗體可變區片段(variabledomainoftheheavychainofheavy-chainantibody,VHH)基礎上開發了一種僅由重鏈可變區構成的單域抗體(singledomainantibody,sdAb) ， 長4nm ， 直徑2.5nm ， 分子量為12–15kDa[3] ， 是目前已知最小的活性抗原結合蛋白 ， 僅為傳統抗體大小的十分之一[4] ， 也被稱為納米抗體(nanobody,Nb) ， 其獨特的結構和優越的特性使其成為多領域的研究熱點 。 駱駝是絲綢之路文化的象征 ， 寧夏回族自治區位于絲綢之路上 ， 駱駝資源豐富且有著得天獨厚的自然養殖條件 ， 全國約有駱駝30萬峰 ， 主要分布在內蒙古、新疆、青海、甘肅、寧夏等地區約110萬km2的干旱荒漠草原上 ， 本實驗室作為西部特色生物資源保護與利用教育部重點實驗室 ， 立足西部地區牛羊養殖業、馬鈴薯產業、中藥材產業和生物發酵產業等特色資源和優勢產業 ， 針對制約產業發展的關鍵技術問題開展科學研究 ， 現已開展部分研究工作對駝源納米抗體在小分子化合物檢測和病原菌感染方面進行了基礎性探究 。
1納米抗體優勢
納米抗體抗原結合區由單個域組成 ， 分子量小 ， 組織滲透性高 ， 可快速、均勻擴散 ， 利于其穿透致密組織發揮作用 ， 為各類疾病提供新的治療方法[5-6]；Nb的VHH域與傳統抗體的重鏈可變區(variableregionoftheheavychainofconventionalantibodies,VH)域有較高的同源性 ， 同人源抗體VH相比 ， VHH有較長的互補決定區(complementaritydeterminingregion1,CDR1)和CDR3區 ， 伸長的CDR3環為納米抗體的多種研究提供了可能 ， 且與傳統抗體的VH結構域[7](圖1)相比 ， Nb的框架區(frameworkregion,FR)內維持VH/VL相互作用的疏水氨基酸突變為親水氨基酸 ， 提高了溶解性和穩定性[8] ， 因此通過設計可實現人源化改造；可能由于Nb凸起的對角和靈活的長CDR3環 ， 形成loop環與蛋白質空間構象上的裂隙和空腔結合 ， 從而能識別空腔和隱蔽的凹形表位如酶活性位點和隱匿病毒表位 ， 這意味著Nb有助于預測新的潛在生物靶標及發現新的藥理靶點 ， 還可用作酶抑制劑[9]；Nb在惡劣環境如極端溫度和pH條件下表現出優異的耐受性 ， 更易于儲存和運輸[10]；Nb目前已經容易大規模、低成本地在多種系統中表達 ， 具備易篩選和純化、相對較低的生產成本等優點 ， 在大腸桿菌和酵母或哺乳動物細胞中目前已可高水平表達 ， 且在煙草植物、擬南芥、水稻、大豆等植物表達系統中已成功表達了納米抗體 ， 此表達系統顯示出了獨特的優越性[11-12]；此外通過基因工程操作可實現重塑化設計 ， Nb的可組合性意味著通過寡聚可增加其親和性或血清半衰期 ， 進而發揮藥物在靶器官內的功能 ， 目前除了單價納米抗體 ， 人們致力于雙價VHH、雙特異性VHH、多價VHH以及融合VHH的研究 ， 來增強其對目標的特異性以及功能性等特性 ， 即有利于藥物發揮其高效作用[13] 。 納米抗體具有分子小、水溶性好、親和性和穩定性高、特異性強、易于表達生產且能進一步修飾等優點 ， 在多個領域內都有極大的應用前景(表1) 。
經驗分享：納米抗體技術應用的最新進展
文章圖片
VH、VHH結構示意圖[7]Fig.1Schematicdiagramo
2檢測、診斷和治療
2.1小分子化合物檢測
納米抗體在環境污染物、生物毒素等小分子化合物的檢測中不僅降低了檢測下限 ， 提高了靈敏度和精確度 ， 而且通過優化測定過程 ， 能夠實現快速簡便的檢測 ， 推動免疫檢測方法和傳感技術的快速發展 ， Nb在競爭性ELISA法、免疫PCR、熒光偏振免疫分析和橫流免疫分析等免疫檢測技術的研發中取得了令人滿意的成果[36] 。