康曉圳，曹佳莉，張保惠，袁權(quán)

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單域抗體的研究和應(yīng)用進展

康曉圳1,3，曹佳莉1,3，張?；?,3，袁權(quán)2,3

1 廈門大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，福建 廈門 361102 2 廈門大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院，福建 廈門 361102 3 國家傳染病診斷試劑與疫苗工程技術(shù)研究中心，福建 廈門 361102

傳統(tǒng)IgG抗體分子一般由輕鏈和重鏈組成，輕鏈包含1個可變區(qū) (VL) 和1個恒定區(qū) (CL)，重鏈包含1個可變區(qū) (VH) 和3個恒定區(qū) (CH1，CH2，CH3)。單域抗體 (Single domain antibody，sdAb)，是指缺失抗體輕鏈而只有重鏈可變區(qū)的一類抗體，因其分子量小，也被稱為納米抗體 (Nanobody)。20世紀90年代，單域抗體最早在駱駝科動物中被發(fā)現(xiàn)，之后在護士鯊、大星鯊和鰩魚等軟骨魚綱動物中也發(fā)現(xiàn)了類似的抗體。單域抗體雖然結(jié)構(gòu)簡單，但仍然可以達到與傳統(tǒng)抗體相當甚至更高的與特異抗原結(jié)合的親和力。相比于傳統(tǒng)抗體，單域抗體具有分子量小、穩(wěn)定性強、易于重組表達等優(yōu)點。近年來在生物學(xué)基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用方面均備受關(guān)注并被廣泛應(yīng)用。文中將從單域抗體的結(jié)構(gòu)特征、理化性質(zhì)、篩選方法及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用進展進行綜述。

重鏈抗體，單域抗體，駱駝，納米抗體

傳統(tǒng)抗體分子(IgG) 在結(jié)構(gòu)上是由兩條相同的重鏈和兩條相同的輕鏈組成，此種結(jié)構(gòu)在哺乳動物中均是非常保守的?？贵w分子的輕鏈包含了1個VL區(qū)和1個CL區(qū)(圖1)，而重鏈則擁有1個VH區(qū)和3個CH區(qū)(CH1、CH2和CH3)。VH區(qū)和VL區(qū)之間通過二硫鍵相互連接形成抗體的可變區(qū)(Fv)，是抗體識別抗原的最小單位，抗體可變區(qū)的序列差異決定了抗體能夠特異地識別不同的抗原。而CL區(qū)和CH區(qū)則是相對保守的，被稱為抗體的恒定區(qū)，其中CH區(qū)的CH2和CH3兩個區(qū)域?qū)τ诳贵w招募免疫細胞發(fā)揮ADCC (抗體依賴的細胞介導(dǎo)的細胞毒性作用) 和CDC (補體依賴的細胞毒性作用) 功能有著重要的 作用[1-2]。

無論是駱駝科動物來源的HcAb還是軟骨魚來源的IgNAR，其特異性結(jié)合抗原的均為單一重鏈的可變區(qū)，分別被稱為VHH (Variable domain of heavy chain of heavy-chain antibody，VHH) 和VNAR (Variable domain of new antigen receptor，VNAR)。采用分子生物學(xué)技術(shù)直接克隆并重組表達VHH或VNAR，可獲得只含有單個結(jié)構(gòu)域的最小單元抗原結(jié)合片段，被稱為單域抗體(Single-domain antibodies，sdAbs)，亦被稱為納米抗體(Nanobody)。單域抗體通常只由110–130個氨基酸組成，分子量僅有12–15 kDa，遠遠小于傳統(tǒng)完整抗體(150–160 kDa) 及其Fab片段(約50 kDa)，但卻能具備與傳統(tǒng)抗體相似或更高的特異性抗原親和力。單域抗體固有的分子量小、理化特征穩(wěn)定、親和力高和易于重組表達制備的特點使得其在被發(fā)現(xiàn)后備受關(guān)注，經(jīng)過20多年的研究，在免疫研究、診斷檢測、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)成像、治療性抗體發(fā)展等領(lǐng)域的應(yīng)用均取得了積極進展。文中主要從sdAbs的結(jié)構(gòu)和理化特征、篩選和制備方法、在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用等方面總結(jié)分析了單域抗體的新近研究進展，并展望了其進一步發(fā)展和應(yīng)用的前景以及面臨的問題。

圖1 傳統(tǒng)抗體與重鏈抗體的結(jié)構(gòu)對比示意圖

1 單域抗體的理化性質(zhì)

相比于傳統(tǒng)抗體而言，單域抗體有著獨特的理化性質(zhì)。主要包括以下幾點：1) 單域抗體的分子量小，因為沒有輕鏈的存在，單域抗體VHH的大小只有15 kDa左右，鯊魚來源的單域抗體VNAR因為缺少CDR2區(qū)(Complementarity- determining region 2，互補決定簇2)，只有12 kDa左右，是已知的最小的抗原結(jié)合單位。這一特點使得其相對易于攜帶靶向藥物進入細胞內(nèi)部或穿越血腦屏障發(fā)揮作用。2) 單域抗體具有更好的溶解度和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)抗體VH的FR2區(qū)域通常會包含數(shù)個相對保守的疏水氨基酸，利于與VL通過疏水相互作用結(jié)合，但在VHH中這段區(qū)域常是暴露的，因此這幾個氨基酸被演化替換成親水性的氨基酸，例如，在傳統(tǒng)抗體的VH中第37位的Val、第44位的Gly、第45位的Leu和第47位的Phe/Trp等疏水氨基酸，在駱駝科動物VHH中被相應(yīng)替換為Phe/Tyr(aa37)、Glu/Gln (aa45)、Arg/Cys (aa45)、Gly/Arg/Leu/Ser(aa47)等相對親水性更強的氨基酸[7-8]。這些氨基酸改變使得VHH在蛋白可逆折疊、熱穩(wěn)定性和抗蛋白降解等方面的性質(zhì)相較于傳統(tǒng)抗體更優(yōu)。一些單域抗體可以耐受2.3–3.3 mol/L的鹽酸胍以及60–80 ℃的高溫[9]。此外，VHH除形成Ig分子保守的FR1 (Framework region 1，框架區(qū)域1) 和FR3 (Framework region 3，框架區(qū)域3) 間的二硫鍵外，還可能形成連接CDR1 (Complementarity- determining region 1，互補決定簇1) 和CDR3 (Complementarity-determining region 3，互補決定簇3) 或者連接CDR2和CDR3之間的額外二硫鍵，從而進一步提高VHH構(gòu)象結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[10-12]，這些二硫鍵甚至可以讓單域抗體不被胃蛋白酶和糜蛋白酶降解，因此有些單域抗體可以口服應(yīng)用[10]。3) 單域抗體的CDR3較長，使其與抗原的結(jié)合方式更加靈活，此種結(jié)構(gòu)特征使得單域抗體可以結(jié)合抗原凹狀的隱藏表位，例如病毒的隱藏表位[13]和酶/受體蛋白分子的激活位點等[14-15]。4) 與傳統(tǒng)的鼠單克隆抗體相比，駱駝單域抗體的免疫原性更小，鼠源抗體與人源抗體的差異較大，導(dǎo)致其免疫原性強，一般需要經(jīng)過復(fù)雜的人源化才能得到進一步的應(yīng)用，而駱駝抗體的VH和人抗體的VH相似度很高，易于進行人源化改造和臨床應(yīng)用。

2 單域抗體篩選方法

2.1 基于噬菌體表面展示技術(shù)的單域抗體 篩選

噬菌體表面展示技術(shù)最早由Smith等在1985年發(fā)展出來，該技術(shù)的核心是將目的基因通過基因工程方法融合表達在噬菌體外殼蛋白基因中，使其展示在噬菌體表面，進而可通過特異性富集篩選獲得攜帶有靶蛋白/多肽的噬菌體，再進行克隆化和序列測定，并最終獲得靶蛋白/多肽的DNA編碼序列。這一技術(shù)借助噬菌體的高擴增性，將基因型和功能表型(結(jié)合活性) 結(jié)合在一起，是一種非常高效的篩選系統(tǒng)[16]。

由于不存在傳統(tǒng)抗體的輕重鏈匹配問題，單域抗體更適合采用噬菌體展示文庫技術(shù)進行篩選。噬菌體單域抗體文庫一般分為三大類：免疫庫、天然庫和全合成庫。免疫庫是指從預(yù)先免疫過的動物(如羊駝等) 體內(nèi)通過特異性富集靶抗原特異的B細胞基因，并擴增獲得重鏈抗體VH基因而構(gòu)建的單域抗體表達文庫，通常只需較小庫容即可篩選到高親和力抗體。免疫庫的受限因素在于免疫原的特征，不同免疫原在動物中的體液免疫應(yīng)答強弱和表位差異均可能影響最終獲得抗體的質(zhì)量和多樣性，最終篩選到的抗體同質(zhì)化(如識別的表位相同等) 程度較高。天然庫是采用未經(jīng)靶抗原免疫動物的B細胞擴增全部重鏈抗體VH基因構(gòu)建的單域抗體文庫。從天然庫中篩選獲得高親和力單域抗體的成功率基本與庫容成正比，理論上只要所構(gòu)建的抗體庫庫容和多樣性足夠大(>109CFU/mL)，即可從中篩選到針對各種靶抗原的高親和力單域抗體，甚至是針對哺乳 動物中高度保守的抗原(類似自身抗原) 的單域抗體。盡管天然庫已具有較高多樣性，但由 于在實際建庫操作中，會因抗體基因家族的偏向性以及先天免疫耐受導(dǎo)致的克隆缺失等原因?qū)е驴寺《鄻有缘慕档?。直接采用基因合成方法?gòu)建的合成單域抗體庫可通過調(diào)節(jié)抗體分子中抗原結(jié)合區(qū)域附近的骨架區(qū)域來進一步提高庫的多樣性，也可直接基于人源化的VHH分子骨架進行合成構(gòu)建。Moutel等新近采用全合成的方法構(gòu)建了人源化的通用單域抗體庫NaLi-H1，庫容達到3×109CFU/mL，并從中成功篩選到若干針對不同靶標的高親和力單域抗體(親和力達到10–9CFU/mL– 10–10mol/L)[17]。

噬菌體展示技術(shù)篩選抗體的流程一般包括以下幾點(圖2)：1) 抗體基因片段的獲取。取羊駝或鯊魚的外周血，采用淋巴細胞分離液分離得到淋巴細胞，提取淋巴細胞的總RNA，通過RT-PCR逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，采用巢式PCR兩步法擴增VHH基因，最后將VHH基因克隆到噬菌體載體上，克隆構(gòu)建完成后可用二代測序的方法來質(zhì)控文庫質(zhì)量。2) 目的基因的淘選。先將噬菌體文庫與不帶有目的抗原的封閉液共孵育，進行負選，減少非特異性反應(yīng)，提高抗體淘選的效率。再將抗原固定到固相載體上(聚苯乙烯板或者磁珠) 進行淘選。淘選一般要進行多輪，每輪淘選后可采用Phage-ELISA檢測，直到能檢測到明顯的富集效果。3) 抗體的表達純化。將目的抗體基因序列克隆到表達載體上，可以通過原核表達系統(tǒng)或真核表達系統(tǒng)進行表達。

2.2 基于酵母表面展示技術(shù)的單域抗體篩選

酵母屬于真核的單細胞生物，用于抗體展示技術(shù)的酵母一般是釀酒酵母，這種酵母有大約200 nm厚的細胞壁，出芽的酵母細胞壁表面有凝集素蛋白，可以與相對交配型的酵母上的Aga2p蛋白結(jié)合，單域抗體便是以融合蛋白的形式與Aga2p蛋白融合表達并展示于酵母細胞表面[18-20]。

酵母展示抗體庫的篩選方法一般采用磁珠輔助的細胞分選(MACS)和流式細胞分選(FACS)，MACS的主要作用是為了減少非特異性結(jié)合，通常會在MACS篩選過后的基礎(chǔ)上進行多輪的FACS篩選[20-21]。

圖2 噬菌體抗體庫的建立和篩選流程

相比于噬菌體展示技術(shù)，酵母展示技術(shù)既有優(yōu)勢也有不足。一方面酵母屬于真核細胞，抗體的翻譯后修飾與哺乳動物細胞類似，糖基化后的抗體穩(wěn)定性高，同時也避免在哺乳動物表達系統(tǒng)中可能存在的未知情況。其次酵母展示技術(shù)采用的是流式細胞分選的方法，整個篩選過程的可控性更高[16]。但另一方面酵母抗體庫的庫容一般比噬菌體抗體庫的小，最高到1×109CFU，但隨著技術(shù)的優(yōu)化，已有報道酵母抗體庫的庫容可以提高到1010CFU水平[22]，而噬菌體抗體庫的庫容可以高達 1011CFU。同時酵母展示技術(shù)在篩選低聚物的抗原時效果可能不理想，因為每一個酵母細胞上會同時展示1×104到1×105個抗體片段[20]，因此一個酵母細胞可能同時共價結(jié)合多個抗原，這樣便會導(dǎo)致篩選到的抗體的親和力可能不如預(yù)期。

2.3 基于細菌展示技術(shù)的單域抗體篩選

大腸埃希氏菌除了用于噬菌體文庫的構(gòu)建外，其本身也可以作為抗體展示的載體。.屬于革蘭氏陰性菌，除了有細菌內(nèi)膜，在細胞壁外還有一層細菌外膜?？贵w片段通常展示在.細菌的內(nèi)膜，通過抗體的Fc段與膜上的脂蛋白結(jié)合，這種展示和表達方式稱為錨定周質(zhì)表達(Anchored periplasmic expression，APEx)。但由于.細菌細胞壁和外膜的存在，因此細菌需要通透處理成原生質(zhì)球的形式才能與抗原結(jié)合[23-24]。利用外膜展示抗體的技術(shù)也被報道過，例如Salema等將抗體片段展示在自轉(zhuǎn)運蛋白(EhaA autotransporter) 或緊密黏附素(Intimin) 上，這兩種蛋白來源于O157:H7 (EHEC) 細菌的外膜，且可以在K-12細菌中表達和展示[25-27]。革蘭氏陽性菌中的肉葡萄球菌也可以用于抗體展示，該方法是通過肉葡萄球菌的蛋白A上的細胞壁錨定區(qū)域(Cell-wall anchoring domain) 將抗體片段從細胞膜內(nèi)轉(zhuǎn)運到膜外并錨定在細胞壁上[28]。細菌展示技術(shù)的篩選方法一般采用流式細胞分選(FACS)的方式，同時也會結(jié)合磁珠輔助的細胞分選(MACS)。

3 單域抗體的應(yīng)用

3.1 單域抗體在顯微鏡學(xué)中的應(yīng)用

因為單域抗體體積小，已經(jīng)有許多研究證實了將單域抗體帶上標簽后，可以用作納米級的檢測工具。例如，針對GFP和RFP等熒光蛋白的單域抗體在標記上有機染料后可用于超分辨率顯微鏡成像[29-30]。2012年，Ries等利用該方法對穩(wěn)定表達tubulin-YFP的Ptk2細胞進行成像，并最終將分辨率提高到 (26.9±3.7) nm (細胞微管蛋白的直徑為25 nm)[29]，而如果用傳統(tǒng)的抗體，分辨率只能達到45 nm左右。Chamma等將GFP的單域抗體應(yīng)用于活細胞成像和雙色熒光成像系統(tǒng)。他們利用單域抗體去活體標記軸突蛋白-1β，然后用雙色成像系統(tǒng)去觀察神經(jīng)細胞間的跨突觸連接[31]。GFP和RFP的單域抗體還可以用于研究亞細胞上的超微結(jié)構(gòu)，例如核孔復(fù)合物和胞膜窖，與間接的抗體免疫化學(xué)方法不同，利用單域抗體染色可以更好地模擬這些超微結(jié)構(gòu)的真實情況[32-33]。

3.2 單域抗體用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究

單域抗體結(jié)合抗原可以穩(wěn)定抗原的結(jié)構(gòu)，并且單域抗體本身分子量小，對抗原的影響小，所以單域抗體被用于穩(wěn)定一些結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的蛋白，輔助解析蛋白的結(jié)構(gòu)。G蛋白偶聯(lián)受體GPCRs (G protein coupled receptors) 是一大類膜蛋白受體的簡稱，是最著名的藥物靶標分子。它參與了很多細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程，可以調(diào)節(jié)人體許多生理學(xué)機能。相同的GPCRs可以結(jié)合不同親和力的激動劑分子，并激活不同的下游信號通路。為了更好地理解不同的激動劑分子為何可以激活相同的受體，GPCRs的晶體結(jié)構(gòu)解析是非常重要的手段。β2腎上腺素受體(β2-adrenoceptor，β2AR)是GPCRs的成員，它可以被許多天然激動劑，如腎上腺素(Adrenaline) 等低親和力地結(jié)合并激活，但不穩(wěn)定。β2AR也可以和BI-167107 (Boehringer Ingelheim) 等商品化激動劑高親和力地結(jié)合并維持穩(wěn)定的激活狀態(tài)。G蛋白可以通過與β2AR結(jié)合并增強其與激動劑之間的親和力。Nb80是一株來源于美洲駝(Llama) 的單域抗體，它可以與β2AR結(jié)合并表現(xiàn)出和G蛋白一樣的性質(zhì)[34-35]。Rasmussen等利用Nb80與β2AR的變體β2AR-T4L (第3個胞內(nèi)環(huán)被替換成T4溶菌酶)結(jié)合形成的復(fù)合物β2AR-T4L-Nb80成功地解析了BI-167107激活下的β2AR晶體結(jié)構(gòu)，分辨率為3.5 ?[34]。之后， Ring等通過酵母展示技術(shù)篩選不同的Nb80變體，并成功得到了一株Nb6B9抗體，這株抗體可以將BI-167107激活下的β2AR晶體結(jié)構(gòu)分辨率提高到2.8 ?，同時也解析了羥芐基異丙腎上腺素(hydroxybenzyl isoproterenol，HBI) 和adrenaline這兩類低親和力激動劑結(jié)合下的β2AR的晶體結(jié)構(gòu)，分辨率分別為3.1 ? 和3.2 ?[36]。Staus等還發(fā)現(xiàn)了一株可以顯著降低β2AR與激動劑親和力的抗體Nb60，進一步擴大了β2AR的變構(gòu)潛力[37]。

3.3 單域抗體用于醫(yī)學(xué)診斷

雖然傳統(tǒng)的單克隆抗體在標記了放射性元素(99mTc或68Ga) 后可以用于醫(yī)學(xué)診斷和顯影，但是由于抗體的分子量大，一方面組織的穿透性不好，成像組織受限，另一方面半衰期長，無法在短時間內(nèi)被清除。單域抗體分子量小，可以更快速地進入組織，縮短檢測時間。同時半衰期短只有1–2 h，不會長時間滯留在組織中。Balhuizen等利用放射性同位素99mTc標記的單域抗體追蹤胰腺內(nèi)分泌細胞，因為胰腺內(nèi)分泌細胞的二肽基肽酶6 (DPP6) 的表達量遠高于其周圍的組織細胞，所以可以通過篩選針對DPP6的單域抗體來實現(xiàn)對胰腺內(nèi)分泌細胞的定位追蹤，并且在過繼轉(zhuǎn)移了表達DPP6的Kelly神經(jīng)母細胞瘤細胞的免疫缺陷小鼠模型上驗證了該方法的可行性[38]。PD-1/PD-L1抗體藥物是當前備受矚目且前景較好的腫瘤治療手段，但是有一部分病人對該類藥物無應(yīng)答，如果能在治療前預(yù)測到患者對該類藥物的應(yīng)答效果，將更有利于對癥下藥。Broos等通過篩選針對PD-L1的單域抗體并標記99mTc同位素，最終發(fā)現(xiàn)了兩株可以與PD-L1表達的腫瘤細胞反應(yīng)而與PD-L1缺失的腫瘤細胞不反應(yīng)的單域抗體C3和E2，并且證明這兩株抗體標記的同位素與PD-L1的表達量存在明顯的劑量效應(yīng)關(guān) 系[39]，這也就說明了單域抗體可以用于腫瘤微環(huán)境中目的分子的成像分析。

3.4 單域抗體介導(dǎo)的藥物傳遞

目前已有文章報道針對腫瘤特異抗原的單域抗體可用于介導(dǎo)藥物特異性地識別腫瘤，從而減少藥物對正常細胞的非特異性細胞毒性。單域抗體沒有Fc段，因此可以避免被Fc介導(dǎo)的清除作用降解，同時也不會誘發(fā)免疫反應(yīng)[40]。針對腫瘤組織而言，血管內(nèi)皮細胞生長因子受體(VEGFR)是很好的抗體靶標，因此該類的報道較多[41-45]。例如Ahani等首先構(gòu)建了外膜包被Sindbis virus E2糖蛋白(cSVE2s)，內(nèi)部包裹針對腫瘤血管內(nèi)皮生長因子受體2 (VEGFR2或KDR) 的慢病毒的假病毒，然后將針對VEGFR2的單域抗體p2.2-Nb與cSVE2s連接，通過單域抗體的靶向作用將假病毒帶入腫瘤組織[41]。Deng等通過將針對VEGFR的單域抗體與南瓜蛋白(cucurmosin) 連接，利用cucurmosin蛋白的促凋亡作用來殺傷腫瘤，作者直接采用原核表達系統(tǒng)表達了該重組蛋白，并在體外驗證了該重組蛋白的抗腫瘤效應(yīng)[46]。除了針對VEGFR分子外，還有針對腫瘤其他相關(guān)分子靶標的單域抗體被報道，例如CD7 (TP-40)，CD7分子主要表達于急性淋巴細胞白血病的T細胞，針對CD7分子的抗毒素已經(jīng)被證明對CD7+惡性腫瘤病人具有潛在治療效果，Tang等將針對CD7的單域抗體和毒素假單胞菌外毒素A (Pseudomonas exotoxin A，PE38) 偶聯(lián)，同樣采用原核表達系統(tǒng)表達該重組蛋白，并在CD7陽性的白血病細胞系Jurkat和CEM細胞以及T細胞急性淋巴細胞白血病(T-cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL) 和急性粒細胞白血病(Acute myeloid leukemia，AML)細胞上驗證了其可以顯著促進這類細胞的凋亡[47]。

表1 目前用于疾病治療的單域抗體的臨床研究階段情況

aTTP is short for acquired Thrombotic Thrombocytopenic Purpura, Vwf is short for von Willebrand Factor, SLE is short for Systemic Lupus Erythematosus, RA is short for Rheumatoid Arthritis, RSV is short for Respiratory Syncytial Virus, BI is short for Boehringer-Ingelheim.

3.5 單域抗體用于疾病治療

單域抗體和傳統(tǒng)抗體一樣可以用于疾病的治療，但因為單域抗體發(fā)展得比較晚，因此目前用于疾病治療的單域抗體數(shù)量不多，而且多數(shù)還處于臨床研究階段，如表1所示，目前僅有一株單域抗體caplacizumab (ALX-0081) 完成了三期臨床研究，caplacizumab是一株可用于治療獲得性血栓性血小板減少性紫癜(TTP) 的單域抗體，它的靶標分子是血管性血友病因子，通過與該因子結(jié)合，抑制該因子和血小板之間的相互作用，從而防止血小板的聚集[48-49]。Ⅱ期臨床的結(jié)果顯示相比于安慰劑，caplacizumab可以顯著緩解急性發(fā)作的TTP，說明了caplacizumab對病人的血小板有保護作用，但是caplacizumab也同時增加了病人的出血傾向[50-52]。ALX-0171是一株針對呼吸道合胞體病毒的具有潛在治療效果的單域抗體，相比于傳統(tǒng)的帕利珠單抗，這株單域抗體在A型和B型的病毒株中展現(xiàn)出更好的體外中和活性，同時針對病毒的復(fù)制也顯示出更好的抑制效果[13]。同樣值得關(guān)注的是KN035單域抗體，KN035是我國第一個自主研發(fā)的PD-L1單域抗體藥物，它可以誘導(dǎo)機體產(chǎn)生強烈的T細胞應(yīng)答并抑制腫瘤的生長。對KN035與PD-L1的復(fù)合物進行晶體結(jié)構(gòu)解析發(fā)現(xiàn)KN035可以競爭性地封閉PD-L1與PD1的幾個關(guān)鍵結(jié)合位點，例如Ile54、Tyr56和Arg113[53]。在2017年1月，KN035獲得臨床批準并在3月底開始了第一例臨床試驗。

4 總結(jié)與展望

單域抗體相比傳統(tǒng)抗體而言不僅擁有更優(yōu)的理化性質(zhì)，而且表達和篩選也更加簡便。從單域抗體被發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)有20多年，這20年里單域抗體在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中實現(xiàn)了多方面的應(yīng)用，不僅促進了某些技術(shù)的更新，同時也為疾病的治療和診斷提供了新的可能性。

雖然單域抗體為抗體研究提供了新的突破口，但也仍然存在一些問題。一方面單域抗體的半衰期短，雖然適用于分子顯影，但是如果作為藥物治療的話，可能會導(dǎo)致其過早的被系統(tǒng)代謝，不僅無法起到長期的保護作用，同時也會增加腎臟的代謝壓力。另一方面，單域抗體雖然篩選和表達相對簡單，但如果要獲得理想的具有很好應(yīng)用價值的單域抗體是一個非常繁瑣的過程，噬菌體抗體文庫的篩選無法避免絲狀噬菌體表面易與抗原結(jié)合帶來的假陽性，酵母和細菌抗體文庫庫容小等都是單域抗體篩選的難點。

單域抗體在未來勢必還會有更大的應(yīng)用。1)單域抗體可用于雙特異性抗體的構(gòu)建，雙特異性抗體是一類可以同時特異性結(jié)合兩種不同抗原的人工改造抗體，在腫瘤免疫和自身免疫治療中有非常廣闊的應(yīng)用前景，單域抗體易于改造和表達的特性在這領(lǐng)域中必然會發(fā)揮重要的功能[54]。2)隨著胞內(nèi)抗體技術(shù)的發(fā)展，以胞內(nèi)分子為靶標的抗體治療成為了可能[55]，而單域抗體在這方面有著得天獨厚的優(yōu)勢，一方面單域抗體分子量小，入胞的效率遠高于傳統(tǒng)抗體，而傳統(tǒng)抗體的入胞一般也會采用scFv (單鏈抗體可變區(qū)) 的形式[56-57]以減小抗體分子量。另一方面因為胞內(nèi)抗體必須要在高還原性的胞內(nèi)環(huán)境中保持活性，因此往往需要對抗體進行適當?shù)母脑?。單域抗體易于改造并且可以用原核表達系統(tǒng)獲得的優(yōu)勢將會展現(xiàn)強大的利用價值。我們團隊也在嘗試篩選針對乙型肝炎病毒核心顆粒HBcAg的單域抗體，并希望通過已有的抗體入胞技術(shù)將其導(dǎo)入細胞內(nèi)，觀察其對胞內(nèi)病毒復(fù)制的影響。3) 利用全合成的天然單域抗體合成庫篩選抗體的方式不僅可以減少動物免疫的步驟，而且有利于篩選某些構(gòu)象特異和細胞表面特異的抗原分子[17]。隨著建庫技術(shù)的更新，更高的抗體庫庫容會有利于建立更加廣泛通用的天然抗體庫。

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(本文責(zé)編 郝麗芳)

Single-domain antibody – advances in research and application

Xiaozhen Kang1,3, Jiali Cao1,3, Baohui Zhang2,3, and Quan Yuan2,3

1School of Life Sciences, Xiamen University, Xiamen 361102, Fujian, China 2 School of Public Health, Xiamen University, Xiamen 361102, Fujian, China 3 National Institute of Diagnostics and Vaccine Development in Infection Diseases, Xiamen University, Xiamen 361102, Fujian, China

Conventional IgG is composed of heavy and light chains. The light chain has one variable region (VL) and one constant region (CL) domain, whereas the heavy chain has one variable region (VH) and three constant region domains (CH1, CH2 and CH3). Single domain antibody (sdAb) is a kind of antibody that is composed of a variable domain of heavy chain and devoid of the light chain completely. Due to its small size, it is also called as nanobody. Although the sdAb has a simple structure, it can exhibit a comparable even better antigen-binding affinity than conventional antibody. Compared with conventional antibody, the small size, high stability and simplicity in recombinant expression are representative advantages of sdAb. In recent years, scientists are becoming increasingly interested in the roles of sdAb in fundamental biomedical research and clinical application. In this review, we summarized the structural features, physicochemical properties, screening strategies and recent advances in application of sdAb.

heavy-chain antibody, single-domain antibody, camelids, nanobody

March 9, 2018;

April 8, 2018

National Natural Science Foundation of China (No. 81672023).

Quan Yuan. E-mail: yuanquan@xmu.edu.cn

國家自然科學(xué)基金 (No. 81672023) 資助。

2018-04-20

10.13345/j.cjb.180076

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1998.q.20180419.1148.001.html