通过单克隆抗体技术制备的传统单抗在长期用于肿瘤或免疫类疾病的治疗中会出现穿透力差、引起机体免疫排斥等缺点。1989
年,比利时免疫学家Hamers-Casterman在分离骆驼血清的抗体时,偶然发现一种天然缺失轻链的重链抗体(HcAbs
)可以很好地解决上述问题。
HcAbs
重链抗体与纳米抗体
从结构上看,在骆科动物体内发现的重链抗体(HCAbs, Heavy-Chain Antibodies
)包含一个重链可变区(VHH)、一个铰链区和两个常规的CH2和CH3区域,分子量约为90kDa。
HCAbs
结构示意图
纳米抗体(Nanobody
,Nb),即重链单域抗体VHH(variable domain of heavy chain of heavy-chain antibody)
,该类抗体只包含一个重链可变区(VHH)和CH2,CH3区,相比于其他抗体,轻链天然缺失。纳米抗体晶体直径2.5nm,长4nm,分子量一般在12-15KD
,是自然存在的可以和抗原结合的最小片段。
VHH的三维结构示意图
纳米抗体VHH的类型
纳米抗体特点
纳米抗体VHH的表面大概只有10个氨基酸与人VH的不同,在FR2中存在有四个特异的氨基酸:普通抗体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VHH中,这四个突变为亲水性的氨基酸残基F37、E44、 R45、G47,增加了VHH的水溶性。利用这一特性,可将人源抗体VH的序列进行优化,对FR2中的一些氨基酸进行VHH特征性改造,从而使VH抗体的稳定性和溶解性更好,并且保持原有的特异性和亲和力。
性能
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传统抗体
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纳米抗体
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抗体表达
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在哺乳表达系统中表达,周期长、成本高
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既可在哺乳系统中表达,又可在大肠杆菌表达系统中表达,表达的抗体具有高水溶性、易复性
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抗体稳定性
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易失活,高温或极度PH下失效或分解
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高稳定性,高耐性,90℃处理后依然保持较高的活性
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免疫原性
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较高
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较低
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组织穿透力
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较低
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较高,可穿透血脑屏障
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半衰期
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较长
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较短,血清清除速度快
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纳米抗体应用
纳米抗体因具备传统抗体不具备的小分子质量和强穿透性的优势,被认为在疾病诊断与治疗、病原检测、药物残留分析、环境监测等领域具有巨大的应用潜力,在基因工程与ADC
药物研发、体外诊断技术(胶体金法、酶联免疫吸附法、电化学发光法)、肿瘤及免疫学研究等方面也已取得一些新的研究。
VHH在细胞内的应用
VHH在诊断方向的应用
VHH在疾病治疗方向的应用
纳米抗体的制备
动物的选择是免疫成功的关键。
噬菌体VHH免疫库构建示意图
案例展示