服务介绍 | 纳米抗体（Nanobody）发现服务-专业定制抗体_单抗多抗_噬菌体展示

服务介绍 | 纳米抗体（Nanobody）发现服务

来源：戴安生物

发布时间：2023-08-08

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抗体治疗在肿瘤、免疫等领域已有重大突破，但传统的全长单克隆抗体分子量大(约150kDa)、穿透力差、免疫原性强等缺陷而限制了其临床应用。纳米抗体（Nanobody，Nb）是骆驼科动物外周血中仅重链抗体的重组可变域，由于具备尺寸小（~15kDa）、易溶解、较稳定、易制备及亲和性高等优势，越来越受关注。

重链抗体为驼类和软骨鱼类中天然存在的仅由两条重链组成的特殊抗体，包含一个重链可变区( VHH, Variable domain of heavy chain antibody )和两个常规的CH2与CH3区，CH1区天然缺失。重链抗体通过重链上的一个可变区(VHH)结合抗原，该可变区可单独稳定地在体外存在，被称为驼类单域抗体(SdAb)或者纳米抗体( Nanobody)。纳米抗体晶体直径2.5nm，长约4nm，分子量仅为传统完整抗体的1/10(约12-15kD)，但仍具有完整抗原识别能力。

传统抗体与骆驼源纳米抗体

01 纳米抗体的结构<<<

纳米抗体一般结构呈椭圆形，体积小。重链抗体的基因组中存在恒定区（constant region of heavy chain 1,CH1），它是轻链锚定的部位，但在mRNA形成中被剪切掉，所以抗体缺失轻链。骆驼的重链抗体含有一个铰链区，两个恒定区（CH2和CH3）和独特的重链可变区（VHH）。与重链抗体相比，纳米抗体仅由重链可变区组成，其二级结构是2个β片层形成支架，3个高变区聚集在一侧参与抗原识别。

骆驼源VHH（即Nb）和人体VH的基因同源性达80%～90%，结构十分相似，都包含3个高变区（hypervariable region, HVR）和4个骨架区（framework Region, FR）。通过比较发现，骆驼VHH 与人体VH之间存在微小但不可忽视的区别，主要包含两方面：1)互补决定区（complementarity determining region, CDR）不同。VHH的CDR1和CDR3比VH更长。VHH的CDR3长度为16～18个氨基酸，而人和小鼠VH的平均长度分别只有14和12个氨基酸。2) FR2骨架区氨基酸区别。普通抗体FR2中V37、G44、L45和W47这4个氨基酸残基为疏水性残基，在进化中相当保守。而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。因此，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VHH抗体。

02 纳米抗体的优势<<<

纳米抗体是改善传统单克隆抗体（mAbs）理化性质并保持其抗原性的良好候选材料。基于羊驼重链抗体的VHH纳米抗体的特殊结构，兼具传统抗体与小分子药物的优势，很大程度克服了传统抗体开发周期长、稳定性较低、保存条件苛刻等缺陷。

① 相比于传统抗体，纳米抗体小了将近10倍。体积小使纳米抗体具备了更强的亲和力，可结合隐藏抗原表位。37℃条件下，一周后抗原抗原结合活性仍80%以上。

② 与IgG和ScFv片段相比，纳米抗体具有出色的热稳定性，因此可以在大多数环境温度下轻松运输。

③ 一般情况下，由于血脑屏障处Fc 受体存在， IgG抗体无法透过血脑屏障。而纳米抗体没有Fc段，同时生理胞吞机制促进了纳米抗体的透过性，使纳米抗体可以顺利穿过血脑屏障，血液清除的速度也更快。

④ 纳米抗体的小尺寸，相比于传统抗体复杂的制造工艺，纳米抗体可以在微生物系统，如大肠杆菌细胞质或周质表达。据统计，周质表达平均产量为1-20 mg/L，细胞质表达平均产量达60–200 mg/L或更高。也可在酵母和哺乳动物细胞中大量表达。

⑤ 纳米抗体结构，和人源抗体重链可变区VH结构非常相似，基因同源性达90%，免疫原性更低。

⑥ 产品表征容易，结构简单，翻译后修饰低，均一性好。

03 纳米抗体的缺点<<<

纳米抗体最大的缺陷是半衰期较短。

常规抗体通常半衰期较长，因分子量较大，且能够特异性结合FcRn，而FcRn能够保护抗体不被溶酶体降解，抗体随FcRn转运至细胞膜表面后失去与FcRn的结合，重新释放进入血浆，从而延长了抗体的半衰期。与常规抗体相比，纳米抗体最大的短板是血浆内半衰期非常短，作为治疗性药物时，由于其体积小，半衰期短，因此肾脏清除快。如何提高纳米抗体的半衰期是纳米抗体在体内应用的一大瓶颈。为延长纳米抗体在血液中的半衰期，解决方法一般有二聚体/多聚体化、PEG化、与人血清白蛋白结合或融合、与第二个抗血清白蛋白结合的VHH融合、与抗体的Fc融合等。

此外，与ScFv相比较，VHH的每一个氨基酸残基都极为重要，因此在人源化VHH时，只能进行有限突变，完全人源化通常会导致VHH亲和力急剧下降、稳定性变差以及表达量降低。