【纳米抗体探究进展综述3300字】

纳米抗体研究进展综述摘要：单域抗体因其独特的优势，如水溶性好、分子量小、稳定性好、免疫原性小等一系列特点，在生物研究和医学领域中的作用愈发广泛。在疾病诊断、病原检测、癌症疾病治疗、药物残留检测分析，坏境检测，用作sdAbs分子探针、分子诊断和显影等等领域具有广阔的应用前景。纳米抗体因其优势，可实现重组表达，从而使得生产周期和生产成本均可大幅下降，是目前国内外研发的热点。作者重点介绍了纳米抗体的特点，然后简述了纳米抗体的制备流程，简述了纳米抗体在疾病诊断、疾病治疗、食品安全和环境监测等领域的应用，最后对纳米抗体的应用前景进行了分析和展望。1介绍自1890年，第一种抗体——抗毒素，这是在血清中发现的第一种抗体［１］。这是一种可中和外毒素的物质，1975年，杂交瘤技术的诞生开始了抗体研究和应用快速发展的时代。由于抗体可特异性识别和结合抗原的特性，使其在疾病诊断、疾病治疗、药物运载、病原、毒素和小分子化合物检测等领域具有广泛的应用［２］。但通过单克隆抗体技术制备的传统单克隆抗体有其不可忽视的缺点：生产耗时长、成本高、在组织和肿瘤中穿透力差、长期使用会引起机体免疫排斥反应以及动物道德问题等。相比于传统抗体，纳米抗体具备传统抗体不具备的分子质量小和穿透性强的优势而成为现在抗体研究的主要方向之一。单链抗体（singlechainantibodyfragment,scFv）就是新型小分子抗体的一种，其穿透力更强、生产成本更低，但scFv抗体存在溶解度低、稳定性较差、表达量低、易聚合和亲和力低的缺点［３］。1989年，比利时免疫学家Hamers-Casterman在骆驼血清中的偶然发现一种天然缺失轻链的重链抗体（HcAbs）可以解决scFv所存在的问题，重链抗体只包含２个常规的CH2与CH3区和１个重链可变区（ＶＨＨ），重链可变区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，是已知的可结合目标抗原的最小单位，其分子质量只有单克隆抗体的1/10，是迄今为止获得的结构稳定且具有抗原结合活性的最小抗体单位，因此也被称作纳米抗体（nanobody,Nb）［４］。与传统抗体相比，纳米抗体的分子质量小、比表面积大，体积小、具有耐热性强、稳定性高、组织穿透力强、抗原结合能力强、水溶性好、易于通过体外重组表达高质量稳定生产等优点，在疾病诊断、病原检测、疾病治疗、药物残留分析、环境监测等领域具有巨大的应用潜力，近年来受到了极大关注［５］。作者首先概述了纳米抗体的制备方法和理化性能，然后重点介绍了纳米抗体的临床应用，并展望了其在兽医临床的应用前景。抗原进入生物体后，经过一系列反应刺激B细胞分化成浆细胞，进而分泌抗体。抗体是可以特异性的与相应抗原结合的免疫球蛋白。传统意义上的抗体形态通常呈“Y”字形结构[6],具有4条多肽链组成的对称结构。两条较长、相对分子量较大的重链和两条较短、相对分子量较小的轻链。每条重链上含有一个可变区（VH），三个恒定区（CH1、CH2、CH3）；轻链含有一个可变区(VL)和一个恒定区（CL）。1993年，Hamers-CasermanC等[7]，在单峰骆驼的血清中发现了大量M(r)为100kD的IgG样物质存在，这种抗体不同于传统抗体IgG，还存有这些分子天然缺失轻链，仅由重链二聚体组成，但却有广泛的抗原结合库。含有重链IgG（heavy-chainIgG,hcIgG）[6]是骆驼科动物的一个普遍特征，尽管其所占比例稍有差别，如在南美洲羊驼的血液中重链抗体所占比例为10%-25%，而在普通双峰驼中则高达50%-89%[8,9],这一发现让人们对轻链在骆驼体内的作用产生了质疑，并且为抗体工程研究开辟了新的前景。在单峰骆驼的血清中发现了分子天然缺失轻链，仅由重链二聚体组成的抗体。含有重链IgG是骆驼科动物的一个普遍特征因为这些抗体轻链缺失，所以被称为重链抗体，这是历史上人们首次发现天然缺失轻链的HCAbs。随即又在某些软骨鱼的血液中，除了有异源四聚体的IgM和IgW抗体外，还有一种与HCAbs相似，天然缺失轻链的Ig重链抗体，被称为新抗原受体(Immunoglobulinnewantigenreceptor,IgNAR)[10-12]。它是由两条重链组成的二聚体，每条重链由５个恒定区、一个铰链区和一个可变区组成。在骆驼科中，重链的可变域，被称为重链可变区片段(VariabledomainoftheHeavychainoftheHeavy-chainantibody,VHH)[6]，而在软骨鱼类中被称为藍鱼新抗原受体可变区片段(VariabledomainofthesharkNewAntigenReceptor,VNAR)［10］。1997年，Ghaahroudi等[13]经过淘选成功获得了只含有一个结构域的最小单元抗原结合片段，被称为单域抗体(single-domainantibodies,sdAbs)。这些可变结构域可以在细菌、酵母或其他宿主中以重组sdAbs的形式表达。其后，研究人员又从ＶＮＡＲ基因库[13]中获得了结构相似的sdAbs。这种椭球形的小分子抗体相对分子质量仅有15kDa，其直径仅为2.5nm，长4nm，因此也被称为纳米抗体(Nbs,Nanobodies)[12]。由于其特异性高、亲和力和稳定性强等固有性质，使得sdAbs很快成为医学领域的焦点。２纳米抗体的应用纳米抗体在疾病（例如癌症、感染性疾病）的诊断中应用，在小分子化合物检测，例如兽药残留检测、农药残留检测。纳米抗体在重金属残留、微生物毒素检测中也存在有效应用。3纳米抗体在临床应用中的展望纳米抗体由于其独特的优势：分子质量小、结构稳定、特异性强、组织穿透性强、可溶性好、免疫原性弱、生产成本低的优点，使其在癌症疾病诊断与治疗、病原分析治疗、药物残留检测和污染物环境监测中都有着广泛应用。得益于抗体工程技术和噬菌体筛选技术的快速发展，使纳米抗体的快速筛查和大量高质量稳定生产变得更容易，降低了生产成本在肿瘤诊断与治疗，食品环境检测重金属与污染物，食源性动物药物残留中的应用中得到了保证。虽然近年来纳米抗体的生产和应用取得了快速的发展，但由于其蛋白质属性，进入体内后很容易被蛋白酶分解，较短的半衰期使体内应用需要频繁给药才能达到预期效果。此外，临床上长期使用纳米抗体是否会产生免疫反应，以及纳米抗体进行人源化改造后是否降低了免疫原性也未被证实。纳米抗体不包含Ｆｃ结构域，因此纳米抗体不具有细胞毒性效应(ADCC)和补体毒性效应(CDC)，抗体依赖的细胞介导的ADCC以及补体依赖的CDC可以杀死癌细胞。另外，获得特异性纳米抗体的免疫动物的费用高和筛选过程相对复杂且成本较高。纳米抗体没有ADCC和CDC的缺点，学者可利用细胞工程或基因工程将Fc片段进行改造并转接到纳米抗体上。针对人源化改造后是否降低了免疫原性问题，国内科学家正在采用计算机模拟或与人胚系基因对比分析进行人源化改造或采用框架抑制技术改造进行免疫原性试验检测。为了解决纳米抗体半衰期短的缺点，许多科学家利用聚乙二醇、血清白蛋白特异的小化学物修饰与在血液中具有长半衰期的构象紊乱的蛋白进行基因融合，通过结合大量血清蛋白来延长纳米抗体的半衰期。同时免疫接种动物费用高的问题，可以通过其他小型试验动物来代替羊驼。近年来，Nb在酶联免疫吸附检测[14-16]、荧光免疫吸附检测[17]、化学发光酶免疫分析检测[18-19]、电化学发光免疫分析[20]、免疫组化[21]以及免疫PCR[22-23]等免疫检测技术中得到了研发和应用。MORRISONSL.Invitroantibodies:Strategiesforproductsandapplication[J].AnnualReviewofImmunology,1992,10:239-265KOHLERG,MILSTEINC.ContinuousculturesoffusedcellssecretingantibodyofpredefinedspecificityNature(Lond.)[J].JournalofImmunology,2005,174(5):2453-2455.

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