【前沿科普】新一代“生物技术导弹”

作者：张馨予

纳米抗体——是什么？新在哪？

WHAT IS NATOBODY

抗体是一种免疫球蛋白，大多数动物和人类体内的IgG抗体为由轻链和重链组成的Y形结构，分子质量一般在150 ku左右。纳米抗体是科学家1989年发现的一种来源于骆驼科动物体内、天然缺失轻链的重链抗体可变区，分子质量只有15 ku，是常规抗体分子质量的1/10。其蛋白质晶体结构长度为4 nm，直径为2.5 nm，是目前已知分子质量最小的抗体，因此称之为纳米抗体（图1）。相比于传统抗体，纳米抗体的活性结合区域较长，氨基酸数量多达16~18个，且其温度稳定性及有机溶剂耐受性更强，部分还可耐受蛋白酶，也能耐受更广的酸碱范围（传统抗体仅耐受pH6~9，纳米抗体可耐受pH2~11）。此外，纳米抗体的制备方式为工程菌表达，不同于传统抗体的杂交瘤细胞制备方式，因此也具有易表达、易于基因工程改造的优点。基于其稳定性、穿透力等方面的优势，目前纳米抗体在疾病治疗、诊断及物质检测等领域广受关注。图1 传统抗体与骆驼源纳米抗体的结构与分子质量比对

性能优势——到底优在哪里？

WHAT ARE ADVANTAGES

相对分子质量小而抗原结合活性强

纳米抗体比常规抗体小那么多，其对抗原的结合活性是否不如常规抗体呢？事实并非如此，纳米抗体虽然体积尺寸小，但却具有亲本抗体的完整抗原结合活性。纳米抗体对抗原的高亲和性来自于其独特的蛋白质结构。

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图2 传统抗体与纳米抗体的活性结合部位比对[1]

（a）传统抗体抗原结合位点展示；（b）纳米抗体CDR 环及结合部位构象展示

纳米抗体结构及活性部位如图2所示，其只有3个高度可变区域（CDR1/CDR2/CDR3）。由于纳米抗体的CDR3长度比一般抗体的CDR3长，在一定的程度上弥补了因轻链缺失而造成的结合力下降，从而使其具有较强的抗原结合能力[2]。并且，纳米抗体不含有多余冗杂结构，仅保留了最关键的抗原结合活性部位，这些部位被保守的框架区域（非高度可变区域FR1/FR2/FR3/FR4）所包围，形成了形状较小的凸状、凹槽状或口袋状等空腔，可以优先识别裂口[3]，并结合这些隐藏和凹陷的抗原表位，这也是常规抗体难以识别的表位，因此，具备上述抗原结合活性是纳米抗体相较于常规抗体特有的一大优势，这也是它分子质量小但抗原结合活性强、不亚于常规抗体的原因。

稳定性高

常规传统抗体稳定性较差，然而纳米抗体的稳定性却非同一般，主要归因于其内部存在额外的二硫键。在常规抗体中，形成环间二硫键的现象极少，而在纳米抗体中却较为普遍。基于二硫键不易断裂，构象不易发生改变，所以纳米抗体往往相对常规抗体更耐高温和高浓度的有机溶剂。

基于此优势，就可以预想到纳米抗体高稳定性特点在其应用环境中的重要性了。在抗体在生产应用过程中，有多种因素导致抗体蛋白结构发生诱导变性，包括温度、有机溶剂、压力、化学试剂、酸碱环境以及蛋白酶等。部分纳米抗体可以在-20 ℃、4 ℃条件下保存几个月，甚至在 37 ℃条件下保存几个月到一年也不会丢失其抗原结合活性[4]，这种长期稳定性使其能在室温下运输、储存和使用。纳米抗体区别于常规抗体的重要特点是其在极端温度下的可逆性[5]。这种可逆性可以通过检测高温孵育一段时间后纳米抗体的活性来进行表征（图3）。通过总结部分已报道的纳米抗体性能检测情况发现，大部分纳米抗体在 85 ℃高温长时间处理后仍可保持结合活性，而常规抗体则不可逆地失活[6-10]。

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