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羊驼源纳米抗体(VHH)的发现与制备技术

1993 年,科研人员在骆驼科动物血清中首次发现一类天然缺失轻链(VL)的特殊抗体,这类抗体仅由两条重链(VH)构成,分

1993 年,科研人员在骆驼科动物血清中首次发现一类天然缺失轻链(VL)的特殊抗体,这类抗体仅由两条重链(VH)构成,分子量仅约 15 kDa,因体积微小被命名为纳米抗体(VHH),又称单域抗体。后续研究进一步在羊驼、鲨鱼等物种中也发现了此类抗体。凭借结构简单、组织穿透性强、稳定性优异等独特优势,纳米抗体迅速成为生物医药领域的研究热点,尤其在肿瘤靶向治疗中展现出理想应用前景 —— 其强大的穿透能力可直达传统抗体难以触及的病灶深处,助力提升药物疗效并降低副作用。尽管鲨鱼等动物也能产生类似结构的抗体,但羊驼具有易于养殖、免疫效率高、经济收益可观等特点,因此成为目前单域抗体制备的主流宿主。

一、 羊驼免疫制备纳米抗体的核心优势

羊驼作为骆驼科动物的代表,其免疫系统在纳米抗体制备中具备多重不可替代的优势:

抗体性能优异:羊驼针对特定抗原产生的纳米抗体具有高度特异性与亲和力,为疾病的精准诊断与靶向治疗奠定基础;同时,这类纳米抗体继承了重链抗体的先天优势,耐高温、耐极端 pH 值,稳定性与水溶性远超传统抗体,能适应复杂的体内外应用环境。

结构简单易改造:纳米抗体无轻链结构,基因编码序列简洁,可轻松实现人源化改造,降低临床应用的免疫原性风险;其表达系统适配性强,在酵母等微生物体系中即可高效规模化生产,大幅降低制备成本。

组织穿透能力突出:15 kDa 的极小分子量,使羊驼源纳米抗体能穿透实体瘤致密基质等生理屏障,抵达病灶深层发挥作用,这一特性使其成为肿瘤治疗药物的理想载体。

二、 羊驼源纳米抗体文库的构建流程

纳米抗体文库的构建以噬菌体展示技术为核心,同时可结合核糖体展示、酵母表面展示技术筛选高亲和力克隆,文库类型涵盖天然抗体库、免疫抗体库、合成抗体库及半合成抗体库。其中,基于羊驼免疫的抗体文库构建流程标准化程度高,核心步骤如下:

抗原免疫与 B 细胞富集:选取健康羊驼,用目标抗原进行多轮免疫,刺激机体产生特异性免疫应答,诱导 B 细胞增殖分化为分泌纳米抗体的浆细胞;免疫周期结束后,分离羊驼外周血单个核细胞(PBMC),获取富集特异性 B 细胞的细胞群。

基因模板制备:提取 PBMC 中的总 RNA,严格保证 RNA 的完整性与纯度;以 RNA 为模板,通过逆转录合成 cDNA,作为后续基因扩增的模板。

VHH 基因扩增与载体构建:以 cDNA 为模板,进行两轮 PCR 扩增,特异性扩增编码纳米抗体的 VHH 基因片段,提升产物的特异性与产量;将扩增后的 VHH 基因克隆至噬菌体展示载体,构建噬菌体展示文库。

文库表达与阳性克隆筛选:将构建好的文库转化至大肠杆菌、酵母等宿主细胞,诱导宿主细胞表达融合蛋白,使 VHH 片段展示于噬菌体表面;利用抗原包被的固相介质或磁珠液相淘选技术,进行多轮 “吸附 - 洗脱 - 扩增” 筛选,富集与靶标蛋白高亲和力结合的阳性噬菌体克隆。

测序鉴定:对筛选得到的阳性克隆进行基因测序,获取 VHH 基因的序列信息,为后续的表达优化与功能验证提供依据。

三、 单域抗体制备的关键免疫技术

高效的免疫方案是获取高质量纳米抗体的前提,核心技术围绕佐剂选择与免疫原类型两大核心展开:

1.  免疫佐剂的选择与应用

佐剂的作用是增强抗原的免疫原性,延长抗原在体内的刺激时间,常用佐剂分为两类,各有优劣:

弗氏佐剂:通过形成油包水乳剂,使抗原在机体内缓慢释放,大幅延长免疫刺激周期,非特异性增强机体免疫应答,显著提升抗体的亲和力与产量。但该佐剂毒性较强,注射后易引发局部炎症、组织坏死或溃疡,不适用于人用疫苗与抗体药物的制备。

水溶性佐剂:相较于弗氏佐剂,具有毒性低、生物相容性好的优势,适用于临床级抗体药物的研发;其制备无需复杂乳化过程,操作简便,注射后局部反应轻微。但因不形成缓释体系,抗原在体内释放速度快,免疫刺激时间较短,需通过增加抗原剂量或延长免疫周期,确保机体产生有效免疫应答。

2.  常用免疫原的类型与要求

免疫原的选择直接影响纳米抗体的特异性,常用类型及使用要点如下:

蛋白质免疫原:需保证高纯度,且能模拟天然抗原表位,是最常用的免疫原类型;

小分子免疫原:因分子量小、免疫原性弱,需与载体蛋白偶联后使用,增强免疫原性;

病毒型免疫原:必须经过严格灭活处理,确保无致病性,避免引发宿主感染;

此外,还包括多肽免疫原、DNA/RNA 免疫原、细胞系免疫原等,需根据靶标特性与研究需求合理选择。

羊驼源纳米抗体凭借制备便捷、性能优异的特点,已成为肿瘤治疗、疾病诊断等领域的新型生物工具。随着文库构建技术的优化与免疫方案的完善,其在生物医药领域的应用边界将持续拓展。