近年來，在抗體藥物和生物藥開發(fā)領(lǐng)域，納米抗體（Nanobody）因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)特性迅速成為熱門研究方向。這類來源于駱駝科動(dòng)物的單域抗體（VHH, single-domain antibodies）具有體積小、穩(wěn)定性強(qiáng)、易工程化等優(yōu)勢(shì)，適用于藥物研發(fā)、診斷檢測、成像、免疫治療等多個(gè)領(lǐng)域。伴隨納米抗體從基礎(chǔ)研究走向臨床驗(yàn)證與商業(yè)化，產(chǎn)業(yè)界對(duì)高質(zhì)量納米抗體、納米抗體定制服務(wù)與可立即使用的現(xiàn)貨納米抗體的需求不斷增長。納米抗體從學(xué)術(shù)發(fā)現(xiàn)到臨床轉(zhuǎn)化的 30 年歷程，已從概念驗(yàn)證走向產(chǎn)業(yè)化與藥品上市，為生物藥開發(fā)提供了新思路與工具。
1. 納米抗體的發(fā)現(xiàn)：單域抗體的起點(diǎn)
納米抗體（Nanobody，又稱單域抗體，VHH）的發(fā)現(xiàn)始于1993年。當(dāng)時(shí)，科學(xué)家在駱駝科動(dòng)物血清中發(fā)現(xiàn)了一類不同于傳統(tǒng) IgG 抗體的天然抗體，這類抗體僅由重鏈組成，缺失輕鏈，但仍能特異性結(jié)合抗原 [1]。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了長期以來的認(rèn)知：科學(xué)界普遍認(rèn)為，抗體必須由重鏈和輕鏈共同形成抗原結(jié)合位點(diǎn)才能正常發(fā)揮功能，而駱駝科動(dòng)物的重鏈抗體證明了單個(gè)可變重鏈結(jié)構(gòu)域（VHH）也能獨(dú)立識(shí)別抗原。隨后，研究者在羊駝、美洲駝等多種駱駝科動(dòng)物中進(jìn)一步確認(rèn)了這種天然存在的重鏈抗體，并建立了從免疫動(dòng)物獲取 VHH 的方法。這一發(fā)現(xiàn)不僅為抗體科學(xué)提供了新的研究方向，也為后續(xù)的納米抗體制備和工程化奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，它開啟了科研界對(duì)單域抗體潛在應(yīng)用價(jià)值的系統(tǒng)研究，從基礎(chǔ)免疫學(xué)到藥物研發(fā)，納米抗體逐漸成為重要的研究對(duì)象。納米抗體的發(fā)現(xiàn)過程體現(xiàn)了科學(xué)研究中從偶然觀察到系統(tǒng)探索的典型路徑，也標(biāo)志著單域抗體研究領(lǐng)域的正式起點(diǎn)，為后續(xù)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2. 納米抗體的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)
納米抗體僅12–15 kDa，納米抗體由單個(gè)可變重鏈結(jié)構(gòu)域（~12–15 kDa）構(gòu)成，比傳統(tǒng)IgG 抗體小10倍，使其更易進(jìn)入組織和穿透腫瘤微環(huán)境，這也使其應(yīng)用范圍更廣、工程彈性更強(qiáng)。
Figure 1. The Structures of different Antibodies
與傳統(tǒng)的IgG相比，納米抗體還具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
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高穩(wěn)定性：可耐高溫，在極端pH或有機(jī)溶劑中保持結(jié)構(gòu)，便于制劑開發(fā)與復(fù)雜應(yīng)用場景；
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高親和力與特異性：適用于復(fù)雜靶點(diǎn)，包括“難成藥”膜蛋白、酶與構(gòu)象依賴性抗原；
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易表達(dá)、低成本：可在大腸桿菌（E. coli）、酵母（如 Pichia pastoris）、哺乳細(xì)胞體系中高效表達(dá)，利于放大生產(chǎn)與質(zhì)量一致性；
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易工程化：適合構(gòu)建多價(jià)、多特異性分子、Nanobody-Fc、Nanobody-藥物偶聯(lián)物等；
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高組織穿透力：是實(shí)現(xiàn)腫瘤穿透和藥物遞送熱門平臺(tái)之一。
這些特征使得納米抗體在藥物遞送、成像探針與診斷試劑等方面具有天然優(yōu)勢(shì) [2]。
3. 納米抗體的制備與篩選
納米抗體的發(fā)現(xiàn)僅是起點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)化為可用的研究工具或藥物分子，需要高效的制備與篩選方法。針對(duì)不同抗原和應(yīng)用需求，科研團(tuán)隊(duì)可選擇不同方法。對(duì)于未知序列的納米抗體，需要優(yōu)先對(duì)駱駝科動(dòng)物（羊駝、駱駝、美洲駝）進(jìn)行抗原免疫，采集外周血構(gòu)建納米抗體/VHH文庫，然后再選擇合適的篩選技術(shù)；對(duì)于已知序列的納米抗體，可直接合成文庫或生產(chǎn)表達(dá)。常用的篩選方法及使用場景如下表所示：
針對(duì)于獲得序列后納米抗體的生產(chǎn)與表達(dá)，常見表達(dá)體系包括：大腸桿菌（cost-effective，適合無糖基化的抗體片段）、酵母（Pichia、Saccharomyces，適合工業(yè)發(fā)酵）、昆蟲細(xì)胞與哺乳細(xì)胞（用于需要復(fù)雜修飾或更接近天然折疊的產(chǎn)品）。近年來，針對(duì)高產(chǎn)量、可溶表達(dá)和正確折疊的通用策略被不斷優(yōu)化（例如信號(hào)肽選擇、伴侶蛋白共表達(dá)、培養(yǎng)基與發(fā)酵條件優(yōu)化等）[5]。
4. 納米抗體在生物藥開發(fā)中的應(yīng)用
4.1 治療用途
納米抗體可作為獨(dú)立治療分子（單體或多價(jià)串聯(lián)）用于拮抗或中和病理性蛋白。例如，第一個(gè)獲得臨床批準(zhǔn)并進(jìn)入市場的納米抗體藥物 caplacizumab（商品名 Cablivi?）就是針對(duì) von Willebrand 因子的抗體片段，用于獲得性血栓性血小板減少性紫癜（aTTP）的治療，標(biāo)志著納米抗體從研發(fā)走向臨床成功。在治療性抗體中，納米抗體常設(shè)計(jì)成中和抗體、免疫調(diào)節(jié)抗體、多價(jià)或多特異性抗體及納米抗體- Fc 融合蛋白。
4.2 抗體-藥物偶聯(lián)（ADC）與靶向遞送
納米抗體因其體積小，所以更易穿透實(shí)體腫瘤并把藥物或毒素輸送至腫瘤微環(huán)境，可作為腫瘤靶向配體或與毒素/小分子偶聯(lián)形成Nanobody-Drug Conjugates。此外，納米抗體還能與脂質(zhì)體、納米顆粒結(jié)合用于遞送RNA/siRNA/蛋白，提高遞送效率與選擇性。而且高穩(wěn)定性也利于在體內(nèi)長途轉(zhuǎn)運(yùn)與復(fù)雜給藥途徑（例如吸入或局部給藥）。
4.3 醫(yī)學(xué)成像與放射性探針
納米抗體VHH可以快速清除背景、快速到達(dá)目標(biāo)并能在短時(shí)間內(nèi)獲得高對(duì)比度圖像，特別適合 PET/SPECT/熒光成像等應(yīng)用；與傳統(tǒng)抗體相比，成像時(shí)間窗更短、靈敏度高，便于臨床影像化與早期診斷（或藥效學(xué)成像）。
4.4 其他應(yīng)用
納米抗體因其易于拼接為雙特異或多特異構(gòu)建體，能同時(shí)靶向腫瘤相關(guān)抗原與免疫細(xì)胞激活通路，可用于設(shè)計(jì)新一代免疫治療或與特異/多特異分子設(shè)計(jì)。此外，在體外診斷（IVD）與快速檢測試劑領(lǐng)域中，納米抗體因其穩(wěn)定性高且不易失活，非常適合用于快速檢測試劑條、ELISA/CLIA試劑、病毒檢測和環(huán)境/食品檢測試劑的開發(fā)中，使其具有較好的批次一致性和長期穩(wěn)定性。
5. 締碼生物“現(xiàn)貨型”納米抗體&定制服務(wù)
隨著納米抗體在藥物開發(fā)與診斷領(lǐng)域的快速發(fā)展，締碼生物推出覆蓋抗原設(shè)計(jì)、免疫或體外文庫篩選、序列工程化、表達(dá)工藝優(yōu)化及放大生產(chǎn)的全流程納米抗體定制服務(wù)，為科研、診斷與生物藥企業(yè)提供一站式解決方案。特別值得一提的是，締碼生物正著力推廣 “現(xiàn)貨型納米抗體”（Off-the-shelf Nanobodies）——即在常見靶點(diǎn)上建立標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量受控的納米抗體庫存，客戶無需等待免疫與篩選周期（通常數(shù)周到數(shù)月），適合快速驗(yàn)證/替代試驗(yàn)，即可直接測試序列，顯著壓縮項(xiàng)目早期的交付時(shí)間與成本。在現(xiàn)貨納米抗體合作過程中，締碼生物同樣延續(xù)了其在兔單抗先導(dǎo)序列轉(zhuǎn)讓中的核心特色——“零周期、零首付、零風(fēng)險(xiǎn)”模式，使早期研發(fā)更加高效、可控。
- 零周期：現(xiàn)貨序列可即拿即用，實(shí)現(xiàn)當(dāng)天獲取、當(dāng)天驗(yàn)證，大幅加快早期篩選與替代實(shí)驗(yàn)。
- 零首付：無需前期支付定制費(fèi)用，客戶可先驗(yàn)證序列效果，再?zèng)Q定是否進(jìn)入后續(xù)優(yōu)化與開發(fā)環(huán)節(jié)。
- 零風(fēng)險(xiǎn)：先測試、后投入的合作模式避免了傳統(tǒng)流程中“免疫了卻不能用”的不確定性，減少研發(fā)浪費(fèi)，顯著提升成功率。
在驗(yàn)證現(xiàn)貨序列有效后，客戶還可進(jìn)一步委托締碼進(jìn)行親和力成熟與序列優(yōu)化，以滿足更高等級(jí)的機(jī)制研究或臨床前開發(fā)需求。這種現(xiàn)貨型策略不僅壓縮周期和成本，也讓納米抗體項(xiàng)目能以更低門檻、更可控的方式快速進(jìn)入關(guān)鍵驗(yàn)證階段，加速從概念到可用分子的整體研發(fā)進(jìn)程。
參考文獻(xiàn)
- Hamers-Casterman, C., Atarhouch, T., Muyldermans, S. et al. Naturally occurring antibodies devoid of light chains. Nature 363, 446–448 (1993).
- Muyldermans S. Nanobodies: natural single-domain antibodies. Annu Rev Biochem. 2013;82:775-97.
- McMahon C, Baier AS, Pascolutti R, Wegrecki M, Zheng S, Ong JX, Erlandson SC, Hilger D, Rasmussen SGF, Ring AM, Manglik A, Kruse AC. Yeast surface display platform for rapid discovery of conformationally selective nanobodies. Nat Struct Mol Biol. 2018 Mar;25(3):289-296.
- Alexander, E., Leong, K.W. Discovery of nanobodies: a comprehensive review of their applications and potential over the past five years. J Nanobiotechnol 22, 661 (2024).
- Zheng, Y.; Li, B.; Zhao, S.; Liu, J.; Li, D. A Universal Strategy for the Efficient Expression of Nanobodies in Pichia pastoris. Fermentation 2024, 10, 37.
