摘要：纳米抗体（Nanobody）是由骆驼科动物（如骆驼、羊驼）产生的一类小型单域抗体，通常由约15 kDa的VHH（Variable domain of Heavy chain of Immunoglobulin）抗体片段构成。由于其体积小、稳定性高、易于工程化等

纳米抗体（Nanobody）是由骆驼科动物（如骆驼、羊驼）产生的一类小型单域抗体，通常由约15 kDa的VHH（Variable domain of Heavy chain of Immunoglobulin）抗体片段构成。由于其体积小、稳定性高、易于工程化等优点，纳米抗体在生物医药、分子诊断、靶向治疗等领域有着广泛的应用。

1. 纳米抗体的优缺点

1.1 纳米抗体的优点

1).小分子量与高穿透力：VHH抗体通常只有150个氨基酸，相比于传统的IgG抗体，体积小、分子量低，具有较强的组织穿透力，能够更容易穿过生物屏障到达目标区域。这使得纳米抗体在靶向治疗和成像中具有明显优势。

2).高稳定性与易于改造：VHH抗体具有非常高的热稳定性和化学稳定性，在极端环境下仍能保持活性。此外，纳米抗体可通过基因工程技术对其进行改造，如优化亲和力、提高稳定性等，使其能够广泛应用于各类疾病的诊断与治疗。

3).低免疫原性：由于纳米抗体是由骆驼科动物的重链抗体派生而来，相较于传统的抗体，它们的免疫原性较低，适合长期使用。

4).易于生产：VHH抗体可通过多种表达系统进行生产，包括大肠杆菌、酵母、昆虫细胞及哺乳动物细胞等，生产成本相对较低，且易于大规模生产。

1.2 纳米抗体的缺点

1).较低的亲和力：虽然VHH抗体具有较高的特异性，但其亲和力通常较低。为了提高亲和力，通常需要通过工程化改造或免疫选择等方法进行优化。

2).有限的多功能性：与全长抗体相比，纳米抗体缺乏Fc区域，因此不能像IgG抗体那样通过免疫效应介导的机制（如抗体依赖性细胞介导的细胞毒性、补体依赖性细胞毒性等）发挥作用。这个缺点限制了其在某些治疗领域的应用。

3).生产规模化的挑战：虽然VHH抗体的生产相对简单，但在一些应用中（如临床级别的药物开发），大规模生产的挑战仍然存在，尤其是在一些高纯度和高效的制备过程中，仍需优化。

2. VHH抗体制备及表达方法

2.1 VHH抗体的克隆与构建

VHH抗体制备的第一步是从骆驼科动物（如羊驼）中提取抗体基因。通常，通过PCR技术从其免疫细胞中扩增出VHH区域的基因序列。提取的VHH基因可以通过克隆技术将其插入到适合的表达载体中。常见的表达载体包括质粒载体、病毒载体等，克隆后的VHH基因可以传递到适合的表达系统中进行进一步的表达。

2.2 纳米抗体的表达系统

1).大肠杆菌表达系统：大肠杆菌系统是最常用的VHH抗体表达系统，具有成本低、生产效率高等优势。通过将克隆的VHH基因插入到大肠杆菌的表达载体中，可以在短时间内获得大量的VHH抗体。然而，由于大肠杆菌缺乏必要的糖基化修饰，其产物可能无法达到完全的功能要求，尤其是在治疗性抗体的生产中。

2).酵母表达系统：酵母系统具有较好的糖基化修饰能力，可以生产结构更为复杂的抗体片段。虽然生产成本较高，但其高效的表达和较好的产品质量使其在一些特定应用中具有优势。

3).哺乳动物细胞系统：虽然哺乳动物细胞系统生产VHH抗体的成本较高，但它能够提供完全的糖基化修饰，适用于生产高质量的纳米抗体用于临床应用。这种系统对于一些需要严格质量控制的应用（如治疗药物的开发）尤其重要。

4).植物细胞系统：植物系统用于抗体生产的研究也日益增多，尤其是在大规模生产时，植物系统的生产成本较低且安全性高。该系统尤其适用于疫苗和诊断产品的开发。

2.3 VHH抗体的纯化与制备

VHH抗体的纯化通常采用亲和层析技术，通过与目标抗原或与抗体Fc区的亲和力结合的材料进行分离。常用的纯化方法包括亲和层析（如Ni-NTA层析）、离子交换层析、凝胶过滤等。通过这些技术，可以从培养液中高效地分离纯化出目标VHH抗体片段。

2.4 VHH抗体的定量与表征

常见的VHH抗体表征方法包括SDS-PAGE、电泳迁移分析、ELISA、Western blot等。通过这些方法，可以有效地检测VHH抗体的分子量、纯度及其与抗原的结合能力。

3. 纳米抗体的应用

3.1 纳米抗体在靶向治疗中的应用

纳米抗体具有较小的分子结构和较强的组织穿透力，因此在靶向治疗中具有广泛应用。例如，纳米抗体可以与肿瘤细胞表面的特异性抗原结合，达到靶向药物递送的效果。由于其不具备免疫效应功能，纳米抗体还可以通过与其他治疗手段（如化疗或放疗）结合，发挥协同作用。

3.2 纳米抗体在分子诊断中的应用

纳米抗体在分子诊断中也发挥着重要作用。通过标记纳米抗体并与目标抗原结合，可以实现高灵敏度的免疫检测。纳米抗体作为分子探针，能够有效识别和检测血清中的病原、癌症标志物等，且因其小尺寸而能够深入体内探查。

3.3 纳米抗体在生物成像中的应用

由于其优异的稳定性和低免疫原性，纳米抗体在生物成像中也得到了广泛应用。通过标记纳米抗体并与目标细胞或分子结合，可以实现精确的成像效果，尤其在肿瘤成像、血管成像等方面具有显著的优势。

纳米抗体具有许多传统抗体无法比拟的优势，如小分子量、高稳定性和低免疫原性等，这使其在靶向治疗、分子诊断、生物成像等领域具有广阔的应用前景。随着表达技术的不断优化及其工程化改造方法的改进，纳米抗体将在生物医药领域发挥越来越重要的作用。

参考文献：

1. Muyldermans, S., et al. "Nanobodies: Natural Single-Domain Antibodies." Annual Review of Biochemistry, 2018.

2. Holliger, P., et al. "The Therapeutic Potential of Nanobodies." Nature Reviews Drug Discovery, 2019.

3. de Marco, A., et al. "Recombinant Nanobodies for Protein Diagnostics and Therapeutics." Frontiers in Microbiology, 2017.

来源：泰克生物