單域抗體(single-domain antibody，SdAb)只包含單一的抗體可變區(qū)（VH/VL）。同常規(guī)的抗體一樣，它也能夠選擇性地結(jié)合特定抗原。單域抗體的分子量僅為12-15 kDa，遠小于由兩條重鏈和兩條輕鏈組成的普通抗體（150-160 kDa）。
第一個單域抗體是從駱駝科動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的。駱駝的血清中存在一種天然缺失輕鏈和重鏈恒定區(qū)1(constant region 1，CH1)的抗體，稱為重鏈抗體(heavy chain antibody，HcAb)。其中，位于重鏈抗體可變區(qū)的抗體片段被稱為VHH單域抗體，也被稱為納米抗體（nanobody）。VHH單域抗體具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、分子小、溶解性好、耐受各類不良環(huán)境、易于人源化等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛使用在小型化基因工程抗體研究、新藥開發(fā)以及疾病的診斷治療上。
單域抗體的特性
- 高水溶性和高穩(wěn)定性：普通單域抗體VL和VH相互作用的區(qū)域含有大量的疏水殘基，與VL分開后，VH表面的疏水殘基因大量暴露和相互粘附。而納米抗體中的疏水殘基被親水殘基所取代，因而增加其水溶性，減少聚合。納米抗體的高穩(wěn)定性來源于其內(nèi)部的多個二硫鍵，因此可在常溫中放置仍保持生物活性。
- 靶向性：天然重鏈抗體及其進一步重組得到的納米抗體在疾病診斷和治療中具有靶向性，并較其他普通抗體具有更強的抗原結(jié)合能力，小到半抗原和肽，大到蛋白和病毒，納米抗體也可對其表位進行識別。
VHH的生產(chǎn)/制備
單域抗體的常規(guī)制備是用抗原免疫駱駝，從血清中篩選抗體。但當(dāng)抗原具有高毒性，致病性或非免疫原性時，就不能采用常規(guī)免疫法，而是采用納米抗體基因文庫技術(shù)和噬菌體表面展示技術(shù)相結(jié)合的方法來篩選所需要的抗體。方法主要分成三個步驟：
- 天然單域重鏈抗體庫的構(gòu)建與鑒定：采取健康駱駝的外周血，構(gòu)建單域重鏈抗體的噬菌體展示文庫，鑒定文庫的庫容量以及多樣性。
- 抗原的合成與鑒定：通過重組蛋白表達或其他方式獲取抗原。
- 納米抗體重組噬菌體的篩選與鑒定：通過輔助噬菌體的侵染將重組噬粒庫轉(zhuǎn)化成噬菌體展示庫，從中篩選出高親和力、高特異性的抗體。
單域抗體在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
鑒于單域抗體具有上述的結(jié)構(gòu)特征及體積小、穩(wěn)定性強和易通過血腦屏障等優(yōu)勢，近年來單域抗體被用作為靶向?qū)б齽⒒瘜W(xué)傳感器、抗毒血清以及抗病毒免疫制劑等。
靶向?qū)б齽?/h3>
單域抗體體積小，易定位于普通抗體無法到達的組織部位或無法結(jié)合的靶標，增加藥物療效的同時也可減少藥物對周圍組織的毒性作用。研究人員將單域抗體作為引導(dǎo)劑應(yīng)用于治療癌癥的光動力學(xué)療法。用單域抗體將光敏劑帶到癌變組織，將特定的激光照射到具有光敏劑的組織，通過激發(fā)光敏劑，使受到激發(fā)的光敏劑氧化周圍的氧，生成活性較強的單態(tài)氧，進而氧化與之相鄰的生物大分子，產(chǎn)生細胞毒性作用，使細胞受損死亡。光動力學(xué)療法是輔助治療癌癥較為理想的方法。
化學(xué)傳感器
單域抗體較高的穩(wěn)定性，使其作為化學(xué)傳感器時具有更長的保質(zhì)期和更高的精確度。Singh等人將蓖麻毒素作為模板，以單域抗體為探針制作了熱穩(wěn)定性電化學(xué)免疫傳感器，并將單域抗體與傳統(tǒng)的單抗和多抗進行了比較，發(fā)現(xiàn)用單域抗體制作的電化學(xué)免疫傳感器可在溫度高達40℃時具有更長時間的保質(zhì)期，且傳感器的敏感度和精確度更高。
抗毒血清和抗病毒免疫制劑
單域抗體因為只含有重鏈可變區(qū)，沒有Fc段，免疫原性較弱，對組織損傷較小。用納米抗原作為抗毒血清有很大的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的抗蛇毒血清對于系統(tǒng)性損傷有效，且易引起過敏反應(yīng)，由此推動了新型免疫力療法的產(chǎn)生。