摘要：纳米抗体（nanobody），作为单域抗体（single-domain antibody）的代表，因其体积小、稳定性高和易于表达等优点，在抗体药物开发、靶向治疗、疾病诊断等方面展现了巨大的应用潜力。尤其在针对难以靶向的抗原时，纳米抗体显示出比传统抗体更为优异的
纳米抗体（nanobody），作为单域抗体（single-domain antibody）的代表，因其体积小、稳定性高和易于表达等优点，在抗体药物开发、靶向治疗、疾病诊断等方面展现了巨大的应用潜力。尤其在针对难以靶向的抗原时，纳米抗体显示出比传统抗体更为优异的性能。然而，作为驼背动物（如骆驼、长颈鹿等）体内自然产生的抗体，其源自非人类物种，可能引发免疫反应。因此，纳米抗体人源化改造成为提升其临床应用的关键技术。
1. 纳米抗体与人源化抗体开发的背景
人源化抗体开发已经成为现代生物医药领域的重要研究方向。由于传统的全鼠源单克隆抗体在临床应用中可能引发免疫原性反应，人源化抗体开发技术应运而生，旨在将非人源抗体的免疫原性降低到最小。在这一背景下，纳米抗体作为一种新的抗体形式，因其独特的结构和功能性被广泛研究。纳米抗体仅由单一的抗体可变区（VHH）构成，其分子量约为15 kDa，比传统的IgG抗体小得多，这使得其能穿透细胞、组织和肿瘤微环境，具有较强的靶向性和穿透性。
尽管纳米抗体在生物医学领域具有很大的应用潜力，但由于其来源于骆驼等非人类物种，其免疫原性较高，限制了其在人体内的应用。因此，纳米抗体人源化改造技术应运而生。通过人源化改造，研究人员能够将纳米抗体与人体免疫系统的兼容性增强，从而提高其在临床中的安全性和疗效。
2. 纳米抗体人源化改造的策略
纳米抗体人源化改造的核心目标是通过替换其结构中的鼠源或其他非人源序列，降低免疫原性，同时保持其亲和力与特异性。以下是几种常见的纳米抗体人源化改造策略。
2.1 CDR区域的优化与重建
纳米抗体的可变区（VHH）由三条互补决定区（CDR）和框架区（FR）组成。CDR区域是决定抗体与抗原结合亲和力和特异性的关键。纳米抗体的人源化改造通常通过将其CDR区域替换为人类来源的CDR序列，以降低免疫原性。然而，直接替换可能会导致抗体亲和力的下降，因此需要对人源化后的CDR进行优化。
亲和力成熟技术（affinity maturation）可以通过定向突变或高通量筛选技术，优化改造后的CDR区域。通过这些技术，可以提高纳米抗体的亲和力，并确保其在靶向抗原时的高效性。
2.2 框架区的替换与稳定性优化
框架区是决定抗体稳定性和表达效率的重要部分。纳米抗体的框架区通常与人类抗体框架区有较大差异，直接影响到其稳定性和在人体内的半衰期。因此，在纳米抗体的改造过程中，框架区的替换是至关重要的一步。
框架区的替换通常需要精确的基因工程技术，以确保替换后的框架区能够与人源CDR序列兼容，保持抗体的三维结构稳定性和生物活性。此外，框架区的优化还可以提高抗体的表达量和生产效率，确保纳米抗体在工业化生产中的稳定性。
2.3 完全人源化改造
完全人源化是将纳米抗体中的所有非人源区域，包括框架区和CDRs，完全替换为人类抗体的相应序列。虽然完全人源化改造可以显著降低免疫原性，但该过程可能会导致抗体亲和力的下降，因此需要进行进一步的优化和改造。
完全人源化后的纳米抗体不仅能够避免免疫原性问题，还能够在人体内更好地发挥作用，具备更强的抗原特异性和疗效。通过多轮亲和力成熟和结构优化，可以确保完全人源化纳米抗体在临床应用中具有更好的疗效和更高的安全性。
2.4 亲和力优化与筛选
亲和力是纳米抗体发挥作用的关键。纳米抗体的人源化改造通常伴随着亲和力优化过程。通过结合噬菌体展示技术、酵母展示技术等高通量筛选方法，研究人员可以筛选出亲和力最强的纳米抗体。亲和力优化不仅提高了纳米抗体与目标抗原的结合能力，还可以增加其在血液中的半衰期，增强其疗效。
亲和力优化的一个重要方向是亲和力成熟。通过定向突变、快速筛选和序列分析，研究人员可以获得亲和力更强、特异性更高的纳米抗体，这对于靶向治疗和药物开发具有重要意义。
3. 纳米抗体人源化改造中的挑战
尽管纳米抗体人源化改造技术取得了显著进展，但在实际应用中仍面临诸多挑战。
- 免疫原性问题：尽管通过框架区和CDR的优化可以显著降低免疫原性，但完全人源化的纳米抗体仍可能在人体内引发免疫反应。如何进一步降低免疫原性，并提高抗体的临床适应性，仍然是一个挑战。
- 亲和力与特异性平衡：在进行纳米抗体人源化改造时，亲和力和特异性的平衡至关重要。过度优化亲和力可能会导致抗体的非特异性结合，影响其治疗效果。因此，如何保持亲和力和特异性之间的平衡是一个亟待解决的问题。
- 生产效率：尽管纳米抗体具有较高的表达效率，但其人源化后的生产效率可能受到框架区和CDR的影响。如何提高人源化纳米抗体的生产效率和稳定性，仍然是纳米抗体研究中的一大难题。
纳米抗体人源化改造技术在抗体药物开发中具有重要意义。通过优化CDR区域、框架区以及采用亲和力成熟等策略，可以有效提升纳米抗体的亲和力、特异性和稳定性，从而增强其在临床中的应用潜力。然而，免疫原性、亲和力与特异性平衡、生产效率等问题依然是纳米抗体人源化改造中面临的挑战。随着技术的不断发展，纳米抗体的临床应用前景将更加广阔，成为靶向治疗和精准医学的重要工具。
参考文献
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来源：泰克生物
