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◎本文转自公众号“华人抗体”

1993年，比利时布鲁塞尔自由大学免疫学家Hamers-Casterman教授以及他的同事们在骆驼的血清中发现了有别于传统抗体的新型抗体，这种新型抗体仅由两条重链构成，因此被称为重链抗体（Heavy-Chain Antibody, HCAb）。重链抗体利用重链的可变区结合抗原VHH（Variable Domain of Heavy Chain of Heavy-Chain Antibody），其分子量约为15kDa，大小仅为人类完整抗体的十分之一左右，因此被称为纳米抗体（Nanobody, Nb）。除了在骆驼科动物中发现HCAb外，后续的研究者在软骨鱼中也发现了仅含有重链的独特抗体IgNAR，但是在应用和研究中，目前绝大多数都集中在VHH方面，这是因为VHH与人类抗体的VH相比，其同源性较高，因此人源化比较简单。

VHH人源化相较于传统的鼠抗体人源化相对简单，但是其在人源化过程中通常需要保留VHH抗体独有的氨基酸，这在一定程度上给VHH抗体在临床应用中带来了免疫原性风险，为了完全避免这种风险，越来越多的研究探索利用人VH抗体进行相关药物开发。研究发现，VHH抗体和人VH同源性达到80%以上，而且，在人抗体结合抗原的过程中， VH起到重要作用，特别是其中的CDR H3，甚至部分抗体对抗原的结合完全依靠VH，这些特性也为人VH抗体的开发奠定了基础。

图1：三种不同的重链抗体（参考文献1）

人VH抗体的优点

因为人VH抗体在很大程度上和VHH抗体类似，因此这类抗体的优点在某些方面和VHH类似，主要包括以下几个方面：

分子量小，组织渗透能力强

药物在细胞间的被动扩散速率与药物分子的大小呈反比，因此与传统的单克隆抗体相比，15kDa大小的人VH抗体理论上会具有更好的渗透性，所以更易到达常规抗体可能渗透不了的疾病组织中，并发挥相应的治疗作用，如进入难以渗透的实体瘤中。

分子量小，半衰期短

由于人VH抗体和VHH抗体分子量较小，因此在体内循环中其容易被肾脏快速清除，导致其半衰期较短，这在一定程度上可以避免药物过度作用带来的毒性问题，该特性也使其在临床影像诊断技术中具有一定的优势。另外，较短的半衰期有时也会导致药物在临床的药效不足，需要连续给药，但是该问题可以通过多种方式进行有效的解决，如融合Fc等。

免疫原性低，更安全

人VH抗体是从人VH序列库中直接筛选的，因此不同于VHH抗体，其不需要进行人源化，因此免疫原性风险低于VHH抗体。

易于和其它药物进行改造组合

由于人VH抗体分子量较小，因此其很容易通过基因工程手段将多个纳米抗体单体串联表达，实现抗体的多聚化，或者生产多价抗体。而且其可以和常规抗体进行组合，进行双特异抗体构建，除此之外，其也可以通过化学手段和一些载体类药物偶联，实现药物的定向递送。

易于生产，成本低廉

常规的抗体，因其分子量较大且含有糖基化位点，需要翻译后修饰，因此需要在哺乳动物细胞中生产，其生产过程耗时长，生产成本高。而人VH抗体分子量较小，没有糖基化位点，相对比较简单，因此可以实现在表达量较高的宿主如细菌，酵母菌或者真菌中生产，所以生产成本比较低。

人VH抗体存在的问题及解决方案

不同于VHH抗体，人抗体中重链和轻链需要配对才能维持稳定的结构，并且在抗体重链和轻链相互作用面上分布着一些疏水氨基酸以增强其相互作用。但是在人VH抗体中，因为没有轻链的相互作用，因此抗体更易聚集。目前已经有多种方案用于解决人VH抗体易于聚集的问题：

1）将人VH抗体“驼化”

VHH抗体之所以在没有轻链的情况下可以独立稳定的存在，主要是因为抗体中FR区和CDR区的表征显示FR2区域的疏水性残基为亲水性残基，而在人VH中其对应部分为疏水性氨基酸，并且可能和VL具有相互作用，因此为了防止人VH抗体聚集，可以将抗体中暴露的部分疏水氨基酸突变为亲水性的氨基酸，但是这在一定程度上可能会有免疫原性风险。

图2：亲水性氨基酸突变防止人VH抗体聚集（参考文献1）

2）利用特殊的筛选方案

为了降低人VH抗体的聚集性，有研究者在噬菌体表面展示多拷贝的抗体，并在筛选过程中短暂的把温度控制在抗体的溶解温度之上。多拷贝和较高的温度可以促使易于聚集的抗体发生聚集，这样在筛选过程中可以将这些抗体除去，从而得到不易聚集，相对比较稳定的抗体。

图3：多拷贝及温度控制筛选抗聚集人VH抗体（参考文献1）

3）利用人源化小鼠进行天然的进化筛选

与体外筛选方法如噬菌体展示，酵母展示等相比，人源化小鼠在抗体筛选过程中，抗体不仅会经历亲合力成熟等过程，而且会淘汰一些易于聚集或者不够稳定的抗体，因此通过人源化小鼠筛选的人VH抗体会更加稳定。

图4：人源化小鼠筛选人VH抗体（参考文献4）

人VH抗体在治疗中的应用

人VH抗体虽然和VHH抗体非常类似，但是因为其易于聚集等特点妨碍了其在治疗中的应用。然而，随着研究的深入及技术的进步，目前已经有越来越多的研究利用人VH抗体进行相关疾病的治疗，如在肿瘤治疗，感染性病毒防治等。

在肿瘤治疗方面，生物医药企业和铂医药已经依托人源化HCAb小鼠平台开发了新一代靶向CTLA-4的单克隆抗体，而且还以HCAb构建了多种结构的双特异抗体，可以用于多种机制双特异抗体的开发。

图5：基于和铂医药HCAb的双抗结构（参考文献3）

人VH抗体除了可以用于肿瘤药物的开发，还可以用于抗病毒药物开发，新冠疫情爆发后，来自于美国匹兹堡大学的Dimiter (Mitko) Dimitrov博士等研究学者就利用人VH噬菌体库筛选开发了首个靶向中和SARS-CoV-2冠状病毒的人VH抗体Ab8。该抗体不仅具有治疗COVID-19的潜力，而且还可能用于防止人们感染SARS-CoV-2，较小的分子量也使得其通过吸入等替代途径给药成为可能。

图6：人VH抗体用于SARS-CoV-2冠状病毒的防治（参考文献2）

总结

因为人VH抗体在很大程度上和VHH抗体类似，因此这类抗体的优点在某些方面和VHH类似，主要包括以下几个方面：易于生产，分子量小易于渗透到肿瘤内部发挥作用，结构简单易于和其它药物进行改造组合，同时其全人源免疫原性风险低。并且随着研究的深入，技术的进步，其易于聚集等缺点也逐渐被克服，目前也有越来越多的研究将其用于疾病的治疗，如肿瘤的治疗，感染性疾病的治疗。

和铂首个进入临床的HCAb抗体

和铂医药HCAb平台分子更小，组织穿透性更强，应用广泛。和铂医药已经将技术平台转化到临床应用，开发了新一代抗CTLA-4抗体HBM4003，并将于6月3日至7日举行的2022年美国临床肿瘤学会（ASCO）年会上，展示最新临床研究进展。（点击了解详情）

参考文献（上下滑动查看）

1、Johan Nilvebrant, Peter M. Tessier, and Sachdev S. Sidhu.Engineered autonomous human variable domains. Curr Pharm Des. 2016

2、Wei Li, Alexandra Scha¨ fer, Swarali S. Kulkarni et al. High Potency of a Bivalent Human VH Domain in SARS-CoV-2 Animal Models.Cell 2020

3、和铂医药官网

4、Drabek D, Janssens R, et al. Expression Cloning and Production of Human Heavy-Chain-Only Antibodies from Murine Transgenic Plasma Cells. Front Immunol. 2016

关于和铂医药

和铂医药（股票代码：02142.HK）是一家专注于肿瘤及免疫性疾病领域创新药研发及商业化的全球化生物制药企业。公司通过自主研发、联合开发及多元化的合作模式快速拓展创新药研发管线。

和铂自有的抗体技术平台Harbour Mice®可生成双重、双轻链（H2L2）和仅重链（HCAb）形式的全人源单克隆抗体。基于HCAb抗体平台开发的免疫细胞衔接器（HBICE®）能够实现传统药物联合疗法无法达到的抗肿瘤疗效。Harbour Mice®，HBICE®与单B细胞克隆筛选平台共同组成了和铂的下一代创新治疗性抗体研发引擎。

更多信息，请访问：www.harbourbiomed.com