1993 年，比利时科学家在《自然》杂志首次报道了一种特殊抗体 —— 羊驼外周血中天然缺失轻链的重链抗体，其单独克隆表达的重链可变区（VHH），不仅能保持与抗原的高亲和力结合，还具备分子量极小（仅 15kDa）、结构稳定的特性，这就是后来被称为 “纳米抗体（Nanobody, Nb）” 的新型分子工具。如今，纳米抗体凭借 “兼顾传统抗体特异性与小分子药物穿透性” 的独特优势，已成为治疗性抗体、诊断试剂、基础研究领域的 “新星”，彻底打破了传统抗体的应用局限。
一、纳米抗体的 “特殊出身”：天然结构决定核心优势
与传统抗体（由两条重链、两条轻链组成）和人工改造的单链抗体片段（scFv）相比，纳米抗体的天然结构赋予了它不可替代的特性：
1. 结构极简：已知最小的功能性抗原结合单位
纳米抗体的核心是重链可变区（VHH），晶体尺寸仅 2.5nm×4nm，分子量约 15kDa—— 仅为传统完整抗体（150kDa）的 1/10，scFv（25-30kDa）的 1/2。这种极小的分子尺寸带来两大关键优势：
- 组织穿透性强：能穿透传统抗体难以到达的区域，如穿过血脑屏障（治疗中枢『神经系统』疾病的关键瓶颈）、深入『肿瘤』组织内部，或进入细胞间隙与靶点结合；
- 易表达且可溶性高：无需复杂的二硫键配对或折叠辅助，可在原核系统（如大肠杆菌）中高效表达（产量可达传统抗体的 5-10 倍），且表达产物不易聚集（scFv 常因疏水区域暴露导致聚集），大幅降低生产成本。
2. 稳定性卓越：耐受极端条件，适配多场景应用
天然重链抗体的 VHH 结构进化出了更强的环境适应性，能耐受高温（60-80℃短期处理仍保持活性）、强酸（pH 2-3）、强碱（pH 11-12）及高浓度变性剂（如尿素），这一特性使其在多场景中具备优势：
- 诊断试剂领域：无需严格冷链运输与储存，适合基层医疗或野外检测（如胶体金试纸条）；
- 工业催化领域：可作为酶的融合标签，在高温反应体系中仍保持稳定，提升催化效率；
- 体内治疗领域：进入人体后，能抵抗胃酸、消化酶的降解，延长体内半衰期（部分纳米抗体可通过 PEG 修饰进一步延长循环时间）。
3. 免疫原性低 + 亲和力高：兼顾安全性与特异性
- 低免疫原性：羊驼 VHH 的氨基酸序列与人类重链可变区（VH）同源性较高，且无传统抗体的轻链恒定区，进入人体后引发抗抗体（ADA）反应的概率远低于鼠源或嵌合抗体，安全性更优；
- 高亲和力：VHH 的抗原结合位点更灵活，可结合传统抗体难以接触的 “隐蔽表位”（如酶的活性中心凹槽、病毒表面的构象表位），亲和力常达纳摩尔（nM）甚至皮摩尔（pM）级别，与优质传统抗体相当。
二、纳米抗体的构建核心：噬菌体展示技术赋能高效筛选
要获得针对特定靶点的纳米抗体，需通过 “免疫 - 建库 - 筛选” 三步流程，其中噬菌体展示技术是实现高效筛选的关键：
- 免疫与基因克隆：用目标抗原免疫羊驼，刺激其免疫系统产生针对该抗原的重链抗体；从羊驼外周血淋巴细胞中提取 RNA，逆转录为 cDNA🧬 后，通过 PCR 扩增 VHH 基因片段；
- 噬菌体文库构建：将 VHH 基因片段插入噬菌体（如 M13 噬菌体）外壳蛋白（如 PⅢ）的基因序列中，使 VHH 与外壳蛋白融合表达，展示在噬菌体表面，形成 “每个噬菌体展示一种 VHH” 的纳米抗体文库（库容可达 10⁸-10¹⁰）；
- 高通量筛选：利用 “生物淘选（Biopanning）” 技术，将靶抗原固定在固相载体上，加入噬菌体文库孵育 —— 仅能与靶抗原结合的噬菌体可被保留，未结合的被洗涤去除；将保留的噬菌体感染大肠杆菌扩增后，重复 3-5 轮筛选，逐步富集高亲和力的 VHH 克隆；最终通过测序与功能验证，获得特异性纳米抗体。
这种方法无需复杂的杂交瘤制备过程，筛选周期仅需 2-4 周，远快于传统单克隆抗体制备（2-3 个月），且能一次性获得多种高特异性纳米抗体，大幅提升研发效率。
三、纳米抗体的应用场景：从基础研究到产业转化的全覆盖
凭借独特优势，纳米抗体已在多个领域落地应用，成为生物医药研发的 “多面手”：
1. 治疗性药物研发：攻克传统抗体的治疗瓶颈
- 『肿瘤』治疗：作为靶向载体，与毒素（ADC 药物）、放射性核素或免疫细胞（如 CAR-T）偶联，精准靶向『肿瘤』细胞；因分子量小，可穿透实体瘤间质，提升药物递送效率；
- 自身免疫病治疗：针对细胞因子（如 TNF-α、IL-6）的纳米抗体，可快速中和炎症因子，且因穿透性强，能更高效到达炎症部位；
- 中枢『神经系统』疾病治疗：可穿透血脑屏障，针对阿尔茨海默病的 Aβ 蛋白、帕金森病的 α- 突触核蛋白等靶点开发治疗药物。
2. 临床诊断：提升检测灵敏度与便捷性
- 体外诊断试剂：用于胶体金试纸条、酶联免疫吸附法（ELISA）、电化学发光法等平台，检测『肿瘤』标志物（如 PSA、CA125）、病原体（如新冠病毒抗原）；因特异性强、稳定性高，可提升检测灵敏度（达 pg/mL 级别），且适配常温储存；
- 体内成像：与荧光染料、放射性核素偶联，作为分子探针用于『肿瘤』、炎症的体内成像，辅助疾病诊断与分期。
3. 基础研究：成为蛋白互作研究的 “工具利器”
- 免疫沉淀（IP）：作为 IP 抗体，因分子量小、不易产生非特异性结合，可减少对蛋白复合物的干扰，提升互作蛋白鉴定的准确性；
- 荧光成像：与荧光蛋白（如 GFP）融合，用于活细胞内靶点的动态追踪，观察蛋白的定位与表达变化。
总结
从羊驼血液中发现的纳米抗体，凭借 “小尺寸、高稳定、低免疫原性” 的天然优势，结合噬菌体展示技术的高效筛选，已成为生物医药领域的 “变革性工具”。随着基因工程技术的进一步发展（如人源化改造、多价纳米抗体设计），纳米抗体在治疗、诊断、研究领域的应用将更加广泛，为解决传统技术瓶颈提供新方案。
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