單鏈抗體(scFv)概述

單鏈抗體(single-chain variable fragment, scFv)是由抗體重鏈的下載可變區與輕鏈的可變區在一段肽鏈的連接下構成的小分子,是具有抗體活性的最小功能結構單位。單鏈抗體可以由表達系統進行表達,也可以用噬菌體展示技術進行制備。由于其分子質量小,穿透力強,半衰期短,免疫原性低等特點,在疾病臨床診斷、治療、預防等方面具有重要作用和廣闊的應用前景。本文就單鏈抗體的結構、制備、應用等方面做一個概述。

scFv結構

完整的抗體由兩條重鏈(heavy chain,H)和兩條輕鏈(light chain,L)構成,透過人工改造,可使其只表達可變區,通過人工合成的連接肽(Linker)基因將抗體重鏈可變區(VH)和輕鏈可變區(VL)連接成重組基因,由該重組基因表達的抗體就稱為單鏈抗體(scFv)。在結構上,可以將重鏈的N端與輕鏈的C端相連,也可以將輕鏈的N端與重鏈的C端相連。Linker長度通常為15~25個氨基酸,通常由甘氨酸(Gly)和絲氨酸(Ser)構成,具有一定彈性及蛋白酶抗性,Linker的作用是連接VH,VL,并保持一定的彈性,使VH,VL的功能區折疊后仍可配對,構成單價抗原結合位點。

scFv結構圖

scFv片段為一價,可以通過連接兩個scFv片段制作出二價的scFv。二價scFv一般有兩種結構,一種是形成一條含有兩個重鏈可變區與兩個輕鏈可變區的單肽鏈,叫做串聯抗體(tandem di-scFvs);另一種是將Linker的長度從15縮短到3~12個,使來自兩個不同分子的VH和VL功能區相互配對,形成一個二聚體結構,叫做Diabodies(如果Diabodies是由來自兩個不同抗原的可變區組成,那么就會形成雙特異性抗體)。與此類似,可以生產一條具有三個重鏈可變區與三個輕鏈可變區的串聯抗體(tandem di-scFvs),也可以通過進一步縮短Linker長度,從而使來自三個不同分子的VH和VL功能區相互配對,形成一個三聚體(triabodies)。與一般的scFv片段相比,scFv多聚體抗原結合價增加,具有更高的親和力。

單鏈抗體的制備與高親和力scFv片段篩選

scFv可在多個表達系統中進行表達,目前比較常用的,是大腸桿菌表達系統和哺乳動物表達系統。通過噬菌體展示技術也可生產得到scFv片段。通過免疫動物實驗得到雜交瘤細胞,從中提取cDNA,利用逆轉錄PCR(RT-PCR)得到全套抗體的重鏈可變區VH與輕鏈可變區VL,利用重疊PCR(SOE-PCR)將VH,VL片段拼接擴增得到單鏈抗體可變區基因片段(scFv)。將scFv基因克隆到合適的噬菌體載體中,電轉感受態大腸桿菌,輔助噬菌體超染,得到的上清液即為單鏈抗體庫。以特異性抗原為固相,經3~5輪的“吸附-洗脫-擴增”篩選,即可得到富集的能與抗原特異性結合的單鏈抗體。(噬菌體展示技術制備scFv詳細實驗步驟

單鏈抗體的純化

單鏈抗體缺乏在完整抗體中含有的Fc片段,因此普通的結合位點(Protein G)不能用來純化抗體。通常,在scFv片段的C端加上6個組氨酸,然后利用金屬螯合親和層析(IMAC)可以對單鏈抗體進行純化。除此之外,蛋白L可以和輕鏈的可變區相互作用,因此也可以用蛋白L進行抗體的純化。

某些特殊的ScFv片段也可以被Protein A捕獲并純化,但其中的原理處于未知狀態。

單鏈抗體的應用

scFv具有分子質量小、穿透力將強、特異性較高等優點,在靶向治療、影像診斷、細胞內免疫、生物檢測等方面有著重要的應用。在靶向治療方面,可以將藥物和毒素與scFv鏈接,形成免疫藥物或者免疫毒素等,利用抗原與抗體特異性結合的特點,定位于靶細胞,對靶細胞進行特異性免疫殺傷;在影像診斷方面,由于scFv穿透力強,在腫瘤組織中的分布指數較完整抗體分子分子高,在放射顯像時,放射性核素排出較快,對身體危害小,可用于腫瘤的顯像定位診斷;在細胞內免疫方面,病毒感染生物體后,細胞內表達能識別某種病毒編碼蛋白的抗體,從而阻止病毒在細胞間傳遞,抗病毒蛋白的單鏈抗體可以在細胞內克隆與表達,從而可用于病毒感染性疾病的診斷和治療;在生物監測方面,scFv親和力好,易于制備,因此被用來快速準確食物和水等物質中的有害物質。

目前,scFv已經成為基因工程研究的熱點。隨著對scFv研究的不斷深入,相信在不久的將來,scFv將憑借自身的優勢,在醫學、食品等領域發揮更巨大的應用。

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