納米抗體助力GPCR受體家族的研究

1.什么是GPCR受體家族

GPCR（ Guanosine-binding Protein Coupled Receptor）中文名稱為G蛋白偶聯(lián)受體，是表達在細胞質(zhì)膜上的一類7次跨膜蛋白，包涵800+個成員受體，是哺乳動物基因組中最大的膜蛋白家族。多種神經(jīng)遞質(zhì)、肽類激素和趨化因子的受體及味覺、視覺和嗅覺中接受外源理化因素受體的功能調(diào)節(jié)都依賴于GPCR受體家族。G蛋白是細胞內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，信號通路的故障與許多疾病有關(guān)，例如糖尿病、失明、過敏、抑郁、心血管缺陷和某些形式的癌癥。因此研究并生產(chǎn)出針對這些細胞表面信號傳遞受體蛋白的抗體成為科研工作者的首要工作。

圖1：GPCR（G 蛋白偶聯(lián)受體）信號傳導(dǎo)通路

2.GPCR受體家族分類

G 蛋白偶聯(lián)受體 (GPCR) 是最大的一類細胞表面受體，由人類基因組中的 1,000 多個基因編碼。通過對受體家族進行基因組序列分析，G蛋白偶聯(lián)受體家族可以大致被分為6類，分屬其中的G蛋白耦聯(lián)受體的基因序列之間沒有同源關(guān)系。
（1）視紫紅質(zhì)樣受體，視紫紅質(zhì)包含了絕大多數(shù)種類的G蛋白耦聯(lián)受體，在光感知中起著至關(guān)重要的作用，并已作為研究 GPCR 信號傳導(dǎo)的模型系統(tǒng)。
（2）分泌素受體家族，有較大N端區(qū)域，主要調(diào)節(jié)代謝作用。
（3）代謝型谷氨酸受體，有更大的N端，主要維護神經(jīng)系統(tǒng)和體內(nèi)鈣的穩(wěn)定。
（4）真菌交配信息素受體
（5）環(huán)腺苷酸受體
（6）Frizzled/Smoothened家族

圖2：四種G蛋白介導(dǎo)的G蛋白GPCR信號傳導(dǎo)示意圖

3.納米抗體

羊駝是駱駝科的成員，包括美洲駝（Llama）以及我們熟悉的羊駝（Alpaca）。除常規(guī)IgG外，駝科動物還產(chǎn)生一種功能性單鏈抗體，該抗體能夠與抗原結(jié)合，有時稱為VHH抗體。這些抗體僅由重鏈組成，缺乏輕鏈和功能性CH1和CH4結(jié)構(gòu)域。這些所謂的重鏈抗體正被用于開發(fā)單域抗體。這些抗體的單結(jié)構(gòu)域性質(zhì)提供了獨特的優(yōu)勢，使其在生物技術(shù)應(yīng)用中脫穎而出。
VHH抗體的優(yōu)點：（1）在高溫和pH下的穩(wěn)定性；（2） VHH可以識別通常不被常規(guī)抗體識別的抗原位點；（3）它們的小分子片段有助于快速組織滲透和標(biāo)記應(yīng)用，包括跨越血腦屏障；（4）用于大規(guī)模生產(chǎn)節(jié)約成本的替代品。
基于以上納米抗體的天然優(yōu)勢，因此在GPCR研究和藥物開發(fā)的領(lǐng)域可以發(fā)揮強大作用。

4.納米抗體調(diào)節(jié)GPCR功能

4.1納米抗體能夠穩(wěn)定GPCR構(gòu)象

伴隨著細胞膜上的GPCR調(diào)節(jié)過程的不斷變化，同時存在不同的構(gòu)象。其中有三種激動劑起到關(guān)鍵作用，它們通過與GPCR結(jié)合來誘導(dǎo)不同構(gòu)象的變化，GPCR反向激動劑（inverse agonist），拮抗劑（antagonist）或激動劑（agonist）。因此研究GPCR與配體結(jié)合時的結(jié)合位點和構(gòu)象之前，首要的是分析GPCR的晶體結(jié)構(gòu)。
β2AR是一類交感神經(jīng)系統(tǒng)的膜蛋白受體，利用內(nèi)源性兒茶酚胺如腎上腺素和去甲腎上腺素等激動劑參與人體許多生理和代謝過程。β2AR作為藥物靶點，可用于哮喘、心血管等疾病的治療。因此，獲得β2AR晶體結(jié)構(gòu)顯得尤為重要。
目前獲得的GPCR晶體結(jié)構(gòu)是非激活構(gòu)象，是小分子拮抗劑結(jié)合狀態(tài)下獲得，小分子激動劑結(jié)合狀態(tài)下的GPCR激活構(gòu)象，因其呈現(xiàn)為非均質(zhì)相，則難以獲得具高分辨率的晶體結(jié)構(gòu)。美國斯坦福大學(xué)的Brian K. Kobilka教授，首先解析β2AR晶體結(jié)構(gòu)出并獲得諾獎。結(jié)合納米抗體體積小親和力高的特點，Brian K. Kobilka團隊通過免疫羊駝，篩選到類似于G蛋白的納米抗體Nb80，使用Nb80結(jié)合到β2AR膜內(nèi)區(qū)域，穩(wěn)定β2AR與激動劑BI-167107結(jié)合，從而解析出β2AR的晶體結(jié)構(gòu)。

圖3激動劑-Nb80穩(wěn)定的活化β2AR晶體結(jié)構(gòu)與反向激動劑結(jié)合的β2AR的比較

4.2納米抗體能夠調(diào)節(jié)GPCR功能

納米抗體幾乎與常見的疾病研究如癌癥，炎癥反應(yīng)等都密切相關(guān)，由于本身較少的二硫鍵結(jié)構(gòu)，可以在細胞內(nèi)穩(wěn)定存在，因此在胞內(nèi)治療研究中應(yīng)用廣泛。納米抗體通過靶向趨化因子及其受體，在炎癥時引導(dǎo)白細胞向趨化因子轉(zhuǎn)化，使得趨化因子受體在免疫細胞上表達，能在癌癥和艾滋病治療中發(fā)揮作用。
納米抗體可以調(diào)整胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，蛋白beta-arrestin或G-蛋白激活，激酶(GRK)介導(dǎo)的受體磷酸化等。
納米抗體可以用作生物傳感器，通過熒光標(biāo)記蛋白，來跟蹤細胞中的蛋白質(zhì)。因此，研究靶向納米抗體開發(fā)極具治療意義。泰克生物在西北地區(qū)擁有大型的羊駝養(yǎng)殖基地，公司每年為科研用戶提供200+羊駝納米抗體制備服務(wù)，制備周期短，約16-20周即可獲得高質(zhì)量的文庫和單抗細胞株，為廣大科研用戶保駕護航。