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(dá)在細(xì)胞質(zhì)膜上的一類7次跨膜蛋白，包涵800+個(gè)成員受體，是哺乳動(dòng)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(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，信號(hào)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(duì)這些細(xì)胞表面信號(hào)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(hào)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(xì)胞表面受體，由人類基因組中的 1,000 多個(gè)基因編碼。通過對(duì)受體家族進(jìn)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(hào)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(hù)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(hào)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(dòng)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(shí)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(dú)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(diǎn)：（1）在高溫和pH下的穩(wěn)定性；（2） VHH可以識(shí)別通常不被常規(guī)抗體識(shí)別的抗原位點(diǎn)；（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(qiáng)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(xì)胞膜上的GPCR調(diào)節(jié)過程的不斷變化，同時(shí)存在不同的構(gòu)象。其中有三種激動(dòng)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(dòng)劑（inverse agonist），拮抗劑（antagonist）或激動(dòng)劑（agonist）。因此研究GPCR與配體結(jié)合時(shí)的結(jié)合位點(diǎn)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(dòng)劑參與人體許多生理和代謝過程。β2AR作為藥物靶點(diǎn)，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(dòng)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(jiǎng)。結(jié)合納米抗體體積小親和力高的特點(diǎn)，Brian K. Kobilka團(tuán)隊(duì)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(dòng)劑BI-167107結(jié)合，從而解析出β2AR的晶體結(jié)構(gòu)。

圖3激動(dòng)劑-Nb80穩(wěn)定的活化β2AR晶體結(jié)構(gòu)與反向激動(dòng)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(xì)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(shí)引導(dǎo)白細(xì)胞向趨化因子轉(zhuǎn)化，使得趨化因子受體在免疫細(xì)胞上表達(dá)，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(hào)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(xì)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(xì)胞株，為廣大科研用戶保駕護(hù)航。