scFv
scFv单链抗体(Single-chain variable fragment),是由抗体重链可变区(heavy chain variable domain,VH)和轻链可变区(light chain variable domain,VL)通过一个10-25个氨基酸组成的柔性短肽(linker)连接而成,是最小的重组抗体形式(约27 kDa)。
本质上,scFv是一种融合蛋白,并保留了原始免疫球蛋白对抗原的特异性。scFv较小的分子尺寸,带来了强大的肿瘤内穿透力、在血液中快速降解、人体内负反馈小等优势,这也为scFv的临床应用奠定了基础。
铭研生物具备一整套抗体解决方案,包括scFv库的构建、筛选和表达。我们非常乐意为客户解决问题,欢迎咨询

scFv的结构

scFv的构成可以是VH的N端通过linker与VL的C端相连,反之亦可。一般而言,scFv的组装顺序不会影响其特性,而linker的构成与长度会对scFv结构造成很大影响,它不仅承担了scFv的空间结构,也会影响scFv的亲和力甚至药动力学性质。

Linker的设计

最常见的linker是灵活性较好的(Gly4-Ser)3 ,这不单单是由于Ser与Gly会让短肽具备了一定弹性、抗蛋白酶酶切的能力,还会增加scFv的可溶性。
当linker的长度小于12个氨基酸残基时,scFv分子不会折叠成功能性的单一Fv结构域,而是会与另一个scFv组成一个二价的二聚体,一般称为diabody。进一步减少linker的残基数量,diabody会与第三个scFv组成一个三聚体,称之为triabody。此外,也可以通过串联的方式组成二价scFv,三价scFv等,这种方式组成的二价、三价scFv分别称串联二价抗体(tandem di-scFvs)和串联三价抗体(tandem tri-scFvs)。
scFv单链抗体

scFv的扩展结构

除去上述通过改变linker生成的多价scFv,也可以通过其他方式获得更多特殊结构,应用于各类不同的场景。
针对某些对稳定性要求较高的应用(如37℃血浆孵育),scFv的稳定性就略显不足,需要进一步提升。比如二硫键稳定型Fv(dsFv),其主要构建手段是通过基因工程技术,在VH与VL的保守框架区的特定位点各突变出一个半胱氨酸,这样,在表达过程中VH与VL之间会形成一个稳定的二硫键。scFv在设计上也可以采取dsFv的思路,使用linker的同时,额外增加一个二硫键,提高稳定性。

此外,两个针对不同抗原的scFv通过linker连接在一起组成的抗体一般称作双特异性抗体(Bispecific diabodies)。双特异性抗体是重组抗体里非常重要分支。

scFv的产生与表达

当前,scFv主要通过噬菌体展示库筛选获得。根据抗体基因的来源,一般将抗体库分成天然抗体库(naive antibody library)、免疫抗体库(immune antibody library)、合成抗体库(synthetic antibody library)以及半合成抗体库(semi-synthetic antibody library)等几类。抗体库是否拥有足够大的容量和足够丰富的多样性,是筛选到理想scFv的先决条件。更多内容,请查看抗体文库构建

scFv抗体库的构建与筛选

以较为成熟的展示系统是噬菌体展示为例。无论想要构建的抗体库是哪种类型,获得抗体可变区基因后,一般按照VH-linker-VL或VL-linker-VH的顺序将基因插入至展示载体上(如pHEN1)。将载体转入大肠杆菌后,scFv表达并组装在大肠杆菌的细胞膜间隙,随后加入辅助噬菌体(如M13KO7等),scFv就会以融合蛋白的形式表达在噬菌体表面或纤毛,噬菌体展示库就构建完毕。
针对特定抗原的scFv的筛选一般采取固相化抗原筛选。如酶标板、免疫试管、亲和柱等。一般对可溶性抗原直接包被ELISA板,经过几轮结合、洗脱,往往就可以筛选到目的抗体。

scFv的表达

在筛选得到理想的scFv后,表达小试或大规模生产即可实现。相对于完整的抗体,scFv并不需要复杂的翻译后修饰或糖基化,可以直接在原核系统里表达并表现出优秀的抗原-抗体亲和力。也可以选择在哺乳动物细胞中表达。

scFv的应用

正如上文中提到过的,scFv实现了从研究到各种疾病的诊断和治疗的广泛应用。它们的特异性和低免疫原性使它们成为传统治疗形式的一种很好的替代方法,提高了靶向特定分子的准确性并避免了不良副作用。

最近几年,scFv最显著的应用无疑是作为靶向药物重要的一部分,即CAR-T中的嵌合抗原受体(Chimeric antigen receptor, CAR)。CAR-T作为当下靶向治疗中的明星,通过工程改造的T细胞进行癌症治疗。CAR-T免疫疗法的前提是修饰T细胞以识别癌细胞,以便更有效地靶向和破坏它们,而起到识别和结合癌细胞作用的正是嵌合在T细胞上的scFv。CAR-T已经在血液癌症,HIV,单纯疱疹病毒(HSV)中发挥巨大的作用。

scFv也可以应用于疾病的诊断,比如狂犬病病毒的检测。在狂犬病感染的情况下,仅在暴露后不久可治疗,准确和精确的诊断对于患者的生存至关重要,scFv相对传统单抗更便宜,可广泛普及。

噬菌体展示库也可以为抗体治疗后续实验提供广泛的平台,包括人源化和亲和力成熟等。