Fab结构

Fab抗原结合片段(Antigen-binding fragment),由完整的轻链(可变区和恒定区)和部分重链结构(可变区和一个恒定区片段)组成,轻链与重链通过一个二硫键连接。每一个Fab相当于“Y”字形抗体的左臂或右臂,体积较小(分子量47-48 kDa)。

由于Fab同时具备了抗原结合区和部分恒定区,使其不仅具备了单链抗体(scFv)一样的抗体-抗原亲和力、优秀的组织穿透力等,并拥有更稳定的结构,从而在临床诊断和治疗上发挥巨大的作用。

Fab的结构

结构上,Fab的构成包括轻链可变区(light chain variable domain,VL)、轻链恒定区(light chain constant region,CL)、重链可变区(heavy chain variable domain,VH)和一个重链恒定区(heavy chain constant region 1,CH1)。两个Fab的CH1与抗体结晶区(crystalline fragment,Fc)的CH2通过铰链部分(hinge region)连接,构成一个全长IgG抗体。基于这种结构,通过对全长抗体进行蛋白酶酶切,也可以得到Fab片段。

例如,通过木瓜蛋白酶直接将IgG降解成两个Fab片段和一个Fc片段,而选择使用胃蛋白酶或无花果蛋白酶的情况下,IgG会被分解成两个通过铰链连在一起的Fab和一个没有铰链区的Fc,这两个特殊结构分别称为F(ab’)2片段和pFc’片段。F(ab’)2 片段可以还原成携带部分铰链区(二硫键桥硫醇)的Fab片段,即Fab’。无论是Fab、Fab’或者F(ab’)2 都不含Fc区域,不会干扰抗Fc介导的抗体检测。

Fab 抗体片段

Fab的表达

如上述中提到的,Fab可以通过在单抗的基础上直接通过酶切获得,这种方式优点是快速简单,但劣势也很明显,首先是需要单抗原料,一般数量有限且价格昂贵,另一方面,即使优化了全抗体的酶促切割后,得到的Fab往往会损失一定的免疫反应性。 重组Fab的优势比较明显,由于不具备Fc区,从而不需要翻译后修饰和糖基化,可以同时在原核和哺乳动物系统中表达。

虽然Fab可以在大肠杆菌中表达,但表达量较低,这源于其在周质空间的组装效率较差。Fab的轻、重链依靠二硫键连接,而二硫键的形成离不开周质空间的氧化环境,这就需要信号肽将轻、重链分别引导至周质空间完成折叠,与scFv相比效率大大降低。有些研究也表明,硫氧还原蛋白酶缺失的大肠杆菌更易使Fab折叠正确,这就涉及到宿主菌株的选择及改造,比较耗时耗力。

Fab在哺乳动物细胞中表达更加合理,正确的折叠的同时,表达量也能满足需求。铭研生物重组抗体表达服务采用自研的哺乳动物表达系统,具备更高效、更合理的方案,详情请咨询

Fab抗体文库

理论上,小鼠B细胞抗体库小于108,人的B细胞抗体库小于1012。通过scFv的常规构建流程,其抗体库容量一般在107数量级,甚至更少。而Fab组合抗体库可以达到1010-1013的级别,这大大增加了筛选到理想抗体的可能性。

库容量的差别源于构建方式的差别,一般的scFv展示库的构建是通过提取RNA反转录得到cDNA,然后从cDNA文库中直接通过重叠延伸拼接法,即直接在基因层次操作,在PCR中完成VH与VL基因的随机组合,从而获得scFv抗体的基因文库。这种操作使建库更加快速、方便,却也使scFv文库容量有限。

Fab文库则不然,通过对完全不同的VH与VL的基因分别构建载体(也有研究证明构建在一个载体上亦可),实现VH与VL在大肠杆菌表达后实现完全地随机在菌体内组合,从而得到容量巨大的抗体库(理论容量可达1014)。这类建库手段有组合感染法、Cre-LoxP体内重组等技术。受制于转染效率的限制,虽然得到的库容量小于理论值,依旧能提供非常优秀的容量,经过几轮筛选就可以得到比较理想的抗体。

Fab的应用

Fab片段是最早被研究的抗体片段之一,克服了多种抗体类型(传统单抗,scFv等)很多缺点,例如Fc介导的免疫系统旁路激活、血液清除率过快、热力学稳定性差及降低的亲和力等。

如今,Fab最显著的应用是在自身免疫病、肿瘤和部分眼科等疾病的治疗领域,如:已经上市的赛妥珠单抗酯(一种Fab片段),可以有效地针对类风湿性关节炎;作为Fab片段的美妥昔单抗I也已经用于治疗肺癌;此外,还有雷尼珠单抗,用于眼科的黄斑病变等。

不仅在治疗方面,Fab在生物传感器方面也在发挥日益重要的作用。通过不同的固化技术,Fab已经成功固定在金、无机和塑料颗粒上,也可以固化在多糖、硅和磁性载体等的表面。这些生物传感器可以广泛应用于各类疾病的检测,包括癌症、糖尿病、自身免疫病等,再配合重组抗体生产上的优势,Fab可以带来巨大的社会效益。