重组PAS化纳米抗体探针：改善血液循环和肿瘤靶向能力

Recombinant PASylated nanobody probes with improved blood circulation and tumor targeting

Yicheng Yang, Lingyue Jin, You Zhang, Siyu Zhou, Weijun Wei, Gang Huang, and Changfeng Wu

Journal of Innovative Optical Health Sciences Vol. 18, No. 03, 2541001 (2025)

https://doi.org/10.1142/S1793545825410019

纳米抗体因其高亲和力、低免疫原性和良好的组织穿透能力，在生物医学成像和治疗中展现出巨大潜力。然而，纳米抗体的小尺寸导致其在体内会被肾脏快速清除，限制了其在医学成像中的应用。近日，南方科技大学吴长锋教授团队在《Journal of Innovative Optical Health Sciences》上发表了一篇题为“Recombinant PASylatednanobody probes with improved blood circulation and tumor targeting”的研究论文，报道了一种通过PAS化技术改造的重组纳米抗体探针，显著延长了纳米抗体在体内的血液循环时间，并提高了其肿瘤靶向能力。

导语

纳米抗体是仅由重链抗体（HCAb）的可变区（VHH）构成的单结构域抗体，具有诸多优势，如高亲和力、低免疫原性、高溶解性和低体内聚集性。然而，其快速的肾脏清除特性限制了其在生物医学成像中的应用。为解决这一问题，研究人员探索了多种方法来延长纳米抗体的血液循环时间，其中PEG化（PEGylation）是最常用的方法之一。但PEG的非生物可降解性引发了对其生物应用安全性的担忧。因此，研究团队使用一种聚乙二醇化的生物替代方案——PAS化（PASylation），通过在纳米抗体的C末端融合PAS（Pro、Ala、Ser）序列，成功开发出一种新型的重组PAS化纳米抗体探针。

正文

研究背景

纳米抗体的快速肾脏清除是限制其在生物医学成像中应用的主要问题之一。PEG化是一种通过化学方法将聚乙二醇（PEG）与蛋白质结合的技术，能够显著延长蛋白质的血液循环时间，但存在生物安全性问题。PAS化作为一种生物替代方案，通过在蛋白质末端融合与PEG分子性质相似的PAS序列，增加蛋白质的水动力体积，从而延长其在体内的循环时间。

研究方法

研究团队设计了一种重组PAS化纳米抗体（Nb1053PAS），在纳米抗体的C端融合200个氨基酸的PAS序列，并在大肠杆菌中高效表达。为进行比较，研究团队还通过mTGase介导的位点特异性修饰合成了PEG化纳米抗体（Nb1053PEG）。通过流式细胞术和共聚焦显微镜分析了这些纳米抗体探针的细胞靶向能力，并在体内荧光成像实验中评估了其血液循环时间和肿瘤靶向能力。

实验结果

实验结果表明，PAS化纳米抗体在体外细胞靶向实验中表现出与原始纳米抗体相当的靶向能力，且比PEG化纳米抗体具有更高的细胞标记亮度。在小鼠模型中，PAS化纳米抗体的血液循环时间显著延长，其半衰期是原始纳米抗体的3.8倍，与PEG化纳米抗体相当。更重要的是，PAS化纳米抗体在肿瘤组织中的积累量比原始纳米抗体和PEG化纳米抗体分别高出约1.5倍和1.3倍，显示出更好的肿瘤靶向能力。

图1. PAS化和PEG化纳米抗体的特性分析。(a) Nb1053、Nb1053PEG和Nb1053PAS的表达与合成。(b)纳米抗体偶联物的凝胶电泳分析。泳道1：蛋白质标记物；泳道2：Nb1053；泳道3：Nb1053PEG；泳道4：Nb1053PAS。(c)通过动态光散射（DLS）测量的Nb1053、Nb1053PEG和Nb1053PAS分子的流体动力学直径分布。(f) Nb1053和Nb1053PAS分子量的液相色谱分析。

图2. Nb1053、Nb1053PEG和Nb1053PAS探针的特异性细胞标记。(a)通过FITC标记的三种纳米抗体探针对Daudi和U87细胞进行免疫荧光成像（比例尺：15 μm）。(b)三种纳米抗体探针在不同浓度下（62.5、125、250、500、1000、2000 nM）对MM.1S标记的流式细胞术检测结果与(c)平均荧光强度（n = 3）。

图4.携带皮下MM.1S肿瘤的小鼠的荧光成像。(a)荷瘤小鼠注射Cy5.5标记的Nb1053、Nb1053PEG和Nb1053PAS（100 nmol/kg，n = 5）探针后进行活体荧光成像。在注射后0.5、1、2、4、8、12、24、36、48、60、72小时获取近红外荧光活体成像图。(b)三种探针注射后小鼠肿瘤部位和背景（左后肢肌肉）的平均荧光强度（MFI）。(c)三种探针注射后小鼠的肿瘤-肾脏信号比。(d)三种探针注射后72小时，小鼠肿瘤和器官的离体荧光成像与(e)荧光强度（n = 5）。***P < 0.001。

主要创新点

●PASylation技术的应用：通过在纳米抗体的C末端融合PAS序列，成功开发出一种新型的重组PAS化纳米抗体探针，显著延长了纳米抗体在体内的血液循环时间。

●抗原靶向能力的提升：PAS化纳米抗体可直接在大肠杆菌中表达，避免了PEG化过程中的化学偶联、纯化和生物活性的丧失，具有更强的抗原亲和力。

●肿瘤靶向能力的提升：PAS化纳米抗体在肿瘤组织中的积累量显著增加，提高了肿瘤成像的灵敏度和特异性。

应用前景

这种新型的PAS化纳米抗体探针在生物医学成像和治疗中具有广阔的应用前景。其延长的血液循环时间和增强的肿瘤靶向能力使其能够更有效地用于肿瘤的早期诊断和治疗监测。此外，PASylation技术还可以应用于其他生物医学领域，如抗体药物偶联物的开发和分子影像探针的设计。

结语

这项研究为纳米抗体在生物医学成像和治疗中的应用提供了一种新的策略。通过PASylation技术，研究人员成功开发出一种具有改善血液循环时间和增强肿瘤靶向能力的重组纳米抗体探针。这一成果不仅解决了纳米抗体快速清除的问题，还为开发新型生物医学成像和治疗工具提供了重要的理论和技术支持。

通讯作者简介

吴长锋，南方科技大学生物医学工程系教授，其研究方向包括：1）光学分子探针与超分辨光学成像；2）近红外荧光分子和深层组织成像；3）生物光学传感器及健康监测系统。

更多详情见https://www.sustech.edu.cn/zh/faculties/wuchangfeng.html