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作者lAlpharesearcher

编辑l细胞房间

骨架蛋白（proteinscaffold）或称为非免疫球蛋白配体（Non-immunoglobulinscaffolds）是一类模拟抗体的部分功能（如抗体特异性识别能力）但不具备传统结构的蛋白类产物。骨架蛋白最初设计的目的是，拥有抗体的特异性识别能力，而避免抗体的一些固有缺陷，如分子量大、组织渗透性差、稳定性一般、结构较为复杂（图1）。

▲图1.骨架蛋白特点

基于这个出发点，骨架蛋白应运而生。选择结构稳定的蛋白作为骨架，在骨架蛋白主体结构不变的基础上，通过对多个暴露于蛋白表面的氨基酸位点进行随机突变，形成一个可变的蛋白结构区域，从而构建而成了骨架蛋白库。通过表面展示技术，可以筛选出相应靶点的特异性骨架蛋白，这个过程与抗体的筛选极为类似。

骨架蛋白其实并不是新鲜的概念，早在年开发的第一个骨架蛋白Ecallantide，就已被FDA批准上市用于治疗12岁及以上患者遗传性血管性水肿（hereditaryangioedema，HAE）。Ecallantide是基于kunitzdomains（具有抑制丝氨酸蛋白酶功能的结构域）开发出来的骨架蛋白，由60个氨基酸组成。目前，较为火热的DARPin技术平台本质上也是一类从天然存在的锚蛋白（Ankyrin）衍生而来骨架蛋白平台。另外也有多个基于骨架蛋白平台的药物在临床阶段，如adnectins、affibodies、affilins等。

鲨鱼抗体首次报道出现在的nature上，在护士鲨体血清中发现了只有一个可变区域的免疫球蛋白，并将其命名为“nursesharkantigenreceptor”，简称“NAR”。

IgNAR具有一个可变区（VNAR）和5个恒定区（CNAR）。VNAR分子量约13KD，目前共发现3种类型，结构上略有区别。从整体上来说，这几种VNAR的特点，是由较短的CDR1和较长CDR3区域发挥抗原识别能力，缺少CDR2区域，以及具有稳定构象的链内二硫键（重链抗体的前世今生）（图2）。

▲图2.鲨鱼抗体结构

鲨鱼抗体VNAR由于分子量小、稳定性强、能够识别结合一些普通抗体所不能识别的位置，被研究人员看好应用于诊断和治疗领域。

i-body技术平台是由澳大利亚AdAlta公司开发的模拟鲨鱼抗体VNAR结构的骨架蛋白技术平台。VNAR的第一个晶体结构揭示了，其结构与大鼠神经细胞粘附分子（neuralcelladhesionmolecule，NCAM）的结构域的高度相似。后续的研究表明，人的NCAM与VNAR结构也极为相似，并具有免疫球蛋白超家族典型特点，包括两个反平行的β-链以及Cys-22和Cys-77链间二硫键。体外的研究表明，该蛋白结构具有很好的稳定性（图3）。

▲图3.大鼠NCAM与人NCAM结构

基于这些研究，AdAlta团队以NCAM蛋白为骨架，在其27-32氨基酸位置（DAKDKD）以及80-87氨基酸位置分别以6-residueCDR1以及10–20-residueCDR3loop替换，并进行随机突变建立筛选库，目前i-body的库容已经达到了亿级别（图4）。

▲图4.i-body技术平台

基于i-body平台筛选得到的蛋白药物，分子量大约12KD，不到常规抗体的1/10，保留绝大多数人蛋白的结构。也保留了VNAR这类纳米抗体的特性，能够有效结合至抗原的凹型区域，能够突破一些常规抗体难以成药的靶点，在结构复杂的靶点GPCR以及离子通道蛋白药物开发中具有较大的潜力。

▲图5.i-body分子量以及结合特点

AD-是目前进展最快的候选药物，靶向CXCR4用于治疗特发性肺纤维化，由i-body筛选得到靶向CXCR4的AD-融合Fc而成（图6）。

▲图6.AD-结构

体外试验以及动物模型试验获得积极的结果，已获得FDA孤儿药认定，预计年进入临床试验。

小结

骨架蛋白作为下一代抗体技术之一，与ADC、双抗、纳米抗体等下一代抗体技术相比而言，进展和成果是相对较小。这也与纳米抗体的崛起有关，目前第一个纳抗已经获批，骨架蛋白的许多优势，纳抗也能实现。i-body平台本质上是结合纳抗和骨架蛋白的优势组成的一个平台，保留了纳米抗体对于一些难以成药结构或靶点的结合能力，另外通过人类自身蛋白结构取代了纳抗中的骨架兼具了纳米抗体分子量小和结构稳定的特定，可以理解为一个人源化程度高的NVAR。i-body这个技术平台的竞争对手是纳米抗体（包括鲨鱼抗体以及羊驼来源的抗体），其能否展现出优势还需要临床的验证，以及更多的产品。

参考文献

1.StanfieldRL,etal.CrystalStructureofaSharkSingle-DomainAntibodyVRegioninComplexwithLysozyme[J].Science.4,():-3.

2.Adalta公司