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蛋白偶聯受體，是表達在細胞質膜上的一類7次跨膜蛋白，包涵800+個成員受體，是哺乳動物基因組中最大的膜蛋白家族。多種神經遞質、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節都依賴于GPCR受體家族。G蛋白是細胞內重要的信號轉導分子，信號通路的故障與許多疾病有關，例如糖尿病、失明、過敏、抑郁、心血管缺陷和某些形式的癌癥。因此研究并生產出針對這些細胞表面信號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 蛋白偶聯受體）信號傳導通路
2.GPCR受體家族分類
G 蛋白偶聯受體 (GPCR) 是最大的一類細胞表面受體，由人類基因組中的 1,000 多個基因編碼。通過對受體家族進行基因組序列分析，G蛋白偶聯受體家族可以大致被分為6類，分屬其中的G蛋白耦聯受體的基因序列之間沒有同源關系。
（1）視紫紅質樣受體，視紫紅質包含了絕大多數種類的G蛋白耦聯受體，在光感知中起著至關重要的作用，并已作為研究 GPCR 信號傳導的模型系統。
（2）分泌素受體家族，有較大N端區域，主要調節代謝作用。
（3）代謝型谷氨酸受體，有更大的N端，主要維護神經系統和體內鈣的穩定。
（4）真菌交配信息素受體
（5）環腺苷酸受體
（6）Frizzled/Smoothened家族
圖2：四種G蛋白介導的G蛋白GPCR信號傳導示意圖
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IgG外，駝科動物還產生一種功能性單鏈抗體，該抗體能夠與抗原結合，有時稱為VHH抗體。這些抗體僅由重鏈組成，缺乏輕鏈和功能性CH1和CH4結構域。這些所謂的重鏈抗體正被用于開發單域抗體。這些抗體的單結構域性質提供了獨特的優勢，使其在生物技術應用中脫穎而出。
VHH抗體的優點：（1）在高溫和pH下的穩定性；（2） VHH可以識別通常不被常規抗體識別的抗原位點；（3）它們的小分子片段有助于快速組織滲透和標記應用，包括跨越血腦屏障；（4）用于大規模生產節約成本的替代品。
基于以上納米抗體的天然優勢，因此在GPCR研究和藥物開發的領域可以發揮強大作用。
4.納米抗體調節GPCR功能
4.1納米抗體能夠穩定GPCR構象
伴隨著細胞膜上的GPCR調節過程的不斷變化，同時存在不同的構象。其中有三種激動劑起到關鍵作用，它們通過與GPCR結合來誘導不同構象的變化，GPCR反向激動劑（inverse agonist），拮抗劑（antagonist）或激動劑（agonist）。因此研究GPCR與配體結合時的結合位點和構象之前，首要的是分析GPCR的晶體結構。
β2AR是一類交感神經系統的膜蛋白受體，利用內源性兒茶酚胺如腎上腺素和去甲腎上腺素等激動劑參與人體許多生理和代謝過程。β2AR作為藥物靶點，可用于哮喘、心血管等疾病的治療。因此，獲得β2AR晶體結構顯得尤為重要。
目前獲得的GPCR晶體結構是非激活構象，是小分子拮抗劑結合狀態下獲得，小分子激動劑結合狀態下的GPCR激活構象，因其呈現為非均質相，則難以獲得具高分辨率的晶體結構。美國斯坦福大學的Brian K. Kobilka教授，首先解析β2AR晶體結構出并獲得諾獎。結合納米抗體體積小親和力高的特點，Brian K. Kobilka團隊通過免疫羊駝，篩選到類似于G蛋白的納米抗體Nb80，使用Nb80結合到β2AR膜內區域，穩定β2AR與激動劑BI-167107結合，從而解析出β2AR的晶體結構。
圖3激動劑-Nb80穩定的活化β2AR晶體結構與反向激動劑結合的β2AR的比較
4.2納米抗體能夠調節GPCR功能
納米抗體幾乎與常見的疾病研究如癌癥，炎癥反應等都密切相關，由于本身較少的二硫鍵結構，可以在細胞內穩定存在，因此在胞內治療研究中應用廣泛。納米抗體通過靶向趨化因子及其受體，在炎癥時引導白細胞向趨化因子轉化，使得趨化因子受體在免疫細胞上表達，能在癌癥和艾滋病治療中發揮作用。
納米抗體可以調整胞內信號轉導，蛋白beta-arrestin或G-蛋白激活，激酶(GRK)介導的受體磷酸化等。
納米抗體可以用作生物傳感器，通過熒光標記蛋白，來跟蹤細胞中的蛋白質。因此，研究靶向納米抗體開發極具治療意義。泰克生物在西北地區擁有大型的羊駝養殖基地，公司每年為科研用戶提供200+羊駝納米抗體制備服務，制備周期短，約16-20周即可獲得高質量的文庫和單抗細胞株，為廣大科研用戶保駕護航。
