引言
抗体是生物治疗性药物中的一大类。近年来，人们对抗体中单域抗体越发关注。单域抗体以较小的尺寸实现了与传统抗体基本相当的亲和力，而且溶解度高，不易聚集，耐高温，易于在组织中渗透，可以开发独特的应用场景，具有巨大的治疗潜力。
研究简介
对于单域抗体结合位点与传统抗体结合位点之间的差异，之前的研究或仅仅基于理论推测，或用于分析的数据集规模较小，人们的认知并不充分。
最近的一篇文章展示了一项基于相对比较大规模序列和结构数据的研究，或可对此有所补充。文章题为“A comparison of the binding sites of antibodies and single-domain antibodies”，发表在《免疫学前沿》。
研究使用了892个抗体-抗原(Ab-Ag)和345个单域抗体-抗原(sdAb-Ag)结构复合物的非冗余数据集，以及1614526个人类VH序列和1596446个骆驼VHH序列的非冗余数据集，得到的结论有的与之前研究相符，有的却有很大出入，接下来就让我们具体来看一下。
研究结果
1.单域抗体具有更长的CDR-H3
比较CDR区长度，序列数据集显示与Abs相比，sdAbs的CDR-H1短0.4，CDR-H2短0.2，CDR-H3长1.4；结构数据集显示与Abs相比，sdAbs的CDR-H1、CDR-H2长度差异较小或不显著，CDR-H3长1.6。
图1（A）序列数据和（B）结构数据的CDR-H3环长度分布均显示，sdAbs（蓝色）中的CDR-H3-环往往比Abs（粉色）中的更长
2.结构聚类显示Abs和sdAbs CDR结构之间的分离
基于长度和构象相似性（通过RMSD测量）对sdAbs和Abs的CDR环的结构进行聚类，表明sdAbs的CDR-环形成的形状之间存在重叠。然而，这种重叠在随机聚类上观察到的范围内，因此表明sdAb和Abs采用不同的CDR构象。
3.sdAbs和Abs具有比偶然预期的更多相同的CDR序列
图2 相同序列的实际数量大于预期数量，这表明sdAbs和Abs CDR环的氨基酸组成存在相似性，这可能源于它们相似的遗传背景。
4.sdAbs和Abs抗原结合位点氨基酸差异
参考之前研究，将氨基酸分为七类(脂肪族、芳香族、含硫、含羟基、碱性、酸性等)，sdAbs的抗原结合位点中有更多的脂肪族、含硫和碱性氨基酸，更少的芳香族氨基酸。
比较抗原结合位点的长度，发现sdAbs的抗原结合位点明显小于Abs。
图3 （A）距离定义的抗原结合位点和（B）相互作用定义的抗原结合位点，sdAbs（蓝色）中的长度比Abs（粉色）中的更短。
5.sdAbs和Abs的靶向表位氨基酸差异
与分析抗原结合表位类似，同样对表位中的氨基酸进行分析，sdAbs的靶向表位中有更多的芳香族氨基酸，更少的碱性氨基酸，但差异并不显著。
6.Abs的靶向表位更线性
在本研究中，所谓更线性指的是表位序列中更多的连续残基数量。结果显示Abs的表位更线性。
图4 如Abs（粉红色）和sdAbs（蓝色）（A）距离定义表位和（B）相互作用定义表位的表位的线性残基百分比分布所示，Abs靶向的表位相对比sdAbs靶向表位更线性。
7.sdAbs和Abs的靶向表位大小没有显著差异
图5 Abs（粉红色）和sdAbs（蓝色）表位大小
8.sdAbs和Abs的靶向表位可及性相似
在本研究中表位可及性定义为表位的表面溶剂可及表面积（SASA）/表位残基的SASA的总和，可以理解为表位的暴露程度，根据这个定义，0是完全掩埋，1是完全暴露。
图6 表位可及性相似。sdAbs可以结合Abs无法结合的更加隐蔽的表位。同样，Abs也可以结合sdAbs无法结合的更加暴露表位。
9.CDR-H3长度和表位可及性没有相关性
sdAbs通常能够靶向传统Abs不太容易接近的表位，传统假设是因为它们的CDR-H3环比Abs的更长。然而，根据这项研究中的数据集，CDR-H3环的长度和表位可及性之间没有相关性。
图7 sdAbs和Abs的CDR-H3长度和表位可及性之间没有相关性。
10.sdAbs的CDR-H3更紧凑，抗原结合位点残基建立的相互作用更多
sdAbs更长的CDR-H3对应相似的靶向表位，可能意味着其CDR-H3更紧凑。sdAbs更短的抗原结合位点，每个残基建立的相互作用更多。
图8 sdAb（蓝色）和Ab（粉红色）抗原结合位点引发的相互作用数量的分布表明，sdAb抗原结合位点在每个残基上建立的相互作用明显多于Ab。
11.疏水性相互作用在sdAb-Ag和Ab-Ag复合物中占主导地位。
图9 疏水性相互作用在sdAb-Ag和Ab-Ag复合物中占主导地位。
12.对sdAb-Ag相互作用来说CDR-H3和框架区更重要
图10 对相互作用无贡献的sdAb CDR-H3比例很低。
图11 CDR区占比低，可能意味着更多的框架区参与相互作用
图12 参与相互作用的框架区参加相对比较保守
13.靶向表位相似，相互作用方式并不相同。
图13 靶向表位相似，相互作用方式并不相同
总结
总的来说，这项研究基于序列和结构的分析，比较了sdAbs和Abs的差异，在一定程度上解释了sdAbs某些特性的可能原理。虽然在表位可及性、氨基酸分类的定义上可能还是太过简单直接，但对我们理解单域抗体仍然具有启发性和重要意义，当我们思考某一靶点是否适合开发单域抗体，这项研究可能给我们提示。
研究原文链接：https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1231623
