VHH，又称纳米抗体，是小的抗原结合片段 (~ 15 kDa)，源自骆驼科动物（VHH，来自骆驼和美洲驼）和软骨鱼（VNAR，来自鲨鱼）中的仅重链抗体，属于单域抗体。其由4个框架区(FRs)和3个互补决定区（CDRs)间隔构成，结构上与人的重链抗体可变域类似，但拥有更长的CDR3区(3-28个氨基酸残基)。其作为一种新兴药物，已经经历了任何一种新药都必须面临的研发成熟度与市场认可度双重挑战，VHH纳米抗体凭借其独特的小分子特性、优异的组织穿透力以及易于修饰和生产便捷等优点，迅速适应了药物开发对个性化、精准化和高效化的新需求，已经如雨后春笋般在生物医药界的研究领域涌现。
图一：境内外VHH管线开发进度分布
截止至2024年01月，全球共有3款VHH药物上市，分别为：用于获得性血栓性血小板减少性紫癜的治疗卡普赛珠单抗（Caplacizumab），在2018年8月、2019年2月和2022年9月分别在EMA，美国和日本上市，其作为首款VHH药物，已然成为了VHH赛道的“明星”，并展露出不菲的市场价值；第二款为靶向PD-L1，用于多种实体瘤治疗的恩沃利单抗（Envafolimab），作为首款国内研发的VHH药物，覆盖着广泛的适应症，于2021年11月在中国批准上市；第三款为首款靶向TNF-α和Albumin的双特异性纳米抗体奥利珠单抗（Ozoralizumab），用于类风湿关节炎治疗于2022年9月在日本上市。近期，中国境内数百条管线在几乎同步飞速出现竞相发展，以期推出最优秀的产品。下面我们便来扒扒VHH的发展史及具体画像。1980年代：技术革新与IgG片段的创新[1]
随着对免疫球蛋白基因及抗体生成机制的深入理解，科研人员开始尝试将抗体缩小到其抗原结合域（Fv或VH-VL），以拓宽应用范围并简化基因工程。1989年，Winter团队首次提出独立VH域作为单域抗体的概念，并发现尽管亲和力较低，但VH域能特异性结合抗原。然而，由于可溶性和稳定性问题，该概念初期未得到足够的商业关注。
1989-1993年：骆驼科抗体的发现以及确认
Hamers-Casterman团队在骆驼科动物中发现了仅由重链构成的抗体（HCAbs），这些抗体天然无轻链，解决了可溶性和聚集性问题。1993年，《自然》杂志发表相关研究成果，为VHH研究带来了重大突破[2]。
1993-2003年：VHH发展的首个十年
2001年12月Ablynx公司创立，标志着VHH（单域抗体）用于治疗药物的首个尝试。在此期间，研究人员对VHH进行了大量基础研究，包括序列分析、基因定位、噬菌体展示技术的应用以及表达系统的建立等，并揭示了VHH与传统抗体的不同之处。
2004–2013年：VHH发展的第二个十年，研究狂潮
相关出版物和专利申请指数级增长，遍布全球50多家机构的多款VHH项目进入临床前和临床研究，涵盖血小板聚和凝血抑制（靶向VWF）、病毒感染防治(靶向RSV)、毒素中和、自身免疫疾病治疗(靶向IL6-R )和肿瘤成像(靶向HER2）等领域。
2014年至今：VHH发展的第三个十年，百花齐放
由Ablynx公司研发的首个VHH治疗药物Caplacizumab成功完成I期临床试验，为纳米抗体应用于医学提供了有力证据，此后，更多VHH疗法进入临床试验阶段，大型药企（包括默克、勃林格殷格翰、赛诺菲等）纷纷与Ablynx开展深度合作。知识产权到期后，赛诺菲于2018年以48亿美元收购Ablynx，之后首款纳米抗体药物Caplacizumab先后获得EMA和FDA批准上市，进一步推动了VHH在全球生物制药领域的广泛应用和发展。目前VHH的靶点及适应症已日益多元化，国内研究较领先的企业，如上海洛启生物已布局11条VHH的研发管线。
图2：境内外VHH不同靶点研发进展（部分展示）
图3：境内外VHH不同适应症研发进展（部分展示）
图4：境内外VHH主要研发公司展示（部分展示）
与传统抗体药物相比，VHH有哪些具体优势呢，通过给主人公画像，便可清晰可见，VHH仿佛一位体型娇小，臂长惊人且全身充满活力的健儿。
图5：VHH卡通结构
首先来说说身材小：VHH因缺乏轻链而体积较小，具有出色的组织穿透性，能到达传统抗体难以触及的生物结构和病变区域。比如VHH可穿透实体肿瘤的密集微环境，有效识别和结合肿瘤细胞；能够穿过血脑屏障，用于治疗阿尔茨海默病等脑部疾病；在分子成像领域，可用于开发更为精准的成像探针。另一方面，小身材也使其非常易于工程化改造，尤其适用于基因容量很局促的载体工具。
其次再说说手臂长：VHH的可变区域（亲和位点）相对较长，使其结合抗原的方式更加多样化。这不仅增强了其亲和力，还使其能够识别并结合一些传统抗体难以接触的小型或隐蔽表位。该特性使单域抗体在诊断、治疗和生物医学研究中具有广泛应用潜力。长可变区使其能够精准靶向特定蛋白，用于开发针对性强的靶向治疗药物；尤其是在传感器开发中，VHH的高特异性和强亲和力使其成为理想的生物识别元素。
最后再说说身体健壮：由于VHH具有独特的氨基酸序列和结构，使其具有出色的热稳定性和化学稳定性，在极端温度、酸碱条件下仍能保持结构和功能完整，从而可以简化药物存储运输条件，并可以满足热带地区的疾病治疗需求，如疟疾、登革热等。另外因其具有高稳定性，VHH在生物工程、制药领域可作为稳定的生物催化剂或功能性成分，在生物分离和纯化技术中发挥重要作用，可以作为亲和纯化填料的理想选择。
随着VHH研究逐渐成熟，基于VHH的创新疗法亦纷纷涌现。一个典型的案例就是创新地将纳米抗体与CAR-T细胞疗法相结合，采用双VHH结构的Carvykti产品。2017年，传奇生物携带Carvykti 100%的客观缓解率惊艳ASCO，一战成名，与强生达成合作后共同进行Carvykti的开发和商业化，于2022年2月28日，Carvykti获得FDA批准上市，成为第一款在美获批的国产CAR-T，亦是第二款出海的中国本土原研抗癌药。2024年初强生发布2023年财报，指出创新药收入达548亿美元，与传奇合作的BCMA CAR-T疗法Carvykti为重要的业绩增长驱动力之一，全年销售额5亿美元整，有望突破10亿美元。
图6：Carvykti结构示意图
然而，如同抗体药或CAR-T/NK新药研发过程中可能遭遇的挑战，与VHH相关药物的开发亦同样面临着因脱靶效应带来安全性和有效性的风险。虽然上面重点总结了VHH应用的种种优势，但是相比看得见的有效性，我们对于VHH这种结构的特异性认知仍然相对薄弱。尤其VHH在体内的分布更为广泛，比如可以突破血脑屏障等，更是提示其也必然伴随着更大的安全性风险。如何对VHH的特异性进行一个更为系统全面的“体检”，就显得尤为重要。
通过将广泛的人体细胞膜蛋白表达在工具细胞表面的方式，实现对VHH分子是否与非目标膜蛋白相互作用的高效筛查，极大提升筛选效率，确保候选药物具有更高的靶向特异性和安全性。以往，国内研究者若需进行样本脱靶效应的深入分析，不得不依赖于国外昂贵且耗时的检测服务，这无疑给研究工作带来了诸多困扰和限制。
具体关于人质膜蛋白阵列技术的实施原理及应用，可参考神秘的人质膜蛋白阵列技术究竟是什么？获取详尽解读。如今，自主研发的平台应运而生，成功打破了这一局面，为国内乃至全球VHH生物药物的研发提供了便捷、高效的脱靶效应解决方案。关注守衡生物公众号或访问官方网站，您可以了解更多有关该先进技术在VHH及其他领域中的实际应用以及最新的研究成果，助力我国生物医药产业的发展与进步。
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