纳米抗体 (Nanobody，即重链单域抗体VHH: variable domain of heavy-chain antibody) 因其具有分子量小 (约15 kDa) 、亲和力强、溶解性好和生产成本低等特性，已成为大分子创新药物研发的重要新兴方向。为延长纳米抗体VHH在血液中的半衰期，通常把VHH与全长抗体的Fc片段融合，构建VHH-Fc抗体。然而，VHH-Fc抗体的融合蛋白常常存在稳定性缺陷，导致药物制剂聚集或降解，从而引发安全性问题，这已成为制约VHH-Fc抗体药物成功上市的主要障碍。目前VHH-Fc抗体开发领域缺乏系统性评估蛋白质稳定性的方法，使得抗体分子难以实现精准优化，严重阻碍了其临床转化和产业化进程。因此，开发精准的VHH-Fc抗体优化改造方法具有重要的意义。
近日，复旦大学生命科学学院黄强课题组与复宏汉霖技术运营团队合作，于Advanced Science发表题为“Enhancing the Protein Stability of an Anticancer VHH-Fc Heavy Chain Antibody through Computational Modeling and Variant Design” 的论文。该研究针对抗肿瘤治疗用VHH-Fc抗体 VFA01，构建了一套多维度的计算分析流程，用于系统评估其蛋白质稳定性，并结合实验验证，成功设计出稳定性显著提升的蛋白变体。
研究人员首先通过同源建模和分子动力学模拟构建了VFA01的动态三维结构模型，为后续稳定性分析奠定了结构基础。随后，采用计算分析方法全面评估了VHH-Fc抗体的构象稳定性、二硫键还原状态以及聚集和降解倾向，精准识别出影响稳定性的关键氨基酸位点。这一过程在以往研究中常被忽视或仅能通过实验手段进行粗略评估。进一步结合肽图分析和构建抗体聚集与降解的机理模型，研究人员确认了五个影响抗体蛋白稳定性的关键氨基酸位点：C130、F57、Y106、L120和W111。
基于这些关键氨基酸位点，研究人员对VFA01进行了系列变体设计，最终获得经实验验证的高稳定性新变体M11 (C130S/W111F/F57K) 。与原抗体VFA01相比，变体M11的稳定性得到显著提升：亚微米级蛋白颗粒的聚集速率降低了6.2倍，100 nm及以下蛋白颗粒的聚集速率降低了3.4倍，蛋白质裂解速率降低了1.5倍。此外，M11的抗原结合亲和力和蛋白质产量均提高了1.5倍。 因此，该论文的研究为VHH-Fc类融合抗体的开发提供了一种有效的蛋白质稳定性优化策略，有助于促进VHH大分子药物的临床应用。
图1. VHH-Fc融合抗体的蛋白质稳定性评估与变体设计流程 (源于Advanced Science).
复旦大学生命科学学院博士研究生方源同学为该论文的第一作者，复旦大学黄强教授与复宏汉霖韩冬梅博士为通讯作者。
原文链接：
Y. Fang, M. Song, T. Pu, X. Song, K. Xu, P. Shen, T. Cao, Y. Zhao, S. Hsu, D. Han*, Q. Huang*. Enhancing the Protein Stability of an Anticancer VHH-Fc Heavy Chain Antibody through Computational Modeling and Variant Design. Advanced Science. 2025. https://doi.org/10.1002/advs.202500004