Nature子刊 | 复旦大学王勇翔等团队发现33个残基肽标签可提高大肠杆菌产生的单链抗体片段的溶解度和稳定性

单链可变片段(scFvs)是抗体结构域，它们结合抗原并具有与完整抗体相当的抗原结合能力。然而，scFvs因固有的低溶解度和稳定性问题而面临挑战。仅两种大肠杆菌生产的scFv被批准用于治疗，这表明提高scFv稳定性和溶解度的策略至关重要。在2022年8月8日发表于《自然通讯》杂志的文章中，复旦大学王勇翔和中国科学院上海药物研究所陈示洁共同报告了一种名为P17标签的33个残基肽。该标签显著提高了大肠杆菌SHuffle菌株中产生多个scFv的溶解度，相比未经修饰缺戚的scFv，溶解度提高了11.6倍。实验结果表明，亲水序列，尤其是带电残基，有助于提高溶解度，而P17标签的α-螺旋二级结构并不直接影响溶解度。值得注意的是，P17标签在提高scFv热稳定性方面表现出与域内二硫键类似的效果，而后者对蛋白质稳定至关重要。研究还发现，P17标记的scFv在抗原结合亲和力和病毒中和活性方面表现出显著提升，与未标记版本相比，抗原结合亲和力提高两倍以上，病毒中和活性同样显著增强。这表明P17标签通过其I型分子内伴侣样活性，促进了scFv的正确折叠和稳定构象形成，进而增强了scFv的抗原结合和病毒中和能力。scFvs作为抗体片段，在基础研究、诊断和治疗领域具有广泛的应用。然而，大肠杆菌作为低成本、快速生长的表达宿主，通常面临着scFv以不溶性聚集体形式表达的挑战。为了克服这一问题，研究人员探索了多种策略，包括在氧化周质空间中表达、降低培养温度、伴侣蛋白的共表达、使用工程改造的大肠杆菌变体提供更具氧化性的细胞质环境，以及将溶解度促进丛茄标签融合到scFv中。通过将33-aaP17肽标签和进一步缩短的变体定性为小尺寸融合标签，该研究显著增加了scFv在大肠杆菌SHuffle细胞中的溶解度、可溶性产量和稳定性。此外，研究揭示了P17标签的增强作用不仅限于提高溶解度，还体现在提高了scFv的热稳定性和抗原结合亲和力。这为scFv的长期储存稳定性提供了支持，P17标签scFvs在冷冻保存1.5年后观察到的较少不溶性聚集体，进一步证明了其稳定性增强效果。P17标签是首个报道渗扮察的增加scFv热稳定性的肽标签，其通过提高展开能垒和稳定疏水的VH-VL界面，促进了蛋白质折叠，减少了结构域交换，最终减少了单体和二聚体寡聚成可溶或不溶的聚集体。综上所述，P17标签为提高scFv在大肠杆菌中的溶解度和稳定性提供了有效策略，其增强作用体现在提高scFv的溶解度、热稳定性、抗原结合亲和力以及病毒中和活性，为scFv的进一步研究、生产和应用提供了重要工具。通过克服scFv的溶解度和稳定性问题，P17标签为scFv在基础研究、诊断和治疗领域中的广泛应用铺平了道路。