CN110256562A

CN110256562A - Pd-1纳米抗体、制备方法及其应用

Info

Publication number: CN110256562A
Application number: CN201910604218.0A
Authority: CN
Inventors: 陈创夫; 吴鹏
Original assignee: Shihezi University
Current assignee: Shihezi University
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2019-09-20
Anticipated expiration: 2039-07-05
Also published as: CN110256562B

Abstract

本发明属于生物医学技术领域，特别涉及PD‑1纳米抗体、制备方法及其应用。使用纳米抗体可以提高或者协同增强与抗原的结合能力。纳米抗体不具备完整的抗体结构，缺少Fc端以及Y型结构，抗原与纳米抗体结合后不容易被识别，可以轻易逃避免疫系统的捕捉。技术手段主要包括：抗原与载体连接；转入感受态细胞中，提取重组质粒；然后转染至宿主菌中进行表达；利用抗原蛋白对驼类动物进行免疫；采集外周血，抽提淋巴细胞样品的总RNA，反转录为cDNA，扩增得到VHH文库片段，将VHH文库片段插入表达载体，并转化至感受态细胞中，构建抗体免疫库；筛选抗体免疫库中的纳米抗体；验证筛选的纳米抗体与PD‑1抗原结合。

Description

PD-1纳米抗体、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，特别涉及PD-1纳米抗体、制备方法及其应用。

背景技术

PD-1(programmed death 1)程序性死亡受体1，是一种重要的免疫抑制分子，作为免疫球蛋白的超家族成员，它是一类分子量在50～55kD跨膜Ⅰ型糖蛋白，为CD28超家族成员。其最初是从凋亡的小鼠T细胞杂交瘤2B4.11克隆出来。以PD-1为靶点的免疫调节对抗肿瘤、抗感染、抗自身免疫性疾病及器官移植存活等均有重要的意义。人源的PD-1编码基因是位于第2号染色体上，有6个外显子，在T细胞、B细胞、单核细胞、激活的自然杀伤细胞等细胞中都表达。它可通过多种途径抑制T细胞的功能。以PD-1为靶点的免疫调节对抗肿瘤、抗感染、抗自身免疫性疾病及器官移植存活等均有重要的意义。

中国医学科学院研制出一种具有定向性、选择性杀伤肿瘤细胞的“单抗-药物”联结物，即以单克隆抗体为“载体”，携带药物精确地和肿瘤细胞结合，能在原位杀死癌细胞，而对其他正常细胞无损伤。这种综合性药物好比是专攻癌症的“生物导弹”，人们把这种治疗方法形象地比喻为导弹疗法。但是，单克隆抗体的联结物具有以下缺点：

(1)单克隆抗体存在异源性。如果用于小鼠单克隆抗体的单克隆抗体，对人体的应用会产生抗鼠单克隆抗体，它不可重复应用，影响其疗效。

(2)单克隆抗体体积相对较大，不能较好的进入肿瘤组织。

(3)单克隆抗体开发周期长，生产成本高，产量低。

(4)单克隆抗体类药物价格昂贵，研发复杂，人源化复杂，成功率有限。

(5)难以大规模生产，单克隆抗体药物在建厂和生产过程中消耗的资金非常巨大

(6)不稳定，容易降解，保存成本高；容易污染，维护成本高昂。在高温和强酸强碱的条件下会分解，须在低温下保存，否则就会在数周内完全失去活性。抗体能被消化系统很快降解，从而阻止了其进入大脑或其他有效作用部位。

生物免疫治疗相对传统化疗或靶向治疗，有一个本质逻辑区别:“免疫治疗”针对的是免疫细胞或者说是免疫系统，而不是癌症细胞。在癌症免疫治疗中，抑制免疫检查点通路被认为是最有前景的治疗方式之一，其机制是通过抑制通路中相关靶点解除T细胞活性受抑状态，活化后的T细胞能够进攻和消灭肿瘤细胞。抗体并不直接作用于肿瘤细胞，而是通过作用于T细胞类间接杀伤肿瘤细胞；另外，它们并不是针对肿瘤表面的某种特定物质，而是系统性地增强了全身的抗肿瘤免疫反应。

纳米抗体是由比利时科学家于1993年在自然杂志中首次报道，在羊驼外周血液中存在一种天然缺失轻链的抗体，该抗体只包含一个重链可变区(VHH)和两个常规的CH2与CH3区，但却不像人工改造的单链抗体片段(scFv)那样容易相互沾粘，甚至聚集成块。更重要的是单独克隆并表达出来的VHH结构具有与原重链抗体相当的结构稳定性以及与抗原的结合活性，是目前已知的可结合目标抗原的最小单位。VHH晶体为2.5nm，长4nm，分子量只有15KD，因此也被称作纳米抗体(Nanobody，Nb)。

纳米抗体包含3个高变区与4个骨架区，高变区均在同一侧。与人类抗体的VH有着同样的结构，测序显示与VH3同源性极高，但是纳米抗体的CDR1(Complementarity-determining region-1)与CDR3(Complementarity-determining region-3)相对较长。

因此，将相关抗原与纳米抗体结合，在肿瘤疾病的诊断和治疗方面具有广阔的应用前景。

发明内容

基于现有技术的缺陷，本发明旨在将纳米抗体与相应抗原结合，得到PD-1纳米抗体，并提供了其制备方法，将制备的纳米抗体其应用于肿瘤的抑制。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

PD-1纳米抗体的制备方法，包括以下步骤：

S1：合成PD-1免疫抗原序列片段，并进行扩增；

S2：将扩增后的PD-1产物片段与载体连接，得到连接液；

S3：将连接液转入感受态细胞中，并提取重组质粒；

S4：将重组质粒转染至宿主菌中，对抗原进行表达，并对表达的抗原蛋白进行纯化；

S5：利用步骤S4中得到的抗原蛋白对驼类动物进行免疫；

S6：采集免疫后的驼类动物外周血，分离淋巴细胞；

S7：抽提淋巴细胞样品的总RNA，反转录为cDNA，使用引物CAL-leader和CAL-CH2进行扩增，得到VHH文库片段，其中引物CAL-leader和CAL-CH2的序列分别见SEQ ID NO:4和SEQ ID NO:5；

S8：将VHH文库片段插入表达载体，并转化至感受态细胞中，构建抗体免疫库；

S9：用生物素化方法筛选抗体免疫库中的纳米抗体；

S10：验证筛选的纳米抗体与PD-1抗原结合。

进一步地，步骤S1中，对合成的PD-1免疫抗原序列片段进行扩增时，所用引物分别为PD-1上游引物和PD-1下游引物，序列分别见SEQ ID NO:2和SEQ ID NO:3。

进一步地，步骤S2中，所用载体为PCDNA3.1+载体。

进一步地，步骤S3中，所用感受态细胞为HEK293感受态细胞。

进一步地，步骤S4中，所用宿主菌为HEK293细胞。

进一步地，用生物素化方法筛选得到的纳米抗体的序列见SEQ ID NO:9。

一种利用上述制备方法制备的PD-1纳米抗体。

上述的PD-1纳米抗体在制备肿瘤抑制剂或肿瘤细胞抑制剂中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与使用单克隆抗体相比，纳米抗体的CDR3具有突出，使用纳米抗体可以提高或者协同增强与抗原的结合能力。纳米抗体具有稳定的结构，保证了结合的稳定性。纳米抗体与抗原的结合位点也与单克隆抗体不同，纳米抗体可以更紧密的结合到抗原上，并且可以结合到传统抗原结合不到的地方。另一方面纳米抗体并不具备完整的抗体结构，缺少Fc端以及Y型结构，抗原与纳米抗体结合后不容易被识别，可以轻易逃避免疫系统的捕捉。

纳米抗体可以在严苛的环境中保持构象不变，抗热性能较好，可以在室温下存放一周以上。而超强的耐酸碱性可以使纳米抗体更好的抵抗不同的环境，也可以增加纳米抗体的作用范围。单域重链抗体微小的体积也使它获得了较低的免疫原性，使动物长期注射蛋白成为可能。

本发明使用人HEK293细胞株对抗原进行表达，使用哺乳动物表达系统表达人的蛋白可以最大化的保证蛋白的原始结构与活性，保证了蛋白拥有翻译后修饰以及糖基化等真核蛋白特有的修饰，可以使获取的蛋白具有较高活性。

本方法使用羊驼作为免疫动物可以更好的保定以及节约抗原的用量。本方法筛选得到的纳米抗体可以高效、特异性的结合到靶点上。

附图说明

图1是PD-1纳米抗体构建流程图；

图2是PD-1PCR电泳结果；

图3是pcDNA3.1载体酶切电泳结果；

图4是PD-1酶切电泳结果；

图5是PD-1SDS-PAGE检测结果；

图6是PD-1特异性Western-blot检测结果；

图7是总RNA样品电泳结果图；

图8是VHH片段电泳结果图；

图9是VHH片段电泳结果图；

图10是电转化后抗性平板培养结果；

图11是菌落PCR产物电泳结果图；

图12是PD-1蛋白SDS-PAGE检测结果；

图13是PD-1生物素标记检测结果；

图14是pET28a-SUMO载体表达效果图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明披露了PD-1纳米抗体、制备方法及其应用，制备流程如图1所示，具体方案如下实施例所示。本实施例中所用试剂均市售可得；pcDNA3.1质粒、HEK293细胞和HEK293感受态细胞，获自新疆民族与地方高发病省部共建实验室，该生物材料只为重复本发明的相关实验所用，不作为其他用途使用。

实施例1 PD-1纳米抗体、制备方法

S1：合成PD-1免疫抗原序列片段，并进行扩增。

首先通过Uniprot数据库获得PD-1免疫抗原序列，具体见SEQ ID NO:1。然后，使用Primer Premier 5.0软件设计PD-1上游引物和PD-1下游引物，具体见下表及SEQ ID NO:2和SEQ ID NO:3。

将上述引物及抗原序列送至生工生物工程(上海)股份有限公司合成，以合成片段为PCR模板进行扩增。

PCR体系为：(引物浓度为1OD溶于400ul ddH₂O)

PCR程序：

PCR完成后进行1％琼脂糖凝胶电泳，并按照回收试剂盒的操作回收片段。

PCR结果如图2所示，经PCR扩增得到大小相符的目的条带，用1％琼脂糖凝胶电泳检测目的条带清晰，与预期大小相符，说明成功扩增出目的条带，目的片段全长930bp。

S2：将扩增后的PD-1产物片段与载体连接，得到连接液。

首先，对步骤S1中的回收产物进行酶切，酶切体系50ul，具体为：

以上体系放入37℃恒温水浴锅中反应2h。

之后，对载体进行酶切，本实施例中所用载体为PCDNA3.1+载体，载体酶切体系为：

以上体系放入37℃恒温水浴锅中反应2h，按照回收试剂盒回收酶切的载体片段。将回收的载体片段用1％琼脂糖凝胶电泳检测，结果如图3所示，其中泳道1和2均为载体酶切泳道。得到大小为为5300bp的条带，与预期大小相符，说明回收片段酶切成功。

然后将回收的目的片段与载体连接，连接体系20ul，具体为：

将上述连接体系置于PCR仪中，22℃处理1h，得到连接液。将连接液用1％琼脂糖凝胶电泳检测，结果如图4所示，说明连接成功。

S3：将连接液转入感受态细胞中，并提取重组质粒。

本实施例中采用本领域标准的42℃热激法转入HEK293感受态细胞。

S4：将重组质粒转染至宿主菌中，对抗原进行表达，并对表达的抗原蛋白进行纯化。

本实施例中，在转染前24h将宿主菌HEK293细胞进行铺板，当细胞生长状态良好且贴壁细胞密度达到50％～80％时进行转染。将10μL脂质体加到500μL DMEM培养基中，加入重组质粒5μg，轻轻混匀，常温温育30min。之后将得到的混合液体小心加到铺板的细胞培养皿中，分散均匀，置37℃、5％CO₂培养箱中培养72h。吸干细胞培养液，离心收集细胞，加入细胞裂解液Lysis Buffer：50mM Tris(PH8.0)，300mM NaCl，1％Triton X-100，1mMDTT，5％甘油，200W冰浴超声10min；16 000r/min离心20min；收集裂解上清液进行10％SDS-PAGE电泳，判断蛋白是否表达。

SDS-PAGE电泳结果如图5所示，细胞培养液经10％SDS-PAGE凝胶电泳分析显示，在目的条带，与预期大小相符，证明蛋白成功表达，同时证明该蛋白以可溶性形式表达。之后，将该蛋白使用镍柱纯化，具体步骤如下：

Flag标签纯化：

(1)使用Flag填料，1ml柱子用于纯化；

(2)柱子事先用Binding Buffer：(50mM Tris(pH 8.0)，300mM NaCl，0.1％TritonX-100，1mM DTT，5％甘油)平衡10CV；

(3)裂解后的细胞上清液加入到平衡好的柱子上；

(4)样品上完，用Binding Buffer清洗柱子；

(5)用Wash Buffer：(50mM Tris(pH8.0)，500mM NaCl，1mM DTT，5％甘油)清洗柱子5-10CV，洗去若结合的非特异吸附的杂质。

(6)用Elution Buffer：(50mM Tris(pH8.0)，150mM NaCl，150μg/μl Flagpeptide，1mM DTT，10％甘油)洗脱目标蛋白，收集目标蛋白。

特异性Western-blot检测：将PVDF膜切成条浸在甲醇中，室温条件下在摇床中培养1min；去除甲醇后加入1×TBST进行SDS-PAGE电泳，用夹心法将蛋白电转移至PVDF膜。将滤纸浸泡在转印缓冲液预湿润后，300mA转印80min；于室温条件下用封闭液封闭1h；将一抗进行3 000倍稀释，4℃孵育过夜；用PBST洗涤3次，每次5min；然后用封闭液5000倍稀释二抗，室温条件下温育1h；用PBST洗涤3次，每次5min，使用TMB显色液显色。PD-1一抗为Anti-PD1抗体(J116)(小鼠单克隆抗体(J116)to PD1，Anti-PD1antibody(J116)ab140950)，二抗为山羊多克隆抗体二抗to小鼠IgG-H&L(HRP)抗体(abcam公司ab6789)。

Western-blot检测结果如图6所示，Western-blot检测证明蛋白具有特异性。

S5：利用步骤S4中得到的抗原蛋白对驼类动物进行免疫。

本实施例中选用羊驼作为免疫动物，免疫方案：初次免疫，使用弗氏完全佐剂0.5ml+蛋白0.5ml乳化，进行皮下与皮内注射免疫；弗氏不完全佐剂0.25ml+蛋白0.25ml乳化均匀，分别在28天(二免)、49天(三免)、70天(四免)皮下免疫羊驼；弗氏不完全佐剂0.125ml+蛋白0.125ml乳化均匀，分别在91天(五免)、112天(六免)免疫羊驼。在第122天，分离淋巴细胞。

进行ELISA检测，根据检测结果继续加强免疫，待确定产生抗体效价达到一定水平后进行颈动脉采血分离淋巴细胞。

ELISA检测实验：抗原分别200ng/well，4度包被过夜；PBST(0.1％)洗板1次，1×bloker300μl/well，37度封闭2h。PBST(0.1％)洗板1次，0.5×blocker梯度稀释抗血清，100μl/wel加入板中，37度1h。PBST(0.1％)洗板3次，抗羊驼二抗用0.5×blocker稀释1:15000，100μl/孔加入板中37度1h。PBST(0.1％)洗板3次，PBS洗板3次，100μl/孔TMB显色约20min，50μl/孔2M H₂SO₄终止。酶标仪OD450-OD630nm读数。

检测结果如下表：

12800倍

25600倍

51200倍

102400倍

204800倍

409600倍

PBS

PD-1免疫前

0.044

0.045

0.043

0.042

/

0.042

PD-1六免

OUT

2.946

1.723

0.047

其中“OUT”代表OD450值超过3.000，OD值太高，属于强阳性；“/”表示OD450值低于0.042，信号低于PBS对照组，OD值太低，属于阴性。

S6：采集免疫后的驼类动物外周血，分离淋巴细胞；

对免疫后的羊驼颈动脉采血，淋巴细胞分离，具体操作为：将淋巴细胞分离液预热至22℃。使用肝素钠抗凝管，每只羊驼采集外周血200mL。使用等体积的组织稀释液稀释全血。在离心管中加入等体积的分离液。室温，水平转子1000g，离心30min。吸取白膜层，加入10mLPBS洗涤液洗涤白膜层细胞。250g，离心10min。弃上清，5mL的PBS重悬细胞，250g，离心10min。弃上清，5mL的PBS重悬细胞，250g，离心10min。弃上清，细胞使用Trizol重悬。

S7：抽提淋巴细胞样品的总RNA，反转录为cDNA，使用引物CAL-leader和CAL-CH2进行扩增，得到VHH文库片段，其中引物CAL-leader和CAL-CH2的序列详见SEQ ID NO:4和SEQID NO:5。

引物CAL-leader序列：gtcctggctgctcttctacaagg；

引物CA-CH2序列：ggtacgtgctgttgaactgttcc。

本实施例中，Trizol重悬抽提羊驼外周血淋巴细胞样品的总RNA，通过琼脂糖凝胶电泳检测总RNA的质量。结果如图7所示，M为DL2000DNA marker，总RNA样品存在非常轻微的降解现象，28S、18S及5S rRNA条带均清晰可见，且28S条带亮度大于18S，表明RNA的完整性较好。Nanodrop测定RNA样品的浓度，结果如下表所示：

结果表明RNA样品浓度及纯度符合要求。每个项目以10μg总RNA为模板，反转录合成cDNA。

然后，以cDNA为模板，使用引物CAL-leader和CAL-CH2扩增羊驼抗体片段，取适量PCR产物进行1％琼脂糖凝胶电泳检测。

PCR体系：

使用pfu高保真DNA聚合酶(TransStart FastPfu DNA Polymerase，AP221-01)。

PCR程序：

电泳结果如图8所示，样品有两条带，主带分子量大小约为600bp，另外在900bp处有一条非目标条带，此条带应为传统抗体的扩增片段。将足量的PCR产物进行电泳，切胶回收600bp的主条带，作为后续PCR的模板，使用VHH-back和PMCF引物扩增VHH，序列详见SEQID NO:6和SEQ ID NO:7。结果如图9所示，PCR扩增得到了分子量大小与预期一致，约为400bp的目的条带。

引物VHH-back序列：gatgtgcagctgcaggagtctggrggagg

引物PMCF序列：ctagtgcggccgctgaggagacggtgacctgggt

PCR体系：

PCR程序：

S8：将VHH文库片段插入表达载体，并转化至感受态细胞中，构建抗体免疫库。

电转化和文库构建：在正式建库的连接实验中，按照连接和转化预实验得出的最佳比例，将载体与四种VHH片段进行连接反应。纯化后的连接产物经电转化到大肠杆菌TG1，得到了15ml转化产物。取10μl(即为10^-2ml)进行一系列10倍梯度稀释，并取10^-4、10^-5和10^-6共三个梯度进行涂氨苄抗性平板计数，以评估文库库容，库容＝克隆数×稀释倍数×转化产物总体积(ml)。将剩下的转化产物全部涂布到15块直径为15cm的Amp抗性平板培养过夜，次日分别刮下来混匀后，加入20％终浓度的甘油，分装并冻存于-80℃。

纯化方案：使用核酸纯化试剂盒，对连接产物进行纯化。

电转化实验方案：

1)制备E.coli TG1电转化感受态细胞；

2)将纯化后的连接产物加入适量TG1感受态细胞，混合均匀后，分装至0.2cm电转化杯；

3)利用电转化仪进行电转化，BIORAD推荐转化条件：2.5kV，25μF，200Ω。

4)加入2YT培养基至电转化杯中，重悬感受态细胞，37℃，150rpm复苏30min。

图10中A、B和C分别为10^-4、10^-5和10^-6梯度稀释在氨苄抗性平板的生长情况。PD-1文库-5和-6梯度的克隆数量分别为～2000和287个，故库容为：[287×15×10⁶+(2000+287)×15×10⁵]÷2＝3.9×10⁹。

免疫文库质量分析：从每种文库的梯度稀释平皿上随机挑取20个单克隆，使用引物MP57和PMCF进行菌落PCR，并进行琼脂糖凝胶电泳检测分析。使用引物MP57的序列(ttatgcttccggctcgtatg)见SEQ ID NO:8，对这些克隆送至第三方公司进行测序。

PCR体系：

使用Taq DNA聚合酶(2×Taq Plus MasterMix，CW2849M)。

PCR程序：

结果如图11所示，所有的克隆都有分子量大小约为500bp的特异性条带，表明这些克隆均为阳性。使用引物MP57对这些克隆进行测序，PD-1文库得到19个有效测序克隆，其中8号克隆为套峰。对有效测序克隆的VHH片段氨基酸序列进行比对分析，并检查第37/44/45/47位置的氨基酸分布。分析结果显示，文库库容量高，所测序片段无重复。

S9：用生物素化方法筛选抗体免疫库中的纳米抗体。

使用生物素化方法将PD-1抗原包被至ELISA板筛选特异性纳米抗体文库获得特异性纳米抗体片段，具体实验方案如下：

PD-1抗血清效价检测，用梯度稀释ELISA方法检测PD-1免疫前后血清效价，包被PD-1(200ng/well)，加入梯度稀释抗血清，二抗为抗羊驼-HRP 1:15000稀释使用，最后用TMB底物显色。

PD-1蛋白样品SDS-PAGE、Western-blot和生物素标记，SDS-PAGE检测PD-1蛋白上样量为2μg，Western-blot检测，抗血清1:20000稀释，抗羊驼-HRP二抗工作浓度为1:2000，用化学发光法显色。方法同上。

靶点PD-1的生物素标记及效率检测，对PD-1进行生物素标记，条件为0.25mg/ml，pH7.4，蛋白与生物素比例为1:15，室温标记1h。标记好的蛋白，采用PD-Midi脱盐柱去除游离生物素，置换buffer为PBS 5％甘油pH7.4，最后各分装后保存于-70℃。为了检测PD-1的生物素标记效率，取两份1.5μg标记后的b-PD-1蛋白，然后分别加入5μg链霉亲和素(SA)和5μl PBS；另外同样取5μg SA，加入5μl PBS作为SA样品对照。室温反应1h后，各加入5μl的非还原loading buffer，不加热变性，直接进行SDS-PAGE。

体外定向筛选，用构建好的免疫文库，针对PD-1进行3轮筛选。

实验结果如下：

PD-1项目抗血清效价检测结果抗血清效价高，达到1:204800。

*注：OUT代表OD450nm下的ELISA值大于3。

PD-1蛋白样品SDS-PAGE、Western-blot和生物素标记

1)筛选抗原SDS-PAGE和Western-blot检测，如图12所示；PD-1经SDS-PAGE检测，结果，蛋白纯度高，无降解，分子量约45kDa，满足后续标记和筛选要求。Western-blot检测结果抗血清特异识别PD-1。

2)PD-1生物素标记效率检测

生物素标记效率检测结果如图13所示，SA+b-PD-1泳道比SA+PBS有明显条带迁移，同时在35kDa附近的b-PD-1条带较等量的b-PD-1+PBS组有明显减少，几乎没有蛋白残留，因此估计标记效率为>80％。

体外定向筛选

用构建好的免疫文库，针对b-PD-1进行3轮筛选，策略和结果如下表：

筛选结果显示，在第二轮和第三轮筛选时(R2和R3)出现明显富集(第一轮的output高是NA strip的非特异吸附导致)。

筛选获得的纳米抗体序列如下，并见SEQ ID NO:9。

CGGGCGGATAACATTTCACAAGCTTAAGGAGACAGTACATATGAAATACCTATTGCCTACGGCAGCCGCTGGATTGTTAT

TACTCGCGGCCCAGCCGGCCATGGCCCAGGTGCAGCTGCAGGAGTCTGGGGGAGGATTGGTGCAGGCTGGGGGCTCTCTG

AGACTCTCCTGTGCAGCCTCTGGACGCACCTTCAGTACCTATGCCATGTACTGGTTCCGCCAGGCTCCAGGGAAGGAGCG

TGAATTTGTAGCCGCTATTGGCTGGAGTGGTGGTAGCACATACTATGCGGACTCCGTGAAGGGCCGATTCACCATCTCCA

GAGACAACACCAAGAACACGGTGTATCTGCAAATGAACAGCCTGAAACCTGAGGACACGGCCGTCTATTACTGTAATGCA

GAGGCGGCGACATGGGGCGGTAGTAGCTGGTACGGGCCGTATGAGTACTGGGGCCAGGGGACCCAGGTCACCGTCTCCTC

AGCGGCCGCATACCCGTACGACGTTCCGGACTACGGTTCCCACCACCATCACCATCACTAGACTGTTGAAAGTTGTTTAG

CAAAACCTCATACAGAAAATTCATTTACTAACGTCTGGAAAGACGACAAAACTTTAGATCGTTACGCTAACTATGAGGGC

TGTCTGTGGAATGCTACAGGCGTTGTCGTTTGTACTGGTGACGAAACTCAGTGTTACGGGTACATGGGTTCCTATGGGGG

CTTGCTATCCCTGAAAAATGAAGGTGGTGGCTCTGAGGGGTGGACGGATCTGAGGGGAGGGGGGTCAGAGGGGAGGCGGG

AGAGGAGATGCGGGGTGTTGGGGGGTCTGGAGCGTTGGA

S10：验证筛选的纳米抗体与PD-1抗原结合。

鉴定方法

1)Monoclonal phage ELISA analysis

将第二、三轮洗脱的富集产物中挑取克隆进行Monoclonal phage ELISA验证，分别包被PD-1和BSA对照200ng/well。

2)Soluble ELISA analysis

将PD-1序列独特克隆(in E.coli TG1)在30℃进行IPTG诱导表达，离心后收集菌体，进行周质腔抽提。将周质腔抽提样品用0.5×blocker稀释10倍加入包被并封闭好的PD-1和BSA中，同时设置TG1(不含phagemid)周质腔抽提物作为阴性对照。使用mouse anti-HAtag单克隆抗体(ProteinTech，1:5000稀释)作二抗，羊抗鼠-HRP(1:5000稀释)作为三抗，检测可溶性表达纳米抗体的活性。

构建pET28a-SUMO载体表达和纯化为提高纳米抗体的表达量和活性，将有活的纳米抗体PD-1克隆构建到pET28a-SUMO载体中，进行胞内表达，超声破菌后用Ni柱纯化。

将纯化的纳米抗体用0.5×blocker梯度稀释加入包被并封闭好的PD-1和BSA(200ng/well)中，同时设置PBS作为阴性对照。使用mouse anti-HA tag单克隆抗体(ProteinTech，1:5000稀释)作为二抗，羊抗鼠-HRP(1:5000稀释)作为三抗，检测可溶性纯化纳米抗体的活性。

鉴定结果

Soluble ELISA analysis

纳米抗体能可溶性表达且有较好活性。相同的背景色标记的克隆的序列相似性较高。

将纳米抗体PD-1片段克隆构建到pET28a-SUMO载体中，进行胞内表达，超声破菌后用Ni柱纯化。将纯化的纳米抗体用0.5×blocker梯度稀释加入包被并封闭好的PD-1和BSA(200ng/well)中，同时设置PBS作为阴性对照。使用mouse anti-HA tag单克隆抗体(ProteinTech，1:5000稀释)作为二抗，羊抗鼠-HRP(1:5000稀释)作为三抗，检测可溶性纳米抗体的活性。

3)构建pET28a-SUMO载体表达和纯化

为提高纳米抗体的表达量和活性，将5个有活的纳米抗体克隆构建到pET28a-SUMO载体中，进行胞内表达，超声破菌后用Ni柱纯化，结果如图14所示，克隆纯化到SUMO标签融合的可溶性纳米抗体，纯度>90％。

实施例2PD-1纳米抗体的应用

细胞实验：对PD-1纳米抗体进行初步体外细胞药效学评价，验证其有效性。利用本发明筛选的纳米抗体对MC-38：C57/BL6小鼠结肠癌细胞进行杀伤性实验。

本实施例中具体采用细胞免疫荧光法(半定量)，具体方案如下：

1.MC-38细胞在盖玻片上生长融合到95％-100％时，从孵箱中取出。

2.用预温的1×PBS洗3次，每次10分钟。

3. 4％的甲醛室温固定20-30分钟。

4. 1×PBS洗3次，每次10分钟。

5. 0.2％Triton X-100透化2-5分钟。

6. 1×PBS洗3次，每次10分钟。

7. 5％BSA室温封闭30分钟。

8.加一抗(纳米抗体，用1％BSA稀释)放在湿盒里，4度过夜。

9. 1×PBS洗3次，每次10分钟。

10.加二抗(抗标签抗体，用1％BSA稀释)30分钟，闭光。

11. 1×PBS洗3次，每次10分钟。

12. 95％甘油封片。

13.激光共聚焦显微镜下拍摄细胞荧光图片。

14.结果统计分析。

观察指标为激光共聚焦细胞荧光图片，实验证明本发明制备的纳米抗体对肿瘤细胞具有较好的杀伤作用。

动物实验：非人源化C57/BL6小鼠的药效学研究

体外扩增培养小鼠MC-38结肠癌细胞至足够量，收集细胞接种于C57/BL6小鼠皮下。待肿瘤长至100mm³左右进行系统随机分组。分组后分别定期皮下(尾静脉)注射给予药物或溶媒。定期测量肿瘤大小和体重。

PD-1基因人源化C57/BL6小鼠的药效学研究

体外扩增培养小鼠MC-38结肠癌细胞至足够量，收集细胞接种于PD-1基因人源化的C57/BL6小鼠皮下。待肿瘤长至100mm³左右进行系统随机分组。分组后分别定期皮下(尾静脉)注射给予药物或溶媒。定期测量肿瘤大小和体重。

观察指标如下：

肿瘤体积(TV)、相对肿瘤体积(RTV)、体重(BW)、相对体重(RBW)、瘤重(TW)、肿瘤生长抑制率(TGI％)、相对肿瘤生长抑制率(RTGI％)、体重生长率(BGR％)、相对体重生长率(RBGR％)。

公式如下：

肿瘤体积(TV)＝1/2a×b2(其中a和b分别表示肿瘤的长径和短径)

相对肿瘤体积(RTV)＝TVDt/TVD1

相对体重(RBW)＝BWDt/BWD1

肿瘤生长抑制率(TGI％)＝(1-(TVDt(治疗组)-TVD1(治疗组))/(TVDt(对照组)-TVD1(对照组)))×100％

相对肿瘤生长抑制率(RTGI％)＝(1-(RTVDt(治疗组)-RTVD1(治疗组))/(RTVDt(对照组)-RTVD1(对照组)))×100％

体重生长率(BGR％)＝(BWDt-BWD1)/BWD1×100％

相对体重生长率(RBGR％)＝(RBWDt-RBWD1)/RBWD1×100％

其中，TVD1表示分组首次测量所得的肿瘤体积，TVDt表示后续每一次测量时的肿瘤体积；BWD1表示分组首次称重时所得的动物体重，BWDt表示后续每一次称重时的动物体重。

实验证明本发明制备的纳米抗体对肿瘤小鼠的肿瘤细胞细胞具有较好的杀伤作用，治疗效果较好。

序列表

<110> 石河子大学

<120> PD-1纳米抗体、制备方法及其应用

<160> 9

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 480

<212> DNA

<213> PD-1(PD-1)

<400> 1

atgcagatcc cacaggcgcc ctggccagtc gtctgggcgg tgctacaact gggctggcgg 60

ccaggatggt tcttagactc cccagacagg ccctggaacc cccccacctt ctccccagcc 120

ctgctcgtgg tgaccgaagg ggacaacgcc accttcacct gcagcttctc caacacatcg 180

gagagcttcg tgctaaactg gtaccgcatg agccccagca accagacgga caagctggcc 240

gccttccccg aggaccgcag ccagcccggc caggactgcc gcttccgtgt cacacaactg 300

cccaacgggc gtgacttcca catgagcgtg gtcagggccc ggcgcaatga cagcggcacc 360

tacctctgtg gggccatctc cctggccccc aaggcgcaga tcaaagagag cctgcgggca 420

gagctcaggg tgacagagag aagggcagaa gtgcccacag cccaccccag cccctcaccc 480

<210> 2

<211> 35

<212> DNA

<213> 人工序列(PD-1-F)

<400> 2

gacacgaatt cgccaccatg cagattccac aggct 35

<210> 3

<211> 25

<212> DNA

<213> 人工序列(PD-1-R)

<400> 3

gtgtcaagct ttcacttatc gtcat 25

<210> 4

<211> 23

<212> DNA

<213> 人工序列(CAL-leader)

<400> 4

gtcctggctg ctcttctaca agg 23

<210> 5

<211> 23

<212> DNA

<213> 人工序列(CA - CH2 )

<400> 5

ggtacgtgct gttgaactgt tcc 23

<210> 6

<211> 29

<212> DNA

<213> 人工序列(VHH-back)

<400> 6

gatgtgcagc tgcaggagtc tggrggagg 29

<210> 7

<211> 34

<212> DNA

<213> 人工序列(PMCF)

<400> 7

ctagtgcggc cgctgaggag acggtgacct gggt 34

<210> 8

<211> 20

<212> DNA

<213> 人工序列(MP57)

<400> 8

ttatgcttcc ggctcgtatg 20

<210> 9

<211> 839

<212> DNA

<213> 纳米抗体(Nanobody)

<400> 9

cgggcggata acatttcaca agcttaagga gacagtacat atgaaatacc tattgcctac 60

ggcagccgct ggattgttat tactcgcggc ccagccggcc atggcccagg tgcagctgca 120

ggagtctggg ggaggattgg tgcaggctgg gggctctctg agactctcct gtgcagcctc 180

tggacgcacc ttcagtacct atgccatgta ctggttccgc caggctccag ggaaggagcg 240

tgaatttgta gccgctattg gctggagtgg tggtagcaca tactatgcgg actccgtgaa 300

gggccgattc accatctcca gagacaacac caagaacacg gtgtatctgc aaatgaacag 360

cctgaaacct gaggacacgg ccgtctatta ctgtaatgca gaggcggcga catggggcgg 420

tagtagctgg tacgggccgt atgagtactg gggccagggg acccaggtca ccgtctcctc 480

agcggccgca tacccgtacg acgttccgga ctacggttcc caccaccatc accatcacta 540

gactgttgaa agttgtttag caaaacctca tacagaaaat tcatttacta acgtctggaa 600

agacgacaaa actttagatc gttacgctaa ctatgagggc tgtctgtgga atgctacagg 660

cgttgtcgtt tgtactggtg acgaaactca gtgttacggg tacatgggtt cctatggggg 720

cttgctatcc ctgaaaaatg aaggtggtgg ctctgagggg tggacggatc tgaggggagg 780

ggggtcagag gggaggcggg agaggagatg cggggtgttg gggggtctgg agcgttgga 839

Claims

1.PD-1纳米抗体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：合成PD-1免疫抗原序列片段，并进行扩增；

S2：将扩增后的PD-1产物片段与载体连接，得到连接液；

S3：将连接液转入感受态细胞中，并提取重组质粒；

S5：利用步骤S4中得到的抗原蛋白对驼类动物进行免疫；

S6：采集免疫后的驼类动物外周血，分离淋巴细胞；

S7：抽提淋巴细胞样品的总RNA，反转录为cDNA，使用引物CAL-leader和CAL-CH2进行扩增，得到VHH文库片段，其中引物CAL-leader和CAL-CH2的序列分别见SEQ ID NO:4和SEQ IDNO:5；

S9：用生物素化方法筛选抗体免疫库中的纳米抗体；

S10：验证筛选的纳米抗体与PD-1抗原结合。

2.根据权利要求1所述的PD-1纳米抗体的制备方法，其特征在于：步骤S1中，对合成的PD-1免疫抗原序列片段进行扩增时，所用引物分别为PD-1上游引物和PD-1下游引物，序列分别见SEQ ID NO:2和SEQ ID NO:3。

3.根据权利要求1所述的PD-1纳米抗体的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所用载体为PCDNA3.1+载体。

4.根据权利要求1所述的PD-1纳米抗体的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所用感受态细胞为HEK293感受态细胞。

5.根据权利要求1所述的PD-1纳米抗体的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所用宿主菌为HEK293细胞。

6.根据权利要求1所述的PD-1纳米抗体的制备方法，其特征在于：用生物素化方法筛选得到的纳米抗体的序列见SEQ ID NO:9。

7.一种利用权利要求1-6任一所述的制备方法制备的PD-1纳米抗体。

8.根据权利要求7所述的PD-1纳米抗体在制备肿瘤抑制剂或肿瘤细胞抑制剂中的应用。