文獻(xiàn)分享 | 從“大數(shù)據(jù)”到“真功能”：打通抗體發(fā)現(xiàn)的“任督二脈”

更新時(shí)間：2026-04-29 點(diǎn)擊次數(shù)：214

在抗體藥物和疫苗研發(fā)的賽道上，時(shí)間就是生命。然而，從一只免疫過的動(dòng)物體內(nèi)，高效、精準(zhǔn)地找到那個(gè)能緊密結(jié)合目標(biāo)抗原的抗體，卻是一個(gè)經(jīng)典難題。傳統(tǒng)的抗體發(fā)現(xiàn)流程往往像大海撈針，需要經(jīng)歷漫長的文庫構(gòu)建和多輪篩選。

圖1：用于抗體篩選的噬菌體展示及平移工作流程^[1]

今天小編和大家分享一篇發(fā)表于《Preparative biochemistry & biotechnology》的研究“Direct rescue and rapid confirmation of antigen-binding of dominant VH and VL of chickens"。該研究為解決這個(gè)難題提供了一個(gè)巧妙的新思路，研究人員通過構(gòu)建一個(gè)高效的工作流程——“頻率到功能"（frequency-to-function），直接將高通量測(cè)序得到的“大數(shù)據(jù)"即免疫后出現(xiàn)頻率最高的抗體基因序列，快速轉(zhuǎn)化為有功能的抗體分子，并進(jìn)行驗(yàn)證。

一、研究背景：從“序列"到“功能"的漫長跋涉

在面對(duì)復(fù)雜多變的病原體時(shí)，免疫系統(tǒng)能夠產(chǎn)生多樣化的抗體來應(yīng)對(duì)。這些抗體中，某些序列因其高頻出現(xiàn)而被認(rèn)為是免疫優(yōu)勢(shì)克隆，它們可能與特定抗原具有高親和力結(jié)合。

但是，如何找到它們？

目前的主流方法是噬菌體展示技術(shù)，雖然有效，但需要經(jīng)過“吸附–洗脫–擴(kuò)增–重復(fù)"的多輪生物篩選（Panning），一般要花費(fèi)16周的時(shí)間，且步驟繁瑣。近年來，隨著二代測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，我們能夠?qū)γ庖吆蟮目贵w基因庫（即抗體譜）進(jìn)行深度測(cè)序，精確地知道哪些抗體序列是免疫反應(yīng)中的“優(yōu)勢(shì)克隆"。

然而，如何快速驗(yàn)證這些高頻序列是否真的能結(jié)合抗原？

二、破局：無細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)的“降維打擊"

為了解決傳統(tǒng)方法的痛點(diǎn)，該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套全新的“頻率到功能"的工作流程，實(shí)現(xiàn)了從序列信息到功能驗(yàn)證的快速直達(dá)，大幅降低時(shí)間成本。

核心策略：結(jié)合深度測(cè)序技術(shù)和無細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)（CFES），直接將測(cè)序數(shù)據(jù)中高頻重鏈（VH）和輕鏈（VL）序列“拎出來"，組合成單鏈抗體片段，然后利用CFES進(jìn)行生產(chǎn)，并用ELISA試驗(yàn)檢測(cè)其結(jié)合活性。通過這套“測(cè)序-合成-檢測(cè)"組合拳，實(shí)現(xiàn)了從序列信息到功能驗(yàn)證的快速直達(dá)。

流程對(duì)比：

研究意義

該研究為抗體發(fā)現(xiàn)提供了一套通用、低成本、易落地的抗體篩選新范式。無需構(gòu)建文庫，直接對(duì)候選序列進(jìn)行功能測(cè)試，大大縮短了研發(fā)周期。此外，該研究架起了“序列頻率"與“功能驗(yàn)證"之間的橋梁，不僅驗(yàn)證了從雞體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)抗體，還為理解沙門氏菌的免疫識(shí)別機(jī)制提供了新見解。更重要的是，該工作流程可廣泛應(yīng)用于各種物種的抗體開發(fā)，特別是在傳統(tǒng)抗體發(fā)現(xiàn)技術(shù)受限的非模式生物中。

三、核心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1. 免疫與測(cè)序

研究人員用兩種雞傷寒沙門氏菌（S. Gallinarum）光滑型（SG002）和粗糙型（SR2-N6）分別對(duì)雞做免疫處理。隨后收集血清樣本進(jìn)行ELISA分析，分離出脾淋巴細(xì)胞，對(duì)其抗體VH和VL區(qū)域進(jìn)行深度測(cè)序。數(shù)據(jù)分析鎖定了每個(gè)免疫組中出現(xiàn)頻率最高的“優(yōu)勢(shì)"序列。

圖2：從SG002和SR2-N6免疫雞中鑒定優(yōu)勢(shì)VH與VL序列

2.CFES抗體生產(chǎn)

研究人員將上述找到的優(yōu)勢(shì)VH和VL序列進(jìn)行密碼子優(yōu)化，構(gòu)建成單鏈抗體片段（scFv）。利用E. coli提取的CFES系統(tǒng)表達(dá)這些scFv，并通過SDS-PAGE和Western blotting評(píng)估其表達(dá)量和分子量。

3.功能驗(yàn)證

研究人員對(duì)比了His標(biāo)簽和V5標(biāo)簽，發(fā)現(xiàn)V5標(biāo)簽?zāi)艽蟪潭冉档头翘禺愋员尘靶盘?hào)。隨后，使用商業(yè)化的Salmonella group D O-抗原ELISA試劑盒，驗(yàn)證表達(dá)出的scFv的抗原結(jié)合能力。同時(shí)，通過構(gòu)建已知抗原結(jié)合特性的參考scFv（12CA5-scFvHA），優(yōu)化并驗(yàn)證了CFES-ELISA系統(tǒng)的特異性。

圖3：scFv-S與scFv-R的無細(xì)胞表達(dá)及抗原結(jié)合能力評(píng)估

四、總結(jié)：7周頻率→功能，開啟抗體篩選快時(shí)代

該研究以無細(xì)胞表達(dá)為橋梁，省去繁瑣克隆與篩選；以V5 標(biāo)簽系統(tǒng)為保障，實(shí)現(xiàn)高特異結(jié)合檢測(cè)；以雞抗沙門氏菌為示范，證明該流程在禽類疫病領(lǐng)域的實(shí)戰(zhàn)價(jià)值。打通了“抗體組庫高頻序列→功能性單鏈抗體"的最后一公里。

在全球?qū)刮⑸锬退帯⑼苿?dòng)綠色養(yǎng)殖、加速診斷試劑開發(fā)的大背景下，這種低成本、高效率、高通用性的技術(shù)，必將成為抗體早期篩選的標(biāo)配工具，讓更多 “隱藏" 的優(yōu)勢(shì)抗體被快速發(fā)現(xiàn)。

五、未來展望

多物種應(yīng)用拓展：不同物種的抗體庫具有獨(dú)特的序列特征和抗原結(jié)合能力，通過CFES系統(tǒng)，我們可以快速探索這些多樣性，發(fā)現(xiàn)更多具有潛在應(yīng)用價(jià)值的抗體分子。
結(jié)構(gòu)生物學(xué)與計(jì)算生物學(xué)結(jié)合：通過結(jié)合CFES系統(tǒng)、冷凍電鏡、X射線晶體學(xué)以及分子動(dòng)力學(xué)模擬等技術(shù)，可以揭示抗體與抗原相互作用的分子機(jī)制，為理性設(shè)計(jì)新型抗體提供理論依據(jù)。
個(gè)性化醫(yī)療與精準(zhǔn)診斷：在個(gè)性化醫(yī)療和精準(zhǔn)診斷領(lǐng)域，抗體發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過CFES系統(tǒng)可以快速定制針對(duì)特定抗原的抗體分子，為個(gè)體化治療和精準(zhǔn)診斷提供有力支持。

隨著CFES、單細(xì)胞測(cè)序、AI 結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與自動(dòng)化平臺(tái)的深度融合，我們可以更深入地理解抗體的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，設(shè)計(jì)出更具特異性和親和力的新型抗體分子，為抗體發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域開辟了一條新的道路。

參考文獻(xiàn)

[1] Yang H. Phage Display Technology: Design, Library Construction, and Panning Strategies for Antibody Development. Biomol Ther (Seoul). 2026;34(2):325-344. doi:10.4062/biomolther.2025.158.