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传统的基于抗体的靶向癌症治疗是最有希望成功治疗癌症的途径之一，有可能减少对肿瘤细胞周围健康细胞的毒副作用。然而，由于抗体体积大、稳定性低、清除缓慢和免疫原性高，抗体的全部潜力受到严重限制，因此开发新型的、成功的癌症治疗策略仍然具有挑战性。
自1980年首次将单克隆抗体(monoclonal antibody，mAb)应用于淋巴瘤患者以来，具有高度特异性的抗体已成为癌症靶向治疗和精准诊断的有力工具。抗体(Abs)或免疫球蛋白(Igs)是天然衍生的治疗性化合物，由脊椎动物免疫系统产生，用于识别和消除外来病原体。抗体是150 kDa的蛋白质，由2条相同的重链和2条相同的轻链组成，它们通过二硫键和非共价相互作用连接在一起。一个抗体由2个抗原结合位点组成，每个抗原结合位点由2个可变结构域组成，分别称为VH和VL。
图：Nb结构的描述及其在癌症治疗和诊断中的应用。(A)不同抗体的示意图。传统的抗体由两条轻链和两条重链组成。HcAb仅由两条相同的重链组成。Nb是最小的自然存在的抗原结合片段。(B) Nb结合其抗原G蛋白偶联受体(GPCR)的晶体结构。GPCR为灰色，FR区域(FR2除外)为橙色，FR2区域由特征亲水性氨基酸组成，CDR1、CDR2和延长的CDR3区域分别为蓝色、品红、黄色和红色(PDB ID: 4XT1)。(C) Nb偶联物在癌症治疗中的应用示意图。
抗体在癌症的临床治疗中已经应用了几十年，到2021年，美国食品和药物管理局已经批准了79种治疗性单克隆抗体，其中包括30种用于治疗癌症的单克隆抗体（monoclonal antibody，mAb）可直接与跨膜受体或可溶性配体结合，从而干扰肿瘤细胞中相应的信号通路。此外，完整的抗体可以通过Fc功能域吸引NK细胞和巨噬细胞等效应细胞，引起抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(ADCC)。此外，抗体（Abs）已被用作靶向递送细胞毒性药物或含有治疗分子的纳米颗粒的载体。除了靶向治疗药物外，抗体还用于临床正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)或光学成像，在这些成像中，抗体可以将放射性或荧光试剂引导到病变部位。然而，Abs的应用受到限制，部分原因是由于其相对较大的尺寸(14.2 nm × 8.5 nm × 3.8 nm)，如上图所示，这被认为是其不理想的药代动力学特征和肿瘤穿透性有限的主要原因抗体的另一个复杂性来自于其复杂的结构，包括翻译后的聚糖修饰和分子间和分子内的二硫键，导致大规模生产抗体的成本很高此外，传统抗体的抗原结合位点已进化为凹形或扁平模式，无法识别具有隐式或隐藏表位的抗原。使用抗体的另一个重要问题是，它们可能会诱导不必要的免疫原性反应。
纳米抗体偶联策略
小分子药物、毒素、酶和显像剂等效应基团附着在纳米抗体（Nbs）上会产生所谓的Nb偶联物，这可以大大扩展纳米抗体（Nbs）在癌症治疗和诊断中的适用性（图C）。在这种情况下，纳米抗体（Nbs）被用作一种载体，可以以低系统毒性特异性靶向效应细胞群到或进入目标部位。Nb偶联物结合两者优点的分子，如组织高渗透、高特异性、强有力的抗肿瘤效果及可成像的性质。
由于其模块化和单体性质，纳米抗体（Nbs）易于化学修饰和分子操作。利用模块化，通过基因融合可以简单地构建多价纳米抗体（Nbs）、双特异性纳米抗体（Nbs）和双异位纳米抗体（Nbs），从而提高亲和力、特异性和疗效。Fc结构域、酶、荧光蛋白、蛋白配体和毒素也通过基因融合成功地连接到Nbs上。
纳米抗体（Nbs）的化学功能化在传统上最常用的是亲核半胱氨酸和赖氨酸。由于裂解素在几乎所有的蛋白质表面（包括纳米抗体，Nbs）都有很高的表达率，因此裂解素生物偶联是一种流行的策略。然而，基于裂解素的生物偶联方法缺乏控制功能化的数量和位置的能力，导致Nb偶联物的混合。此外，随着异质性的增加，如果可寻址溶菌素存在于CDR循环中，纳米抗体（Nbs）结合能力将降低或丧失。
纳米抗体（Nbs）的位点特异性功能化更可能通过可寻址的半胱氨酸获得，因为它在大多数蛋白质序列中丰度低。通过基因操作，外源半胱氨酸可以很容易地引入到羧基端。在大多数情况下，新引入的半胱氨酸被整合到纳米抗体（Nbs）的c -末端，这保证了对纳米抗体（Nbs）抗原识别能力的最小干扰。
图：通过工程半胱氨酸实现纳米体的位点特异性功能化。半胱氨酸通过基因改造进入纳米体。马来酰亚胺是应用最广泛的巯基反应性化学基团之一。黄色椭圆形表示外源半胱氨酸主干。红色球体表示与马来酰亚胺相连的官能团(如毒素或荧光)。
琥珀抑制是实现纳米抗体（Nbs）生物偶联的另一种技术该方法的亮点。将独特的非天然氨基酸引入蛋白质序列，这些氨基酸携带活性化学实体，如酮类、叠氮化物和烯烃，从而实现了精细的选择性。然后，这些反应基团可以利用双正交偶联反应将所需的有效载荷特异性地连接到蛋白质位点上。
治疗性纳米抗体偶联物
纳米抗体（Nbs）在癌症治疗方面具有巨大的潜力，其中许多都处于临床试验阶段。在肿瘤学领域，作为拮抗剂的纳米抗体（Nbs）已经得到了广泛的研究，例如靶向表皮生长因子受体(EGFR)、52人表皮生长因子(HER2)和肝细胞生长因子受体(HGFR)的纳米抗体（Nbs）。这些拮抗纳米抗体（Nbs）可以与肿瘤细胞上的细胞外蛋白结合，并干扰其相应的信号通路，从而抑制肿瘤细胞的生长和增殖。然而，由于Fc结构域的缺失，单独使用纳米抗体（Nbs）的抗肿瘤效果不如传统的抗体。理想的抗肿瘤药物是非常强效和特异性的，这意味着它可能导致细胞死亡和肿瘤消退，而不是抑制癌细胞的增殖，这种毒性作用应严格限制在肿瘤部位，避免健康组织。纳米抗体（Nbs）与治疗药物的结合有望开发出具有更高效力的特异性抗癌治疗药物。
纳米抗体（Nbs）偶联物在肿瘤成像中的应用
早期诊断是很重要的在降低癌症死亡率。单光子发射计算机断层显像(SPECT)、正电子发射计算机断层显像(PET)、计算机断层显像(CT)和光学成像等多种技术已被开发并应用于临床。由于其体积小、鲁棒性强、稳定性高、从体内清除快等特点，基于纳米抗体（Nbs）偶联物的分子成像技术越来越受到关注，这使得其能够规避基于单克隆抗体的示踪剂的局限性。
尽管单药纳米抗体（Nbs）已被开发为肿瘤血管生成、代谢和转移的拮抗剂，但将小分子药物、毒素、显像剂和酶等功能模块修饰纳米抗体（Nbs）可极大地拓宽纳米抗体（Nbs）在肿瘤治疗和诊断中的应用。由于生物偶联技术的进步，从现有的工具箱中选择合适的生物偶联技术，可以很容易地实现纳米抗体（Nbs）与其他模块的偶联。然而，由于蛋白质的脆性和复杂性，即使是最可预测的结合技术也可能产生意想不到的蛋白质结合物。因此，应该指出的是，仔细检查的绑定属性合成纳米抗体（Nbs）配合进一步的临床前和临床应用的先决条件。将纳米抗体（Nbs）与毒素结合可能是结合纳米抗体（Nbs）与功能模块优势的最直接的方法。另外，Nb -酶偶联物已被开发用于原位激活给药的前药。此外，由于其体积小、扩散快、从体内洗脱快，基于纳米抗体（Nbs）的成像探针可以在给药后不久进行高对比度成像。此外，鉴于每种癌症疗法都有其自身的局限性，成功的癌症治疗最有可能通过这些技术的合理组合来建立。
