亲合体（Affibody）结构优势与应用前景：小分子亲和蛋白如何赋能精准诊疗

前言

在生物医学研究和临床应用中，抗体因其高度特异性一直是不可或缺的工具。然而，抗体作为大分子蛋白（约150 kDa），在某些应用场景中存在局限性，如组织穿透能力弱、生产成本高、可能引起免疫原性反应等。近三十年来，一类新型的小分子亲和蛋白——亲合体（Affibody）分子逐渐进入研究者的视野，其独特的结构和性质为靶向治疗、分子成像和生物技术等领域带来了新的可能，本期围绕亲合体结构优势及应用前景进行分享。

1. 亲合体（Affibody）来源与结构基础

亲合体分子源自金黄色葡萄球菌蛋白A（Staphylococcal protein A, SpA）的B结构域。蛋白A是金黄色葡萄球菌表面的一种蛋白，能够与免疫球蛋白G（IgG）的Fc段结合，这一特性已被广泛应用于抗体的纯化。B结构域是一个由58个氨基酸残基组成的小结构域，分子量约为6.5 kDa，其核心结构由三个α螺旋束组成，结构非常稳定。

研究者通过蛋白质工程手段，将B结构域改造为“Z结构域”，并对其表面参与结合的13个氨基酸位点进行随机突变，构建了库容量巨大的亲合体文库。通过噬菌体展示等技术，可以从文库中筛选出能高亲和力、高特异性结合任意给定靶标（如受体、酶、细胞因子等）的亲合体分子。

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图1 SpA基因及其辅助组分的示意图

2. 亲合体（Affibody）核心优势

与传统的抗体或其衍生物相比，亲合体分子具有一系列独特的理化及生物学优势，使其成为极具吸引力的工程化蛋白药物和诊断工具：

(1) 分子尺寸小，组织穿透性强：亲合体约6.5 kDa的尺寸远小于抗体（约150 kDa）。这种小尺寸赋予了其出色的组织穿透能力，能够更有效地浸润实体瘤组织，并快速到达靶部位。

(2) 理化性质稳定，易于生产：亲合体的三螺旋束结构赋予其极高的热稳定性和化学稳定性。部分亲合体在90℃高温处理后，冷却至室温即能恢复其结合能力。此外，它们可以在大肠杆菌等原核表达系统中高效、低成本地大量生产，也可以通过化学方法合成，避免了复杂的哺乳动物细胞培养工艺。

(3) 血浆清除快，成像对比度高：在体内成像应用中，亲合体分子在血液中的清除速率快，能够迅速从非靶组织中清除，因此在靶点处能获得更高的信号-背景比，有利于实现对肿瘤等病灶的快速、高清晰成像。

(4) 免疫原性低：由于其分子量小且来源于细菌蛋白，经过工程化改造后，亲合体的免疫原性通常较低，在重复给药时更安全。

图2 亲合体（Affibody）结构优势（与抗体相比）.png

图2 亲合体（Affibody）结构优势（与抗体相比）

3. 亲合体（Affibody）应用前景

(1) 分子成像与肿瘤诊断：Affibody分子可作为诊断和治疗应用中的分子识别工具。已有多个关于此类替代支架分子在诊断和治疗方面应用的临床前研究报告，目前初步的临床证据开始显现，表明Affibody分子在人体中具有高效性和安全性。其结构小且易于工程化，使Affibody分子非常适合用于多特异性结构。

(2) 靶向治疗：亲合体既可直接作为拮抗剂阻断致病蛋白的功能，也可作为“弹头”递送载体，将细胞毒性药物、放射性同位素或纳米颗粒精准地带到肿瘤部位，实现靶向治疗。

(3) 多价组装：单价的亲合体有时因分子量过小导致肾脏清除过快。研究者通过构建二价、三价或多聚体亲合体（如与白蛋白结合域融合），可延长其体内循环半衰期，并增强结合亲和力。

(4) 超分子组装：最新的研究趋势是利用亲合体构建更复杂的超分子结构。例如，可以通过预组装（遗传融合或化学连接）或后组装（将亲合体连接到预先形成的脂质体、聚合物胶束、无机纳米粒子等支架上）策略，制备出多功能纳米平台，实现诊疗一体化（Theranostics）。例如，将EGFR特异性亲合体修饰到金-硅纳米粒子上，用于表面增强拉曼散射（SERS）成像，在EGFR阳性肿瘤中信号强度比阴性肿瘤高出近35倍。

(5) 生物技术领域：在基础研究和生物技术领域，亲合体可作为抗体的理想替代品，用于蛋白质的亲和纯化、生物传感器的捕获分子以及Western blot、ELISA等检测试剂。

图3 Affibody分子多特异性结构（改造用于不同的诊疗场景）.png

图3 Affibody分子多特异性结构（改造用于不同的诊疗场景）

小结

亲合体分子代表了继单克隆抗体之后，蛋白质药物和诊断试剂领域的一个重要进展。其小尺寸、高稳定性、易于工程化改造和快速靶向能力，使其在解决当前未满足的临床需求（如实体瘤靶向递送、高分辨率分子影像）方面展现出巨大潜力。随着蛋白质工程、化学生物学和纳米技术的融合与发展，基于亲合体的多功能分子工具将不断涌现，推动精准医疗迈向新的高度。

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参考文献：

[1] Frejd, F., Kim, KT. Affibody molecules as engineered protein drugs. Exp Mol Med 49, e306 (2017).

[2] Wang, H., Wei, L., Du, C., Kam, A., & Loo, S. Recent Progress on Affibody-Based Supramolecular Architectures: Moving from Monomeric Constructs to Multivalent Assemblies. Pharmaceuticals 2025, 18, 1669

[3] The many virtues of staphylococcal protein A: A journey from N to C terminus. Journal of Biotechnology 2025, 406, 272-280.

[4] Zhang H, Zheng M, Cai Y, Kamara S, Chen J, Zhu S, Zhang L. Novel affibody molecules targeting the AXL extracellular structural domain for molecular imaging and targeted therapy of gastric cancer. Gastric Cancer. 2025 Mar;28(2):174-186.

[3] The many virtues of staphylococcal protein A: A journey from N to C terminus. Journal of Biotechnology 2025, 406, 272-280.

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