引言

抗體在生物醫學研究和治療領域扮演著關鍵角色。高效且溫和的抗體純化方法對於藥物開發和基礎研究至關重要。傳統的親和層析方法雖然有效，但往往涉及可能損害蛋白質完整性的化學試劑。近期，慕尼黑工業大學（TUM）的研究團隊開發出一種基於光激活蛋白G的新型抗體純化技術，有望革新抗體純化流程，提升效率並保護蛋白質的完整性。

傳統抗體純化方法的挑戰

傳統的親和層析技術，例如使用Protein A或Protein G的層析柱，是抗體純化的常用方法。這些方法依賴於Protein A或G與抗體Fc區域的特異性結合。然而，洗脫步驟通常需要使用酸性或其他化學試劑，這些試劑可能導致抗體變性、聚集或活性喪失。此外，多步純化流程可能耗時且成本高昂，並可能導致產量損失。

光激活蛋白G技術的原理

新開發的光激活蛋白G技術利用一種經過工程改造的Protein G變體，該變體具有對抗體Fc區域的特異性結合能力，並整合了一個光響應元件（Azo-tag）。在正常條件下（黑暗或日光下），Azo-tag將目標蛋白牢固地固定在層析柱的載體材料上，從而可以去除非特異性污染物。當使用波長為355奈米的溫和紫外線（UV-A）照射層析柱時，Azo-tag會發生結構轉變，有效地將目標蛋白從載體上分離，而不會產生任何不利影響。這使得蛋白質能夠以純淨、濃縮的狀態洗脫，可以直接用於後續實驗或應用，從而消除了對額外純化步驟的需求。

工程改造的Protein G (ProtG N478R)

研究人員對Protein G進行了工程改造，產生了一個名為ProtG N478R的變體。此變體包含一個關鍵的氨基酸替換（天冬酰胺478被精氨酸取代）。這種突變防止了抗體的交聯，同時保持了對IgG Fc區域的高親和力。表面電漿共振（SPR）測量顯示，野生型Azo-ProtG和ProtG N478R變體與IgG1 Fc片段的解離常數（Kd值）分別為約500 nM和680 nM，表明該突變對Fc片段的相互作用沒有顯著影響。使用完整曲妥珠單抗進行的類似測量顯示，兩種ProtG版本的解離常數甚至更相似，並且與已發表的未修飾Protein G C2結構域與完整人IgG1之間的親和力值非常吻合。

單價結合的優勢

傳統Protein G具有多價結合特性，可能導致抗體聚集，尤其是在高濃度條件下。ProtG N478R的單價結合特性消除了這種風險，使其更適合於製備性複合物的形成，特別是在光控純化技術中。實驗數據表明，在野生型Protein G存在下，抗體溶液的濁度迅速增加，表明發生了聚集。相反，在ProtG N478R存在下，濁度沒有顯著增加，證實了其防止抗體交聯的能力。

光控親和純化的工作流程

光控親和純化的工作流程如下：

1. 將帶有光響應Azo-tag的Azo-ProtG N478R添加到細胞培養基中的抗體溶液中。
2. 將樣品加載到α-CD親和層析柱上。
3. 在黑暗或日光下，Azo-tag將抗體固定在層析柱上，允許去除污染物。
4. 用355奈米波長的UV-A光照射層析柱，使Azo-tag切換到順式狀態。
5. 抗體在生理pH值的溫和緩衝液中立即洗脫。

實驗結果與數據

研究人員使用此方法從培養基中定量分離了曲妥珠單抗、貝伐珠單抗和利妥昔單抗等幾種醫學相關的抗體。所有抗體均以高度純淨的狀態回收，未檢測到明顯的污染。α-CD親和層析柱的實際結合能力非常高，每毫升床體積可結合≥3毫克的單株抗體。

模擬細胞培養上清液的純化

為了模擬哺乳動物細胞中單株抗體分泌表達後獲得的培養上清液，研究人員將幾種醫學相關的抗體稀釋到含有10%（v/v）胎牛血清（FBS）的DMEM細胞培養基中，濃度為0.2毫克/毫升。在這種低蛋白濃度下，與血清蛋白（特別是牛血清白蛋白（BSA））的強烈背景相比，考馬斯染色的SDS-PAGE中重鏈和輕鏈沒有明顯的條帶。然而，通過光控親和純化，可以從這種複雜的混合物中選擇性地分離出抗體。

與傳統方法的比較

與傳統的親和層析方法相比，光激活蛋白G技術具有以下優勢：

溫和的洗脫條件：

避免了使用可能損害蛋白質的嚴苛化學試劑。

高純度：

實現了高純度的抗體分離，無需額外的純化步驟。

高效率：

簡化了純化流程，縮短了純化時間。

可控性：

通過光照控制抗體的結合和釋放，實現了精確的純化控制。

一項針對實驗室規模免疫球蛋白G純化方法的比較分析表明，其他技術可以匹配甚至超過Protein G的性能。這些替代方法在保持IgG質量（保留抗原特異性，未觀察到親合力變化，未誘導純化的IgG的多反應性）的同時，獲得了更好的產量。然而，Protein G方法和CAAS2產生了最純淨的樣品。

應用前景

光激活蛋白G技術在抗體研究和生產領域具有廣闊的應用前景：

抗體藥物開發：

為抗體藥物的研發提供高效、溫和的純化方法。

生物醫學研究：

促進抗體在診斷、治療和基礎研究中的應用。

高通量純化：

有望實現抗體的高通量純化，加速研究進程。

工業生產：

儘管目前該技術主要應用於實驗室規模，但通過進一步的工程改造，有望應用於單株抗體的工業生產。

結論與研判

光激活蛋白G技術代表了抗體純化領域的一項重大突破。通過利用光響應元件和工程改造的Protein G變體，該技術實現了高效、溫和且可控的抗體純化。實驗數據表明，該技術能夠從複雜的生物樣品中高純度地分離抗體，同時保持抗體的完整性和活性。儘管目前該技術主要應用於實驗室規模，但其在抗體藥物開發、生物醫學研究和工業生產中具有廣闊的應用前景。隨著技術的不斷完善和應用範圍的擴大，光激活蛋白G技術有望成為抗體純化的主流方法，為生物醫學領域的發展做出重要貢獻。

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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: November 1, 2025