纳米抗体人源化(Llamanade)

1 简介

纳米抗体（Nbs）最近作为一种有前景的抗体片段，逐渐在生物医学和治疗应用中受到关注。尽管它们具备显著的物理化学特性，但由于 Nbs 来源于骆驼类动物，可能需要进行“人源化”处理，以增强其在临床试验中的应用潜力。Llamanade¹的作者们系统地分析了基于下一代测序（NGS）数据库和高分辨率结构的 Nbs 的序列和结构特性。他们的研究揭示了 Nbs 的框架多样性，并强调了它们与人类免疫球蛋白 G（IgG）抗体之间的关键差异。此外，他们还识别出了一些保守残基，这些残基可能有助于提高 Nbs 的溶解度、结构稳定性和抗原结合能力，为 Nbs 的人源化提供了重要的参考。

基于这些大数据分析，作者们开发了“Llamanade”，这是一款用户友好且开源的工具，旨在帮助科学家合理地进行 Nbs 的人源化。用户只需输入 Nb 序列，Llamanade 就能提供关于序列特征、模型结构以及人源化 Nbs 的优化方案的信息。对于每个 Nb，完整的分析过程可以在本地计算机上不到一分钟内完成。为了验证该工具的有效性，作者们成功地将其应用于人源化一组结构多样且具有强效的 SARS-CoV-2 中和 Nbs。Llamanade 是免费的，并将很快在网络服务器上提供，支持将快速扩展的治疗性 Nbs 开发为安全有效的临床试验。

Figure 1. Llamanade 的方法流程图.

2 性能表现

Figure 2. The humanization of SARS-Cov-2 Nbs by Llamanade and verification.

为了验证 Llamanade 在纳米抗体人源化方面的有效性，作者们对九种已被鉴定的高效 SARS-CoV-2 中和纳米抗体进行了人源化²。这些纳米抗体靶向病毒刺突蛋白的受体结合域（RBD），并且在结构上具有多样性，主要分为三类表位³。通过将序列作为输入，Llamanade 对这些 RBD 纳米抗体进行了人源化，显著提高了纳米抗体框架的人源化水平。人源化前的中位 T20 分数⁴从 82.8 显著提升至 92.4（人源化后）。为了评估这些人源化纳米抗体的生物活性，进行了酶联免疫吸附实验（ELISA），结果确认其活性与非人源化前体相当高（±4 倍）（见图 2D）

3 参数说明

输入

Input Type:

• Seq: 表示输入纳米抗体的氨基酸序列，算法将调用AI预测其结构，再基于预测的结构进行人源化改造；
• PDB: 表示输入纳米抗体结构的PDB文件；算法将直接基于该PDB文件中的纳米抗体结构进行人源化改造。

Nanobody Sequence: 若Input Type选择Seq模式，则需在此处一条纳米抗体的氨基酸序列
Nanobody Chain: 若Input Type选择PDB模式， 在还需在此指定该PDB文件中的那一条链是亲本纳米抗体。

输出

输出页有3个选项卡。
Score：亲本纳米抗体和人源化改造后纳米抗体的人源化评分（T20 score）。
PDB: 人源化改造后纳米抗体的结构，由ImmuBuilder(Nanobody)模型预测。
Detail：人源化改造细节，包括每个位点改造前的氨基酸残基、在人类抗体中出现的频率、是否被改造、改造后的氨基酸残基等。

4 参考文献

[1] Sang Z, Xiang Y, Bahar I, Shi Y. Llamanade: An open-source computational pipeline for robust nanobody humanization. Structure. 2022 Mar 3;30(3):418-429.e3. doi: 10.1016/j.str.2021.11.006. Epub 2021 Dec 10. PMID: 34895471. https://doi.org/10.1016/j.str.2021.11.006
[2] Xiang, Y., Nambulli, S., Xiao, Z., Liu, H., Sang, Z., Duprex, W.P., Schneidman Duhovny, D., Zhang, C., and Shi, Y. (2020). Versatile and multivalent nanobodies efficiently neutralize SARS-CoV-2. Science 370, 1479–1484. https://doi.org/10.1126/science.abe4747
[3] Sun, D., Sang, Z., Kim, Y.J., Xiang, Y., Cohen, T., Belford, A.K., Huet, A., Conway, J.F., Sun, J., Taylor, D.J., et al. (2021). Potent neutralizing nanobodies resist convergent circulating variants of SARS-CoV-2 by targeting diverse and conserved epitopes. Nat. Commun. 12, 4676. https://doi.org/10.1038/s41467-021-24963-3
[4] Gao, S.H., Huang, K., Tu, H. et al. Monoclonal antibody humanness score and its applications. BMC Biotechnol 13, 55 (2013). https://doi.org/10.1186/1472-6750-13-55