在全尺寸形式抗体中，单克隆抗体可成功应用于癌症和免疫疾病方面的治疗。但是，他们的尺寸较大，很多抗原表位无法接近，并且其生产成本较高。作为替代品，纳米抗体较单克隆抗体具有特殊的优势，包括更小的尺寸，可接近的抗原表位数量多，生产成本相对较低，稳定性较强。目前，抗人类免疫缺陷病毒-1（HIV-1），流感病毒，丙型肝炎病毒（HCV），呼吸道合胞病毒（RSV）和肠道病毒的纳米抗体尚在开发中。虽然纳米抗体是非常有效的病毒感染抑制剂，但目前没有纳米抗体被批准应用于病毒感染临床治疗。本文，我们将讨论纳米抗体抗病毒的研究进展及其作为治疗药物的发展潜力。
目前，经美国FDA批准的抗体治疗剂已超过70个，此外，数百个抗体治疗剂正处在临床验证阶段。虽然抗体材料已被证实对多种疾病有效，但多数经FDA批准的单克隆抗体（mAbs）仅用于治疗癌症和免疫性疾病，针对病毒性的抗体却少之又少，目前只有一种被批准的抗病毒人源化单克隆抗体，即帕利珠单抗，被用于预防新生儿呼吸道合胞体病毒感染疾病。由于研发成本高，加之商业市场的阻碍，抗病毒抗体的发展受到限制。而且，完整抗体分子的尺寸相对较大，导致组织可及性和穿透力低，影响治疗效果。所以体积较小抗体和可设计的抗体突变体已经成为全尺寸单克隆抗体的有效替代品。
1989年，有人成功将小鼠抗体的VH结构分离，其对抗原具有较高的亲和力（20nM），由此术语“结构域抗体（dAbs）”被提出。1993年，在骆驼的血清中发现了一类特殊的“仅含重链”的抗体（HCAbs）。被称为VHH，纳米抗体或sdAbs，代表最小的天然抗原结合片段（〜15kDa）。这些纳米抗体与抗原结合的亲和力和特异性堪比全尺寸的单克隆抗体。重要的是，他们容易设计，生产成本低，在医学治疗方面具有独特且较为优越的性能。
与传统的人类抗体的
VH
相比，纳米抗体将框架
2
区（
FR2
）、互补决定区（
CDR
）中的疏水性氨基酸（
Val47
，
Gly49
，
Leu50
，
Trp52
）取代为亲水性氨基酸（
Phe42
，
Glu49
，
Arg50
，
Gly52
），这对
V
H
-V
L
的结合起到至关重要的作用，使得整体结构更具亲水性并且有助于结构的稳定，可溶性和抗腐蚀性也相应增强。而且，纳米抗体可耐高温和极端
pH
环境，能顺利进入环境较为恶劣的部位，如呼吸道、胃肠道内，对于开发抗呼吸道、胃肠道病毒抗体是再合适不过的。由于其亲水性和天然的单链多肽形式，纳米抗体可以在细菌，酵母，哺乳动物细胞或植物细胞中大规模，高效，低成本表达。在水稻等作物中表达的纳米抗体不需要纯化，而且可以在室温下长期储存并且不影响活性。
纳米抗体（〜15kDa）由于尺寸较小，可快速实现组织渗透，包括血脑屏障，甚至是进入神经球，因此可治疗嗜神经病毒感染疾病比如狂犬病毒。有研究证实，用抗狂犬病毒的纳米抗体暴露治疗，可以拯救部分被狂犬病毒感染的小鼠，并减少大脑中的病毒RNA负荷。但狂犬疫苗或人免疫球蛋白却做不到这一点，因为它不能像纳米抗体一样可以进入大脑中中和病毒。但是由于病毒的半衰期较短，纳米抗体可能没有足够的时间、足够的量穿过内皮屏障，清除全部病毒，所以纳米抗体对于狂犬病毒感染的晚期阶段治疗效果较差。
纳米抗体可较容易地设计为二价形式（图1B）。一些研究表明多价纳米抗体对病毒的中和作用比单价抗体更有效。例如，一个抗H5N1血凝素的二价驼源VHH中和病毒的效果比单价至少高60倍，并且，二价可以增加与病毒亚型的交叉反应。ALX-0171，一种三聚体VHH，可中和RSV，具有和单抗类似的结合部位，却显示出对RSV亚型A和B株更强的中和活性。此外，如果纳米抗体与某些药物如免疫毒素或细胞毒素融合，其不仅保持了结合特性，还增加对被感染细胞的杀伤力；纳米抗体与人血清白蛋白（HSA）直接融合和可以延长纳米抗体的血清半衰期。
ALX-0171的临床试验的数据表明骆驼纳米抗体与人类IGHV3基因家族具有很高的相似性（大于80％），说明骆驼纳米抗体的免疫原性可能很低。这些纳米抗体可以“人源化”而不会损失特异性。此外，高亲和力和高中和纳米抗体已经从大的基于VH的噬菌体展示库中被分离出来。因此，骆驼纳米抗体和全人类纳米抗体都有作为病毒感染治疗剂的潜力。
蛋白质介导病毒入侵宿主细胞
抑制病毒进入细胞所需的蛋白质是治疗病毒感染的有效方法。由于病毒表面上的许多表位是隐藏的，由深入的内陷或沟壑组成，因此，几乎无法和大的且表面结构平坦的抗体结合。此外，病毒表面上许多突出的表位一旦与常规抗体结合，表位可迅速改变构象，导致病毒从体液免疫中逃逸。除了纳米抗体，常规抗体难以接近这些“隐藏的”抗原决定簇。
纳米抗体作为胞内抗体抑制胞内蛋白
许多由病毒基因组编码的蛋白质在病毒复制中扮演着重要的角色，中断这些蛋白质的功能是消灭病毒另一个有效的策略，所以在细胞质中表达的胞内抗体可能具有广泛的抗病毒特性。但是细胞质中的还原性环境会对完整抗体及其他抗体片段中的二硫键具有抑制作用，如果二硫键遭到影响，那抗体的稳定性也将受到影响。相比之下，纳米抗体可以在细胞质中稳定表达，它们的活性或稳定性几乎不依赖于二硫键。已有研究报道，采用胞内表达的二聚体纳米抗体可以限制病毒包装并抑制马尔堡和埃博拉病毒复制。因此，纳米抗体以胞内抗体的形式可抑制病毒对细胞的感染，该研究方向具有较为广阔的前景。
人类免疫缺陷病毒
1
（
HIV-1
）
最近，研究者发现，艾滋病毒关键抗原决定簇类似于一个疏水性凹陷口袋，这个口袋有五个环形结构组成，他们部分遮盖着在口袋上，使得大尺寸抗体无法与之结合。迄今为止，人类的第一个抗艾滋病病毒纳米抗体，m36是唯一报道的具有特殊效力的HIV-1抑制剂，比其他形式的抗HIV-1抗体效果更明显；用gp140
（
HIV-1多聚体组成形式之一）作为免疫原，以gp120（HIV-1多聚体组成形式之一）筛选得到的驼源抗体，可广泛中和HIV-1 B类抗原表位，以及其他原发性病毒；JM4，另一个纳米抗体，表现出更高的中和活性，尤其是比人源化的 IgG2b and IgG3表现出更明显的潜力；此外，刘等人开发了将糖基磷脂酰肌醇（GPI）与JM4锚定的抗体，可有效中和HIV-1并有效干扰细胞间HIV-1的传播。还有另一类驼源 J3单域抗体，也有同样明显的效果。
抗 MPER（病毒近膜端）的VHH，2H10，其表位与HIV-1 病毒分离株2F5的部分重叠，由gp41-MPER蛋白脂质体免疫美洲驼得到，可与gp41线性表位以纳摩尔级的量相结合。而双价的2H10抗体，则表现出对病毒不同的灵敏度，并且也可中和某些耐药株。尽管二价2H10缺乏对2F5，4E10或10E8等HIV-1分离株的结合力和广谱性，但通过优化免疫方案，设计更长的免疫计划，会产生更多的体细胞突变体和效力更高的单域抗体。
甲型流感病毒
在流感病毒的众多类型中，甲型流感病毒致病性最高，其H5和H7亚型可导致严重的急性呼吸道疾病。但是，由于病毒容易自发性突变，目前可用的抗流感药物效果并不明显，而且这些药物常常导致副作用和耐药病毒的出现。甲型流感病毒是由两种主要的膜结合蛋白血糖蛋白（HA）、神经氨酸酶（NA）组成的包膜病毒。从美洲驼分离出来的几个VHHs可特异性结合H5N1株（流感病毒菌株），其中一个单域抗体通过鼻内给药可有效地抑制流感病毒在体内的复制。另一个单域抗体组成的二价抗体对H5N1病毒表现出比单价高60倍的抑制能力。在一项研究中，Tillib 等人报道了由灭活的禽流感病毒H5N2免疫骆驼得到的特异性识别HA 的纳米抗体，其体内、体外中和HA蛋白的效果及其显著；M2-7A 纳米抗体可特异中和流感病毒M2且对其他病毒也具有一定的中和特性。流感病毒防治难点在于病毒株易突变且易产生抗药性。其中毒蛋白NP较少发生突变，所以适合作为研究抗流感病毒纳米抗体的靶标蛋白。αNP-VHH1可针对NP毒蛋白，保护人体细胞核蛋白免受流感病毒的袭击,目前已经有超过20多种针对NP毒蛋白的纳米抗体，该类抗体可特异性结合超过四类NP蛋白上的表位，这对人类研究流感病毒起到至关重要的作用。
呼吸道合胞体病毒（
RSV
）
呼吸道合胞病毒是婴幼儿呼吸道感染最常见的病原。目前，既没有可授权的RSV疫苗也没有可用的抗RSV治疗剂。RSV感染与两类膜糖蛋白有关，融合（F）蛋白和附着（G）蛋白质。F蛋白与RSV亚组A和B高度相似，且不易于糖基化，因此被认为是开发抗RSV的理想靶标物。人源化mAb帕利珠单抗预防该病毒，虽可减少住院量，但成本高，且对高危婴儿效果受限。最近，从美洲驼的免疫文库中得到的一个纳米抗体Nb017，可特异性结合F蛋白，有效中和RSV。并且将三个单价Nb017融合形成三聚体抗体，ALX-0171，其结合RSV上的抗原位点IIF，效果与帕利珠单抗类似；此外ALX-0171表现出的交叉反应远高于帕利珠单抗；此三价抗体可直接作用于感染部位，在降低鼻腔肺部RSV复制方面非常有效。类似的纳米抗体还有很多，对RSV的抑制能力很强，完全可作为治疗RSV感染的治疗剂。
丙型肝炎病毒（
HCV
）
HCV感染典型症状为慢性肝炎，常常发展成致命性肝硬化和肝癌。目前尚无有效的预防措施可用。HCV E2糖蛋白结构保守，可被选为抗体的靶标蛋白。用HCV E2糖蛋白免疫羊驼，从羊驼纳米抗体噬菌体文库中筛选出一种E2特异性纳米抗体，D03，研究表明，其结构有利于中和HCV 六种基因型病毒，IC
50
在1和10μg/mL，可有效抑制HCV在细胞间的传递；NS5B,
NS3等蛋白参与HCV的复制，从人源化骆驼VHH噬菌体库中得到的纳米抗体
可针对该类蛋白。将这些纳米抗体与细胞穿透肽连接后，纳米抗体可穿过细胞，作用于上述蛋白，减少病毒RNA拷贝，抑制HCV复制。由于他们识别表位位于酶的催化槽，因此，抗HCV 纳米抗体的鸡尾酒法可作用于HCV保守区域的多个表位，或者用于抑制病毒蛋白酶活性，治疗HCV感染会更加安全，有效，且耐突变。
肠道病毒
在肠胃炎患者中，轮状病毒（RVs）和诺如病毒（NoVs）是主要的病原体，容易引起成人或婴幼儿非细菌性腹泻。虽然目前RVs疫苗可有效预防轮状病毒感染，由于NoVs不易在细胞中培养，目前尚无对NoVs治疗的药物。NoVs的衣壳蛋白由壳（S）和突出（P）域通过柔性铰链区域连接组成。在P域上含有几个高度保守的残基存在于（GII）基因群中，可作为显性表位供单克隆抗体识别。用GII诺如病毒样颗粒免疫，得到的Nano-85和Nano-2抗体，都可与病毒颗粒结合，其中Nano-85可与几个不同的GII基因型反应，包括GII.4，GII.10，和GII.12。此外，Nano-85与完整病毒颗粒的结合还会造成颗粒在体外分解。
