抗体也叫免疫球蛋白（Ig）是体液免疫的重要效应分子，抗体片段是免疫球蛋白G（IgG）经蛋白酶水解所形成的片段。使用大肠杆菌表达抗体片段在细胞周质中可以形成天然状态的Fv或Fab，还可以方便地进行定点突变和更容易地进行抗体结构与功能的研究。而且用大肠杆菌表达系统表达异源蛋白质的方法都适用于表达抗体片段。
抗体片段主要包括Fab类抗体、单链抗体、纳米抗体、双链抗体、三联抗体。Fab类抗体也称为抗原结合片段，其功能多样、结构完整，是最早开始研发并且也是研发得最为彻底的抗体片段。纳米抗体是一种新型抗体，与普通抗体相比较特异性更高、亲和力以及结合抗原的能力更强。纳米抗体呈椭圆形、体积小，相对分子质量仅为单克隆抗体的1/10。纳米抗体可用于肿瘤等疾病的治疗、疾病的检测、疫苗的研发等。有研究者进行了大肠杆菌表达抗TNFα抗体Fab片段和也有研究者进行的纳米抗体的大肠杆菌表达的优化。
1、抗体片段的作用
抗体在体内和体外的大部分应用是基于抗体分子与抗原的特异性识别与结合原理而这种特性又与抗体分子中的恒定区无关，因此以抗体片段取代完整分子是一种颇有前途的选择。抗体片段在临床上的应用最具有优越性，由于分子小，对实体肿瘤组织的穿透力强，几乎可作为所有药物、毒素和同位素的载体，构成标准化系列化的生物导弹制导系统，在肿瘤的诊断与防治中显示出巨大威力。
其次，抗体片段由于结构简单，更易做到人源化，从而一定程度上降低了它们在机体内的免疫原性。此外，利用蛋白质工程技术对抗体片段进行定位修饰显得更为直观。天然抗体分子对抗原的亲和性以及稳定性未必最佳，在不增加其免疫原性的前提条件下，对抗体片段的氨基酸序列加以改造，已证明能明显延长它在血液中的半衰期，从而大大提高抗体片段在临床上的实用性。
2、抗TNFα抗体Fab片段大肠杆菌表达的优化
抗体Fab片段的主要优势之一是适合大肠杆菌表达，而IgG全长抗体由于分子大且其CH2区须糖基化修饰而主要用哺乳动物细胞来表达。大肠杆菌表达系统是基因表达技术中发展较早，应用较广泛的经典表达系统，近几十年，大肠杆菌表达系统也不断得到发展和完善，被科研及工业用户大量用于各种重组蛋白表达。美迪西提供重组蛋白表达服务，其科研人员建立了成熟的大肠杆菌表达及纯化服务平台，提供包括各种重组蛋白以及其复合物在大肠杆菌中的表达与纯化服务。
大肠杆菌表达抗体Fab片段不仅成本低、周期短，而且有利于DNA重组技术高效率地引入突变，通过各种方法优化，能在短时间内提高抗体Fab片段的表达量、溶解度和稳定性，且与相应的scFv相比具有更高的抗体亲和力和稳定性。有研究者筛选在大肠杆菌内对抗TNFα抗体Fab片段转运效率最高的信号肽，并优化Fab片段表达的培养条件。
研究者通过对抗TNFα抗体Fab片段连接不同的信号肽序列获得了5种分泌载体并完成了重组蛋白的表达，通过Westen Blot检测蛋白表达情况并筛选出最适信号肽，通过正交试验优化了培养条件。结果发现对周质重组蛋白抗TNFα抗体Fab片段转运效率最高的信号肽为麦芽糖结合蛋白MalE，周质重组蛋白的最佳诱导条件为温度29℃、时间9h、pH7.5、IPTG浓度2.0mmol/L。因此通过信号肽筛选和培养条件优化，促进了菌体对周质重组蛋白抗TNFα抗体Fab片段的表达，其中最佳信号肽MalE对目的蛋白的相对表达量为1.3。
3、大肠杆菌表达纳米抗体的优化
纳米抗体具有相对分子质量小、稳定性高、特异性强以及能够穿过血脑屏障等众多优势，而且其能够通过大肠杆菌、酵母等简单微生物大量表达。大肠杆菌周质表达纳米抗体是目前纳米抗体制备主要的方法之一，但是纳米抗体的表达水平还相对较低。有研究者以pET22b和pMES4为载体构建了两种重组表达质粒，并且比较了他们在不同宿主菌中表达纳米抗体的情况。研究者提供了一种高效表达纳米抗体的方法，为纳米抗体的规模化制备奠定了技术基础。
抗体及抗体衍生物分子在生物治疗药物中的比重较大，用于治疗用途的单抗药物的生产将会是表达系统的开发及优化的主要驱动力。细菌表达系统如大肠杆菌表达系统非常适合用于表达单链抗体scFv，Fab和人工小型抗体，可以表达在细胞内、周质腔及分泌到胞外。
