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重鎖抗体とは、 2本の重鎖のみから構成され、通常抗体に含まれる2本の軽鎖を持たない抗体のことである。
一般的な抗体では、抗原結合領域は重鎖と軽鎖の可変ドメイン（V Hと V L）から構成されています。重鎖抗体は、V Hドメインしか持たないにもかかわらず抗原に結合することができます。この観察結果から、医薬品として使用できる可能性のある新しいタイプの抗体断片、いわゆる単一ドメイン抗体が開発されました。[ 1 ]
1989年、ブリュッセル自由大学のレイモンド・ハメルス率いる生物学者グループがヒトコブラクダの免疫系を調査した。予想されていた4本鎖抗体に加えて、2本の重鎖のみからなるより単純な抗体も発見した。この発見は1993年にネイチャー誌に掲載された。 [ 2 ] 1995年、マイアミ大学の研究チームがサメで異なるタイプの重鎖抗体を発見した。[ 3 ]
軟骨魚類（例えばサメ）の免疫グロブリン新抗原受容体（IgNAR）は重鎖抗体である。IgNARは他の抗体とは構造的に大きく異なる。通常の3つではなく、鎖あたり5つの定常ドメイン（C H ）を持ち、通常とは異なる位置に複数のジスルフィド結合があり、相補性決定領域3（CDR3）は他の抗体で軽鎖に結合する部位を覆う長いループを形成している。これらの違いと軟骨魚類の系統発生年代の組み合わせから、IgNARは哺乳類の免疫グロブリンよりも原始的な抗原結合タンパク質に近縁である可能性があるという仮説が立てられている。この仮説を検証するには、ヤツメウナギやヌタウナギなどの、系統発生的にさらに古い脊椎動物でIgNARまたは類似の抗体を発見する必要があるだろう。 [ 4 ]無脊椎動物は抗体を全く持たない。
サメ、そしておそらく他の軟骨魚類も免疫グロブリンM（IgM）と免疫グロブリンW（IgW）を持っており、どちらも2本の重鎖と2本の軽鎖を持つ。[ 5 ]
重鎖（IgG様）抗体を持つ唯一の哺乳類は、ヒトコブラクダ、ラクダ、ラマ、アルパカなどのラクダ科動物である。[ 6 ]これは二次的な発達である。これらの抗体の重鎖は、軽鎖の結合に必要な構造要素である定常ドメイン（ CH1）の1つを失い、可変ドメイン（VH）に変化が生じている。あるサブグループでは、欠落したCH1が、図に示すように、拡張されたヒンジ領域に置き換えられているように見える。[ 1 ] [ 2 ]全体的な構造は異なるものの、ラクダ科動物の重鎖抗体は、拡張されたCDR3ループやCDR1の立体構造など、IgNARといくつかの特性を共有している。これらの類似性は、真の関係ではなく、機能的要件または収斂進化によって引き起こされたと考えられている。 [ 4 ]
ラクダ科動物の抗体の約50%は、一般的な哺乳類の重鎖/軽鎖型である。[ 7 ]重鎖抗体のみを持ち、2つの重鎖と2つの軽鎖を持つ一般的な型を完全に欠いている動物の種類があるかどうかは不明である。
ラクダ科動物の重鎖抗体は、通常の抗体と同程度の特異性を持ち、場合によってはより強固であることがわかっています。また、従来の抗体に使用されるファージパニング手順と同じ手順で容易に分離できるため、体外で高濃度で培養することができます。SARS -CoV-2やその他のウイルス感染症に対する単一ドメイン抗体を分離するために、ヒトコブラクダのファージディスプレイV H Hライブラリーが作成されています。これらの抗体はサイズが小さく単一ドメインであるため、大量生産のために細菌細胞に形質転換しやすく、研究目的に最適です。[ 8 ]