抗體酶的綜述

1、抗體酶的綜述摘 要：催化抗體也叫抗體酶，是具有催化活性的免疫球蛋白，通過改變抗體 中和抗原結(jié)合的微環(huán)境，并在適當?shù)牟课灰胂鄳拇呋鶊F， 所產(chǎn)生的具有催 化活性的抗體。高中的時候?qū)W生物時簡單的理解抗體就是說把抗原打到動物體內(nèi)， 動物必定要產(chǎn)生一種物質(zhì)消滅抗原叫抗體，這個抗體就是抗體酶，所謂抗體酶， 說白了就是有催化活性的抗體?？贵w酶自1986年研制成功以來，在生物學、化學、 醫(yī)學、制藥等諸多學科中發(fā)揮著重要的作用,它開創(chuàng)了催化劑研究和生產(chǎn)的嶄新 領域.抗體酶的研究深化了對酶本質(zhì)的認識,豐富了酶的種類，是酶學研究的一大 進步。導 言:抗體酶是具有催化活性的免疫球蛋白，它既具有抗體的高效選擇性，

2、又能 像酶那樣高效催化化學反應，開創(chuàng)了催化劑研究的嶄新領域正 文:抗體酶是具有催化活性的免疫球蛋白，它既具有抗體的高效選擇性，又能 像酶那樣高效催化化學反應，開創(chuàng)了催化劑研究的嶄新領域.本文從抗體酶的作用 機理、設計和制備、使用領域、存在的問題和研究展望等多個角度進行綜述.抗體酶或催化抗體是一種新型人工酶制劑，它是依據(jù)對酶分子催化反應機制的理解， 結(jié)合免疫球蛋白的分子識別特性， 使用免疫學、細胞生物學、化學和分子生物學 等技術(shù)制備的具有高度底物專一性及特殊催化活力的新型催化抗體。1946年，鮑林（Pauling）用過渡態(tài)理論闡明了酶催化的實質(zhì)， 即酶之所以具 有催化活力是因為它能特異性結(jié)合并穩(wěn)

3、定化學反應的過渡態(tài)（底物激態(tài)），從而降低反應能級。1969年杰奈克斯（Jeneks）在過渡態(tài)理論的基礎上猜想：若抗體能 結(jié)合反應的過渡態(tài)，理論上它則能夠獲得催化性質(zhì)?？贵w酶的利用價值：從抗體酶的實踐看出，抗體酶是研究酶作用機理的有力工具。 酶抑制劑的研 究支持了 Pauli ng過渡態(tài)理論，但它只能提供作用過程中結(jié)合專一性的信息，不 能給出結(jié)合后發(fā)生催化反應以及結(jié)合和催化之間的關(guān)系?？贵w酶實驗則彌補了這 一缺陷。除了基礎理論研究的價值，抗體酶的使用前景也令人鼓舞。Lerner指出，若將催化水解反應的抗體酶研究深入下去，極有可能得到一種新型蛋白酶， 這種抗體酶在醫(yī)學上可用來專一破壞病毒蛋白質(zhì)及清

4、除體內(nèi)垃圾” Lerner還提到，將具有立體專一性的抗體酶使用于制藥工業(yè)， 將有助于解決對映體拆分的難 題。隨著制備抗體酶新方法的不斷發(fā)展，抗體酶的催化反應的范圍將進一步拓寬 特別是對那些天然酶不能催化的反應， 則可研制抗體酶來進行催化。其次，抗體 酶的研究，為人們提供了一條合理途徑去設計適合于市場需要的蛋白質(zhì)，即人為地設計制作酶。這是酶工程的一個全新領域。例如：利用動物免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體 的高度專一性，可以得到一系列高度專一性的抗體酶，成為針對性強、藥效高的藥物，于是生產(chǎn)高純度立體專一性的藥物成為現(xiàn)實。 又如：以某個生化反應的過 渡態(tài)類似物來誘導免疫反應，產(chǎn)生特定抗體酶，以治療某種酶先天性缺陷

5、的遺傳 病?？贵w酶還可有選擇地使病毒外殼蛋白的肽鍵裂解， 從而防止病毒和靶細胞結(jié) 合。另外，抗體酶的固定化已獲得成功，將大大地推進工業(yè)化進程?？贵w酶的制備方法制備抗體酶的方法有拷貝法、引入法、誘導法、化學修飾法和基因工程法等，1、拷貝法拷貝法主要根據(jù)抗體生成過程中抗原-抗體互補性來設計的。該法操作步驟簡單， 對于來源緊張的酶來說可用生產(chǎn)單克隆抗體的方法來大量生產(chǎn)， 不足之處是這類 抗體酶需要篩選，具有一定的盲目性。過程如下：免疫動物T免疫動物并單克隆化T抗酶抗體T已知酶（抗原）2、引入法此法借助基因工程和蛋白質(zhì)工程方法將催化基因引入到已有底物結(jié)合能力的抗 體的抗原結(jié)合位點上。具體來說，可以采用

6、寡核苷酸定點誘變技術(shù)將特定的氨基 酸殘基引入抗原結(jié)合部位使其獲得催化功能，也可以采用選擇性化學修飾的方法 將人工合成的或天然存在的催化基因引入到抗原結(jié)合部位。例如：等人使用可裂解親和標記物將巰基的柄狀親和基團引入到抗2,4 二硝基苯酚（DNP）的單抗MOPC315的抗原結(jié)合位點，得到的抗體酶對含有DNP和香豆 素的羧酸酯的水解反應催化效率高二硫蘇糖醇 6X10倍。具有原酶活性的抗體（抗體酶） 篩選單克隆的抗抗體3、誘導法本法即用設計好的半抗原，通過間隔鏈和載體蛋白（如牛血清白蛋白等）偶聯(lián)制 成抗原，然后采用標準的單克隆技術(shù)制備、分離、篩選抗體酶。其中的半抗原也 就是過渡態(tài)類似物。它是根據(jù)推測設

7、計的，畢竟一般反應的過渡也只是理論推測， 未在結(jié)構(gòu)上予以闡明。過程如下：載體蛋白f過渡態(tài)類似物（半抗原）f偶聯(lián)體（抗原）f免疫動物并單克隆f 抗體酶抗體酶催化的反應抗體酶可催化多種化學反應，包括水解反應、重排反應、氧化還原分應等。1、水解反應目前，抗體酶能夠催化生物體內(nèi)兩類水解反應：酯水解和酰胺水解。1.1、磷酸酯水解反應磷酸酯鍵是自然界最穩(wěn)定的鍵之一，它的水解是對抗體酶的挑戰(zhàn)。Janda等利用 穩(wěn)定的五配位氧代錸絡合物 A模擬RNA水解時形成的環(huán)形氧代正膦中間物， 產(chǎn)生了一種單抗G12，可以催化水解磷酸二酯鍵。它的催化速度常數(shù)（Kcat）=1.53 X10 s ,米氏常數(shù)（Km）=240 卩

8、 mol/L。1.2、酰胺水解反應 蛋白質(zhì)的水解均屬于酰胺水解。等用Co川一三乙烯酰胺一肽復合物 作為半抗原，得到能特異性的切割 Gly-Phe之間肽鍵的抗體酶。這意味著，隨 心所欲的切割肽段成為可能，蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定將會變得十分簡單。2、重排反應Claisen重排是有機化合物異構(gòu)化的一種重要形式，生物體內(nèi)一些化合物在光照 下會發(fā)生Claisen重排。Jackson等研制的分支酸異構(gòu)化抗體酶表現(xiàn)出高度的立 體專一性，只能催化以（-）分支酸為底物的反應，而對（+）分支酸無作用, 其活化熵接近于零。這一研究表明抗體可以誘導底物的構(gòu)象，呈現(xiàn)有利于重排的 狀態(tài)。Katherine等發(fā)現(xiàn)抗體酶1F7

9、具有分支酸異構(gòu)化催化活性，于是將該抗體 的編碼基因克隆，在缺乏分支酸異構(gòu)酶的 Saccharromyces cerevisiae 菌株中擴 增表達，產(chǎn)生催化效率60%70%的抗體酶。這一表達系統(tǒng)的成功研制使得運用 基因工程手段對第一代抗體酶進行改造成為可能。3、氧化還原反應氧化還原反應在生物體內(nèi)十分廣泛，主要是呼吸鏈的一系列反應。 在溶液中，氧化態(tài)黃素和還原態(tài)黃素的電位差是 206mV。Shokat認為可以根據(jù)氧化態(tài)和還原 態(tài)在形狀上的不同（氧化態(tài)為平面狀，還原態(tài)為曲面狀）構(gòu)制能和氧化態(tài)結(jié)合的 抗體，通過特異性結(jié)合，使氧化態(tài)穩(wěn)定，從而使標準還原電位差擴大。據(jù)此設想， Shokat制得了對氧化態(tài)

10、 Km=8mmol/L，對還原態(tài)Km=300nmol/L的抗體，使標 準電位差變?yōu)?342mV ,由此，黃素還原態(tài)的還原范圍相應擴大，一些原來無法 按其還原的物質(zhì)（即標準還原電位差大于抗體酶催化的黃素標準還原電位差）得以還原。這意味著抗體酶可以使熱力學上原來無法進行的氧還反應得以進行?？贵w酶的使用1. 在有機合成領域的使用目前,己成功篩選出可催化6種類型酶促反應和幾十種化學反應的抗體酶，可 催化許困難和能量不利的反應.催化類型包括底物異構(gòu)化反應、酉旨水解、酞胺 水解、酞基轉(zhuǎn)移、Claisen重排反應、光誘導反應、氧化還原、金屬鰲合、環(huán)化 反應等，抗體酶還可以作為手性助劑控制光加成反應產(chǎn)物的立體

11、化學，用于手性化合物的拆分,還可用于探索化學反應機制。2. 在醫(yī)學領域的使用利用抗體酶催化藥物在體內(nèi)的還原，有利于機體對藥物的吸收，并降低藥品的毒副 作用;將抗體酶技術(shù)和蛋白質(zhì)融合技術(shù)結(jié)合在一起，設計出既有催化功能又有組織 特異性的嵌合抗體，用于切割惡性腫瘤；將抗體酶直接作為藥物，以治療酶缺陷癥 i=h 患、者。3. 在戒毒領域的使用抗體酶可以拮抗可卡因等麻醉劑的成癮性，使可卡因失去刺激功能，以幫助癮 君子戒除毒癮;抗體酶還可以水解清除血液中的毒素，如分解可卡因、有機磷毒劑 等4. 在前藥設計中的使用前藥是指為降低藥物毒性而設計的一類自身無活性或活性較低，需在體內(nèi)經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化為活性藥物以發(fā)揮作用

12、的化合物抗體酶在正在發(fā)展的 ADEPT體系中 成功地對前藥進行活化 ，提高了腫瘤治療的選擇性 ，顯示出很好的使用前景 ADEPT體系，即抗體靶向的酶前藥治療體系。將能催化前藥轉(zhuǎn)化為腫瘤細胞毒劑的酶，和腫瘤細胞專性抗體相偶聯(lián)，酶通過和腫 瘤抗體的結(jié)合而存在于腫瘤細胞表面，當前藥擴散至腫瘤細胞表面或附近時，抗 體酶就會將前藥迅速水解，釋放出抗腫瘤藥物這樣大大提高了腫瘤細胞附近局部 藥物的濃度，增強對腫瘤細胞的殺傷力，減少對正常細胞的殺傷作用；經(jīng)過科學家 們的不斷努力，抗體酶在ADEPT體系中的使用將日益完善，有可能成為癌癥化療 的重要武器。研究展望未來對抗體酶的研究重點是:1.通過定制催化活性實現(xiàn)對特定化學反應的催 化，實現(xiàn)對那些不能用天然酶催化的反應的催化；2.利用抗體酶的立體或區(qū)域選擇 性實現(xiàn)化學反應的選擇性催化；3.抗體酶體內(nèi)治療作用的拓展；4.對抗體酶催化活 性 的優(yōu)化策略的研究，以提高催化效率，降低抗體用量，降低使用成本；5.抗體酶生 產(chǎn)庫以及生產(chǎn)技術(shù)的研究，使抗體酶能降低成本，實現(xiàn)商業(yè)化使用隨著蛋白質(zhì)工 程、基因工程、免疫學等生物技術(shù)的不斷發(fā)展 ，抗體酶的研究將會有更大的突破 和廣泛的結(jié)語：對抗體酶的介紹