抗體酶的制備及應(yīng)用研究進展

于 洋

長春理工大學生命科學學院

抗體酶的制備及應(yīng)用研究進展

于 洋

長春理工大學生命科學學院

抗體酶是一類具有催化活性的免疫球蛋白，能夠?qū)崿F(xiàn)許多天然酶不能進行的酶促反應(yīng)，它是多門學科交叉產(chǎn)生的成果，正在許多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。本文主要就抗體酶的制備和應(yīng)用方面進行了總結(jié)，并探討了它的缺點和前景。

抗體酶；催化抗體；應(yīng)用

抗體酶(Abzyme)，又被稱作催化抗體(Catalytic antibody)，是具備底物特異性和特殊催化活力的新型催化抗體[1]。它是免疫學、生物化學、分子生物學等學科交叉誕生的產(chǎn)物，自誕生以來，就在醫(yī)療、化工、制藥、檢測等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。

1 抗體酶的制備

1.1 誘導法

傳統(tǒng)的抗體酶制備是將人為構(gòu)建的化學模型物和載體蛋白偶聯(lián)以后免疫動物，待宿主動物產(chǎn)生抗體以后，將能夠產(chǎn)生抗體的脾臟細胞和能夠不斷分生的骨髓瘤細胞進行細胞融合，通過選擇性培養(yǎng)基的篩選，最后得到能生成單一抗體的雜交瘤細胞。由于化學模型物是由人為選擇構(gòu)建的，因此所得到抗體催化活性的高低，與該半抗原的結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系很大。合理的優(yōu)化半抗原結(jié)構(gòu)組成，產(chǎn)生最佳的抗體催化劑，就能得到滿意的抗體酶。常見的篩選方法有以下幾種：（1）ELISA法：通過酶聯(lián)免疫吸附反應(yīng)在大量的菌落中篩選出有親和力的抗體。（2）酶標儀法：通過酶標儀直接測定反應(yīng)速率的快慢，但是需要抗體和底物能夠發(fā)生可觀的酶促反應(yīng)。（3）基因探針篩選：通過設(shè)計基因探針，對基因抗體庫進行PCR篩選。

1.2 化學修飾法

化學修飾法主要用于修飾抗體酶的抗體結(jié)合位點。在抗體結(jié)合位點附近加上催化基團，改變原有酶的空間構(gòu)象，促進酶與底物的結(jié)合能力，提高酶促反應(yīng)的速率[2]。化學修飾法可以通過靜電催化、鄰近效應(yīng)、構(gòu)建共價鍵等直接調(diào)整抗體結(jié)合位點的方法；也可以通過基因工程定點突變的方法實現(xiàn)?，F(xiàn)代分子生物學的發(fā)展為抗體酶的研究提供了有力工具，通過分析含有已知抗體的抗體酶氨基酸序列，進而可以得到它對應(yīng)的核苷酸序列，定點改變酶活性中心位點的核苷酸序列就能顯著地改變抗體酶的催化效率。除了定點突變核苷酸序列，還可以通過增強表達、基因敲除、基因沉默等基因工程手段進行修飾。

1.3 拷貝法

拷貝法主要是利用抗原抗體的反復(fù)免疫動物，以便達到增強抗體酶特異性的目的。這種制備方法比較簡單，可以在短時間內(nèi)得到大量的酶；缺點是產(chǎn)物參差不齊，需要進一步篩選。

在使用拷貝法的時候，酶作為抗原免疫動物前可以對酶的結(jié)構(gòu)先進行一些修飾，例如加入共價基團或者金屬螯合劑，就有希望能夠誘導出其他特異性功能的抗體酶。

2 抗體酶的應(yīng)用

2.1 在有機合成領(lǐng)域的應(yīng)用

到目前為止，人們已經(jīng)成功合成了能夠催化包括氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、異構(gòu)酶等全部六種酶促反應(yīng)的抗體酶。這些酶在實際的有機化合物合成中發(fā)揮著重要作用。例如：在植物體內(nèi)的芳香氨基酸合成過程中分支羧轉(zhuǎn)化為預(yù)苯羧可以通過Claisen重排實現(xiàn)，通過產(chǎn)生中間過渡態(tài)化合物實現(xiàn)反應(yīng)速率的成倍增加。也可以通過穩(wěn)定化合物過渡態(tài)消除中間產(chǎn)物的異構(gòu)化來實現(xiàn)催化反應(yīng)的加速，再或者是對肽類的形成過程中催化肽鍵和酰胺鍵的水解，促進多肽類化合物環(huán)肽的形成。除了以上幾種反應(yīng)，抗體酶還能催化金屬螯合、光誘導反應(yīng)和環(huán)化反應(yīng)等數(shù)十種化學反應(yīng)。

2.2 在臨床治療中的應(yīng)用

在抗體酶的研究過程中，科學家發(fā)現(xiàn)抗體酶在臨床治療方面也可以發(fā)揮巨大的作用?？贵w酶類催化藥物在患者體內(nèi)發(fā)生還原反應(yīng)，在降低藥物毒副作用的同時，還能促進患者機體對藥物的吸收。在利用抗體酶解決可卡因成癮性問題時，可以將抗體酶和蛋白質(zhì)融合技術(shù)結(jié)合，這樣融合的目的可以將酶的催化功能和蛋白組織特異性結(jié)合起來，形成具有拮抗作用的抗體。在可卡因成癮性患者體內(nèi)對可卡因類化合物形成拮抗作用，消除可卡因?qū)颊弋a(chǎn)生的刺激，從而達到戒除毒癮的目的。這種解決機理還能用于解決有機磷毒劑的解毒、重金屬的清理等相關(guān)的臨床治療。

2.3 在前藥設(shè)計中的應(yīng)用

前藥是藥物前體的簡稱。這類化合物在體外自身無活性，只有經(jīng)過機體內(nèi)酶的催化作用，除去化合物上所添加的保護基團，才能發(fā)揮出藥理功能。

在腫瘤治療方面，傳統(tǒng)的化療等手段對患者的身體負擔比較大，為了研究能夠?qū)δ[瘤細胞產(chǎn)生特異性選擇作用的藥物，人們設(shè)計出了抗體靶向的酶前藥物治療方法（ADEPT）。在這種治療體系中，抗體酶在患者體內(nèi)一方面能夠?qū)η绑w藥物進行活化，恢復(fù)藥物的藥理活性，另一方面能夠特異性的識別腫瘤細胞表面的抗原決定簇，與腫瘤發(fā)生特異性的結(jié)合。這樣的治療方法能夠增加腫瘤細胞周圍藥物的濃度，降低正常細胞周圍的藥物濃度，也就是說能夠增強藥物對腫瘤細胞特定的殺傷力，減少對正常細胞的傷害[3]。使用這種治療方法成功開發(fā)出的藥物包括阿霉素、喜樹堿等抗腫瘤藥物，還可以用于治療糖尿病的胰島素類藥物前藥設(shè)計?？贵w酶前藥可以降低患者機體自身對藥物產(chǎn)生的免疫排斥反應(yīng)，增強血管穿透力，特異性的增強治療功能。隨著人們對抗體酶和腫瘤細胞病理了解的深入，相信抗體酶必將能在腫瘤治療方面發(fā)揮重要的作用。

3 結(jié)束語

截至目前，雖然抗體酶的研究已經(jīng)取得了很大的進步，但是還是不能忽視一些問題：一方面，由于抗體酶是通過人為改造而成的，與天然的酶還存在一些細微方面的差異，所以在催化效率上不盡如人意，比天然的酶催化效率低很多，所以說，如何提高抗體酶的催化效率是擺在科學家面前的重要問題；另一方面，在抗體酶的篩選過程中，由于現(xiàn)有認識上的束縛，人們還不能篩選出特異性和催化效率都高的催化抗體，因此，如何設(shè)計出合理的過度穩(wěn)態(tài)化合物，優(yōu)化抗體酶的篩選方案，也是一個迫切解決的問題。

學科的交叉點往往就是創(chuàng)新的出發(fā)點，抗體酶是化學和分子生物學的產(chǎn)物，具有巨大的潛力，未來抗體酶的發(fā)展方向必然是高效化、多樣化、工廠化。我們有理由相信，隨著生物化學和分子生物學等生物技術(shù)的不斷發(fā)展，抗體酶必將能在醫(yī)藥、化工和生物等各領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛的影響。

[1]范立梅,阮紅.抗體酶的研究及應(yīng)用[J].溫州大學學報，2005, 18(4)：51—54.

[2]呂瑕慧,溫哲.抗體酶的制備及應(yīng)用[J].科學論壇,2010,30；397.

[3]吳文婷,鄒國林.抗體酶的制備與應(yīng)用進展[J].化學與生物工程,2004,(5)：13-15.

于洋（1986-），男，吉林長春人，長春理工大學生命科學學院生物工程系，2005級工學學士，生物工程專業(yè)。