抗體酶的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

于 洋

長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

抗體酶的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

于 洋

長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(jìn)行的酶促反應(yīng)，它是多門學(xué)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(jìn)行了總結(jié)，并探討了它的缺點(diǎn)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(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科交叉誕生的產(chǎn)物，自誕生以來(lái)，就在醫(yī)療、化工、制藥、檢測(cè)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(dǎo)法

傳統(tǒng)的抗體酶制備是將人為構(gòu)建的化學(xué)模型物和載體蛋白偶聯(lián)以后免疫動(dòng)物，待宿主動(dòng)物產(chǎn)生抗體以后，將能夠產(chǎn)生抗體的脾臟細(xì)胞和能夠不斷分生的骨髓瘤細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞融合，通過(guò)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(xì)胞。由于化學(xué)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(jì)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(guò)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(biāo)儀法：通過(guò)酶標(biāo)儀直接測(cè)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(guò)設(shè)計(jì)基因探針，對(duì)基因抗體庫(kù)進(jìn)行PCR篩選。

1.2 化學(xué)修飾法

化學(xué)修飾法主要用于修飾抗體酶的抗體結(jié)合位點(diǎn)。在抗體結(jié)合位點(diǎn)附近加上催化基團(tuán)，改變?cè)忻傅目臻g構(gòu)象，促進(jìn)酶與底物的結(jié)合能力，提高酶促反應(yīng)的速率[2]。化學(xué)修飾法可以通過(guò)靜電催化、鄰近效應(yīng)、構(gòu)建共價(jià)鍵等直接調(diào)整抗體結(jié)合位點(diǎn)的方法；也可以通過(guò)基因工程定點(diǎn)突變的方法實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展為抗體酶的研究提供了有力工具，通過(guò)分析含有已知抗體的抗體酶氨基酸序列，進(jìn)而可以得到它對(duì)應(yīng)的核苷酸序列，定點(diǎn)改變酶活性中心位點(diǎn)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(diǎn)突變核苷酸序列，還可以通過(guò)增強(qiáng)表達(dá)、基因敲除、基因沉默等基因工程手段進(jìn)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(dòng)物，以便達(dá)到增強(qiáng)抗體酶特異性的目的。這種制備方法比較簡(jiǎn)單，可以在短時(shí)間內(nèi)得到大量的酶；缺點(diǎn)是產(chǎn)物參差不齊，需要進(jìn)一步篩選。

在使用拷貝法的時(shí)候，酶作為抗原免疫動(dòng)物前可以對(duì)酶的結(jié)構(gòu)先進(jìn)行一些修飾，例如加入共價(jià)基團(tuán)或者金屬螯合劑，就有希望能夠誘導(dǎo)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(jī)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(shí)際的有機(jī)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(guò)程中分支羧轉(zhuǎn)化為預(yù)苯羧可以通過(guò)Claisen重排實(shí)現(xiàn)，通過(guò)產(chǎn)生中間過(guò)渡態(tài)化合物實(shí)現(xiàn)反應(yīng)速率的成倍增加。也可以通過(guò)穩(wěn)定化合物過(guò)渡態(tài)消除中間產(chǎn)物的異構(gòu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)的加速，再或者是對(duì)肽類的形成過(guò)程中催化肽鍵和酰胺鍵的水解，促進(jìn)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(dǎo)反應(yīng)和環(huán)化反應(yīng)等數(shù)十種化學(xué)反應(yīng)。

2.2 在臨床治療中的應(yīng)用

在抗體酶的研究過(guò)程中，科學(xué)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。抗體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(shí)，還能促進(jìn)患者機(jī)體對(duì)藥物的吸收。在利用抗體酶解決可卡因成癮性問(wèn)題時(shí)，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(lái)，形成具有拮抗作用的抗體。在可卡因成癮性患者體內(nèi)對(duì)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(dá)到戒除毒癮的目的。這種解決機(jī)理還能用于解決有機(jī)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(jì)中的應(yīng)用

前藥是藥物前體的簡(jiǎn)稱。這類化合物在體外自身無(wú)活性，只有經(jīng)過(guò)機(jī)體內(nèi)酶的催化作用，除去化合物上所添加的保護(hù)基團(tuán)，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(duì)患者的身體負(fù)擔(dān)比較大，為了研究能夠?qū)δ[瘤細(xì)胞產(chǎn)生特異性選擇作用的藥物，人們?cè)O(shè)計(jì)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(jìn)行活化，恢復(fù)藥物的藥理活性，另一方面能夠特異性的識(shí)別腫瘤細(xì)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(xì)胞周圍藥物的濃度，降低正常細(xì)胞周圍的藥物濃度，也就是說(shuō)能夠增強(qiáng)藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞特定的殺傷力，減少對(duì)正常細(xì)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(jì)。抗體酶前藥可以降低患者機(jī)體自身對(duì)藥物產(chǎn)生的免疫排斥反應(yīng)，增強(qiáng)血管穿透力，特異性的增強(qiáng)治療功能。隨著人們對(duì)抗體酶和腫瘤細(xì)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(yǔ)

截至目前，雖然抗體酶的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是還是不能忽視一些問(wèn)題：一方面，由于抗體酶是通過(guò)人為改造而成的，與天然的酶還存在一些細(xì)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(shuō)，如何提高抗體酶的催化效率是擺在科學(xué)家面前的重要問(wèn)題；另一方面，在抗體酶的篩選過(guò)程中，由于現(xiàn)有認(rèn)識(shí)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(jì)出合理的過(guò)度穩(wěn)態(tài)化合物，優(yōu)化抗體酶的篩選方案，也是一個(gè)迫切解決的問(wèn)題。

學(xué)科的交叉點(diǎn)往往就是創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn)，抗體酶是化學(xué)和分子生物學(xué)的產(chǎn)物，具有巨大的潛力，未來(lái)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(xué)和分子生物學(xué)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(xué)學(xué)報(bào)，2005, 18(4)：51—54.

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

[3]吳文婷,鄒國(guó)林.抗體酶的制備與應(yīng)用進(jìn)展[J].化學(xué)與生物工程,2004,(5)：13-15.

于洋（1986-），男，吉林長(zhǎng)春人，長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物工程系，2005級(jí)工學(xué)學(xué)士，生物工程專業(yè)。