抗体酶及其应用2016年

('酶学作业抗体酶及其应用左摘要：抗体酶（abzyme），又叫催化抗体（catalyticantib）,是具有催化活性的免疫球蛋白。自1986年成功获得抗体酶后，相关研究激增。但由于抗体酶的催化效率低，制备困难，研究热情渐渐消退。一开始的研究目的主要是工业应用，但抗体酶催化效率太低而放弃了。现有的研究主要集中在抗体酶在临床医学方面的应用，因其具有高特异性、长半衰期、低免疫源性和高可塑性。关键词:抗体酶催化抗体免疫球蛋白1.抗体酶的出现抗体酶就是有催化活性的抗体。抗体指机体的免疫系统在抗原刺激下，由B淋巴细胞或记忆细胞增殖分化成的浆细胞所产生的、可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。鲍林(Pauling)在1946年用过渡态理论阐明了酶催化的实质，即酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应的过渡态(底物激态)，从而降低反应能级。1984年Lerner设想可以通过对过渡态类似物产生抗体，抗体会诱导底物进入过渡态，使反应进行。根据这个设想，Lener和P.C.Schultz分别独立地证明：对所酸酯水解的过渡态类似物产生的抗体有催化相应羧酸酯和碳酸酯的反应。这种有催化活性的抗体被命名为抗体酶（abzyme）或催化抗体（catalyticantibody）。2.抗体酶的制备我们简单地把抗体酶的制备分为生物学方法和化学方法(Figure1)。1/4酶学作业Figure1抗体酶制备化学方法就是设计反应的过渡态类似物，把类似物作为半抗原，连接到恰当的载体上，形成抗原，通过动物免疫作用产生抗体，再筛选。生物学方法主要有两种，一种是用酶做抗原，筛选出与酶特异性结合的抗体，用该抗体作为抗原，再产生能和底物过渡态结合的抗体。相当于把酶拷贝了一份。所以又称之为拷贝法。另一种是用酶的抑制剂做抗原，产生的抗体可能和底物结合。另外还有一些方法，如定点突变蛋白设计抗体；化学修饰抗体；抗体基因组合文库法等等。3.抗体酶的应用随着研究的深入，尽管抗体酶的催化效率(kcat/KM)不断提高，但是抗体酶的催化效率（102-104M-1s-1）远低于天然酶（106-108M-1s-1）（Xuetal.2004;RaoandWootla2007）。主要原因有：1、抗体酶复杂程度不够，无法完全模拟天然酶。毕竟天然酶是漫长的进化的产物。2、天然酶在识别结合底物之后还会去稳定化（destabilization），使反应进行。而抗体酶只是单纯地稳定过渡态。3、从进化的角度来说，抗体本来就是结合稳定的基态产物的，尽管由于其组合的多样性，导致其可以模拟酶去结合高能过渡态，但效果毕竟有限。所以抗体酶用于工业生产基本没有优势。但抗体酶作为酶没有优势，但它拥有抗体高特异性、长半衰期、低免疫源性和高可塑性使其在临床医学的应用具有广阔的前景。现已有部分研究成果：1、降解体内有机磷农药。有机磷农药被广泛使用。一些品种可以通过呼吸道进入人体，使人中毒，甚至死亡。Reshetnyak通过噬菌体展示技术筛选出能代谢有机磷农药的抗体酶scFv,A17(Reshetnyaketal.2007)。不过今年高毒的有机磷农药基本退出市场，做的人吹得很厉害，其实没什么用。2、降解体内的可卡因（cocaine）2/4酶学作业可卡因滥用会引起严重的并发症，可以开发出结合可卡因的抗体或降解可卡因的抗体酶。降解可卡因的抗体酶已有报道(Dengetal.2002;McKenzieetal.2007,Gorelick,2012)。3、抗体介导前药治疗（ADEPT）目前正在发展一种称为抗体介导前药治疗（ADEPT）技术(示意图，)，即将能水解前药释放出肿瘤细胞毒剂的酶和肿瘤专一性抗体相偶联，这样酶就会通过和肿瘤结合的抗体而存在于细胞的表面。静脉给药后，当药物扩散至肿瘤细胞的表面或附近，抗体酶就会将前药迅速水解释放出抗肿瘤药物，从而提高肿瘤细胞局部药物浓度，增强对肿瘤的杀伤力，达到提高肿瘤化疗效果的目的。当然交药只能被抗体酶水解而不能被内源性酶水解，抗原还要尽量减少免疫原性。Campbell用半抗原3诱导产生的抗体酶能水解5FdU的前体化合物1时至转变为2，抗癌药5FdU在体内可转变为5FdUMP,它是胸苷酸合成酶的抑制剂，能抑DNA的合成，而5FdU不但抑制肿瘤细胞的DNA的合成，同时影响正常细胞，高毒性。5FdU的前体化合物1无毒，给药后化合物遇到抗体酶才释放出有毒的5FdU,杀死癌细胞。设想用此抗体酶与肿瘤专一性抗体偶连成双特异性抗体，从而开发成特异性抗癌药物，避免了化疗缺乏专一性而产生的高毒性、半寿期短以及达肿瘤细胞的化疗药物低等缺点。Figure2抗体介导前药治疗（ADEPT）技术示意图4.总结一开始以为这是个高大上的领域，去了解后觉得是基本没有什么大希望的领域。上张图说明一下：3/4酶学作业1930194019501960197019801990200020102020050100150200250Pubmed相关文献数-时间图Figure3Pubmed搜索结果统计图，搜索式：((catalyticantibody[Title/Abstract])ORabzyme参考文献【1】徐应容，党曦俻,石莹，周烨，顾昱晓.抗体酶及其应用前景【2】Padiolleau-LefèvreS,NayaRB,ShahsavarianMA,etal.Catalyticantibodiesandtheirapplicationsinbiotechnology:stateoftheart[J].Biotechnologyletters,2014:1-11.【3】XuY,YamamotoN,JandaK(2004)Catalyticantibodies:haptendesignstrategiesandscreeningmethods.BioorgMedChem12:5247–5268【4】RaoD,WootlaB(2007)Catalyticantibodies:conceptandpromise.Resonance(Springerlink)12:6–21【5】ReshetnyakAV,ArmentanoMF,PonomarenkoNA,VizzusoD,DurovaOM,ZiganshinR,SerebryakovaM,GovorunV,GololobovG,MorseHC,FribouletA,MakkerSP,GabibovAG,TramontanoA(2007)Routestocovalentcatalysisbyreactiveselectionfornascentproteinnucleophiles.JAmChemSoc129:16175–161824/4',)