抗体酶的制备及应用研究进展

于 洋

长春理工大学生命科学学院

抗体酶的制备及应用研究进展

于 洋

长春理工大学生命科学学院

抗体酶是一类具有催化活性的免疫球蛋白，能够实现许多天然酶不能进行的酶促反应，它是多门学科交叉产生的成果，正在许多领域中发挥着重要的作用。本文主要就抗体酶的制备和应用方面进行了总结，并探讨了它的缺点和前景。

抗体酶；催化抗体；应用

抗体酶(Abzyme)，又被称作催化抗体(Catalytic antibody)，是具备底物特异性和特殊催化活力的新型催化抗体[1]。它是免疫学、生物化学、分子生物学等学科交叉诞生的产物，自诞生以来，就在医疗、化工、制药、检测等领域展现出了巨大的潜力。

1 抗体酶的制备

1.1 诱导法

传统的抗体酶制备是将人为构建的化学模型物和载体蛋白偶联以后免疫动物，待宿主动物产生抗体以后，将能够产生抗体的脾脏细胞和能够不断分生的骨髓瘤细胞进行细胞融合，通过选择性培养基的筛选，最后得到能生成单一抗体的杂交瘤细胞。由于化学模型物是由人为选择构建的，因此所得到抗体催化活性的高低，与该半抗原的结构设计关系很大。合理的优化半抗原结构组成，产生最佳的抗体催化剂，就能得到满意的抗体酶。常见的筛选方法有以下几种：（1）ELISA法：通过酶联免疫吸附反应在大量的菌落中筛选出有亲和力的抗体。（2）酶标仪法：通过酶标仪直接测定反应速率的快慢，但是需要抗体和底物能够发生可观的酶促反应。（3）基因探针筛选：通过设计基因探针，对基因抗体库进行PCR筛选。

1.2 化学修饰法

化学修饰法主要用于修饰抗体酶的抗体结合位点。在抗体结合位点附近加上催化基团，改变原有酶的空间构象，促进酶与底物的结合能力，提高酶促反应的速率[2]。化学修饰法可以通过静电催化、邻近效应、构建共价键等直接调整抗体结合位点的方法；也可以通过基因工程定点突变的方法实现。现代分子生物学的发展为抗体酶的研究提供了有力工具，通过分析含有已知抗体的抗体酶氨基酸序列，进而可以得到它对应的核苷酸序列，定点改变酶活性中心位点的核苷酸序列就能显著地改变抗体酶的催化效率。除了定点突变核苷酸序列，还可以通过增强表达、基因敲除、基因沉默等基因工程手段进行修饰。

1.3 拷贝法

拷贝法主要是利用抗原抗体的反复免疫动物，以便达到增强抗体酶特异性的目的。这种制备方法比较简单，可以在短时间内得到大量的酶；缺点是产物参差不齐，需要进一步筛选。

在使用拷贝法的时候，酶作为抗原免疫动物前可以对酶的结构先进行一些修饰，例如加入共价基团或者金属螯合剂，就有希望能够诱导出其他特异性功能的抗体酶。

2 抗体酶的应用

2.1 在有机合成领域的应用

到目前为止，人们已经成功合成了能够催化包括氧化还原酶、转移酶、异构酶等全部六种酶促反应的抗体酶。这些酶在实际的有机化合物合成中发挥着重要作用。例如：在植物体内的芳香氨基酸合成过程中分支羧转化为预苯羧可以通过Claisen重排实现，通过产生中间过渡态化合物实现反应速率的成倍增加。也可以通过稳定化合物过渡态消除中间产物的异构化来实现催化反应的加速，再或者是对肽类的形成过程中催化肽键和酰胺键的水解，促进多肽类化合物环肽的形成。除了以上几种反应，抗体酶还能催化金属螯合、光诱导反应和环化反应等数十种化学反应。

2.2 在临床治疗中的应用

在抗体酶的研究过程中，科学家发现抗体酶在临床治疗方面也可以发挥巨大的作用。抗体酶类催化药物在患者体内发生还原反应，在降低药物毒副作用的同时，还能促进患者机体对药物的吸收。在利用抗体酶解决可卡因成瘾性问题时，可以将抗体酶和蛋白质融合技术结合，这样融合的目的可以将酶的催化功能和蛋白组织特异性结合起来，形成具有拮抗作用的抗体。在可卡因成瘾性患者体内对可卡因类化合物形成拮抗作用，消除可卡因对患者产生的刺激，从而达到戒除毒瘾的目的。这种解决机理还能用于解决有机磷毒剂的解毒、重金属的清理等相关的临床治疗。

2.3 在前药设计中的应用

前药是药物前体的简称。这类化合物在体外自身无活性，只有经过机体内酶的催化作用，除去化合物上所添加的保护基团，才能发挥出药理功能。

在肿瘤治疗方面，传统的化疗等手段对患者的身体负担比较大，为了研究能够对肿瘤细胞产生特异性选择作用的药物，人们设计出了抗体靶向的酶前药物治疗方法（ADEPT）。在这种治疗体系中，抗体酶在患者体内一方面能够对前体药物进行活化，恢复药物的药理活性，另一方面能够特异性的识别肿瘤细胞表面的抗原决定簇，与肿瘤发生特异性的结合。这样的治疗方法能够增加肿瘤细胞周围药物的浓度，降低正常细胞周围的药物浓度，也就是说能够增强药物对肿瘤细胞特定的杀伤力，减少对正常细胞的伤害[3]。使用这种治疗方法成功开发出的药物包括阿霉素、喜树碱等抗肿瘤药物，还可以用于治疗糖尿病的胰岛素类药物前药设计。抗体酶前药可以降低患者机体自身对药物产生的免疫排斥反应，增强血管穿透力，特异性的增强治疗功能。随着人们对抗体酶和肿瘤细胞病理了解的深入，相信抗体酶必将能在肿瘤治疗方面发挥重要的作用。

3 结束语

截至目前，虽然抗体酶的研究已经取得了很大的进步，但是还是不能忽视一些问题：一方面，由于抗体酶是通过人为改造而成的，与天然的酶还存在一些细微方面的差异，所以在催化效率上不尽如人意，比天然的酶催化效率低很多，所以说，如何提高抗体酶的催化效率是摆在科学家面前的重要问题；另一方面，在抗体酶的筛选过程中，由于现有认识上的束缚，人们还不能筛选出特异性和催化效率都高的催化抗体，因此，如何设计出合理的过度稳态化合物，优化抗体酶的筛选方案，也是一个迫切解决的问题。

学科的交叉点往往就是创新的出发点，抗体酶是化学和分子生物学的产物，具有巨大的潜力，未来抗体酶的发展方向必然是高效化、多样化、工厂化。我们有理由相信，随着生物化学和分子生物学等生物技术的不断发展，抗体酶必将能在医药、化工和生物等各领域产生广泛的影响。

[1]范立梅,阮红.抗体酶的研究及应用[J].温州大学学报，2005, 18(4)：51—54.

[2]吕瑕慧,温哲.抗体酶的制备及应用[J].科学论坛,2010,30；397.

[3]吴文婷,邹国林.抗体酶的制备与应用进展[J].化学与生物工程,2004,(5)：13-15.

于洋（1986-），男，吉林长春人，长春理工大学生命科学学院生物工程系，2005级工学学士，生物工程专业。