抗體酶的研究和應(yīng)用進(jìn)展

1、抗體酶的研究和應(yīng)用進(jìn)展,,內(nèi)容,抗體酶概念抗體酶的設(shè)計(jì)抗體酶的制備方法抗體酶的應(yīng)用,抗體酶概念,抗體：是指能與特異抗原結(jié)合具有免疫功能的糖蛋白。,抗體酶概念,酶：一種具有催化功能的生物分子。酶的特點(diǎn)：高效催化效率，專一性酶催化的實(shí)質(zhì)：過(guò)渡態(tài)理論 過(guò)渡態(tài)理論認(rèn)為, 酶之所以能夠催化加速化學(xué)反應(yīng), 在于它能夠和底物結(jié)合形成過(guò)渡態(tài)中間體, 釋放出一部分結(jié)合能, 從而降低了反應(yīng)的活化能, 使反應(yīng)加速進(jìn)行。,抗體酶概念,

2、抗體酶： 是一類以過(guò)渡態(tài)類似物為半抗原通過(guò)誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的具有類似天然酶催化活性的免疫球蛋白。 抗體酶的發(fā)現(xiàn)打破了只有天然酶才有的分子識(shí)別和加速催化反應(yīng)的傳統(tǒng)觀念, 為酶工程學(xué)開創(chuàng)了新的領(lǐng)域。,抗體酶的設(shè)計(jì)策略,過(guò)渡態(tài)類似物設(shè)計(jì)( transition state analogs TSA)誘導(dǎo)和轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)( bait and switch)反應(yīng)免疫( reactive immunization)“ 潛過(guò)

3、渡態(tài)”半抗原設(shè)計(jì)等。,過(guò)渡態(tài)類似物設(shè)計(jì),在抗體酶設(shè)計(jì)中，我們已知酶和底物過(guò)渡態(tài)的親和力比和底物直接的親和力大，然而通常過(guò)渡態(tài)都極不穩(wěn)定, 難以進(jìn)行直接的結(jié)構(gòu)分析。 因而人們?cè)O(shè)想一個(gè)過(guò)渡態(tài)中間體類似物也有可能和酶有很強(qiáng)的親和力, 能阻止酶和底物的結(jié)合, 以達(dá)到抑制酶的催化作用,過(guò)渡態(tài)類似物設(shè)計(jì),與酶一樣, 抗體也是一種蛋白質(zhì), 二者都能特異性和其靶分子結(jié)合。 我們認(rèn)為酶和抗體所利用的結(jié)合能基本上是一樣的, 然而酶能夠利用這種結(jié)合能使化學(xué)反

4、應(yīng)的過(guò)渡態(tài)穩(wěn)定, 促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生, 而抗體通常結(jié)合處于基態(tài)的抗原。如果抗體和酶一樣, 也能和一個(gè)反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)特異性結(jié)合, 那么它就有可能催化這種反應(yīng)的發(fā)生。,過(guò)渡態(tài)類似物設(shè)計(jì),基于對(duì)酶催化抑制機(jī)理的研究和免疫系統(tǒng)的認(rèn)識(shí), 以過(guò)渡態(tài)類似物作為半抗原, 利用免疫系統(tǒng)的分子多樣性, 則有可能誘導(dǎo)產(chǎn)生對(duì)過(guò)渡態(tài)類似物特異性結(jié)合的抗體。 這種抗體含有同底物反應(yīng)過(guò)渡態(tài)互補(bǔ)的結(jié)合空腔, 因而和酶一樣, 也能發(fā)生催化反應(yīng)。,誘導(dǎo)和轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì),誘導(dǎo)和轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

5、的原理是用一個(gè)帶有電荷的半抗原作為免疫原, 在免疫進(jìn)化過(guò)程中誘導(dǎo)抗體結(jié)合部位的一個(gè)氨基酸殘基帶有互補(bǔ)的電荷, 使其具有酸、堿或親核催化的能力。 所謂的“ 誘導(dǎo)”是指帶電的半抗原作為“誘餌”使抗體產(chǎn)生催化功能,“ 轉(zhuǎn)換”是指產(chǎn)生的抗體再催化和半抗原結(jié)構(gòu)類似的不帶電的底物轉(zhuǎn)變。,誘導(dǎo)和轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì),Janda 等根據(jù)此原理, 以帶電的半抗原1 為誘導(dǎo), 得到 7 個(gè)能催化和半抗原 1 結(jié)構(gòu)類似的底物 3 水解的單克隆, 而結(jié)構(gòu)相

6、同但不帶電的半抗原 2( 作為比較) 卻未得到有催化活性的單克隆。,反應(yīng)免疫,人們對(duì)酶抑制劑抑制作用的機(jī)理研究發(fā)現(xiàn), 抑制劑的抑制作用主要是通過(guò)與酶的活性部位的必需基團(tuán)發(fā)生相互作用而引起酶的失活。 根據(jù)以上研究推斷, 如果一個(gè)化合物能夠反應(yīng)抑制一個(gè)機(jī)理, 那么它同樣能誘導(dǎo)一個(gè)類似機(jī)理的產(chǎn)生。,反應(yīng)免疫,原理： 通過(guò)使用一個(gè)能和抗體發(fā)生反應(yīng)的化合物作為免疫原, 促使抗體結(jié)合部位在免疫過(guò)程中發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng), 誘導(dǎo)產(chǎn)生的

7、抗體同樣也可能催化類似的反應(yīng)。,這個(gè)方法使得免疫系統(tǒng)不再局限于和一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的抗原緊密結(jié)合來(lái)產(chǎn)生抗體, 化學(xué)反應(yīng)也可作為抗體誘導(dǎo)過(guò)程的一部分。 而傳統(tǒng)的免疫過(guò)程多為抗體和抗原的非共價(jià)相互作用的誘導(dǎo)過(guò)程, 因而這種方法擴(kuò)大了抗體酶的設(shè)計(jì)范圍。,“潛過(guò)渡態(tài)”半抗原設(shè)計(jì),即設(shè)計(jì)一些半抗原, 它們?cè)诮粕項(xiàng)l件下能互變異構(gòu)化, 或者產(chǎn)生一些易于進(jìn)行的化學(xué)轉(zhuǎn)變, 形成一系列在結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)上均類似于目標(biāo)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)中間體或過(guò)渡態(tài)的化合物。 并設(shè)想生

8、物體能夠?qū)@些中間體或過(guò)渡態(tài)作出適當(dāng)?shù)拿庖邞?yīng)答, 從而產(chǎn)生理想的催化抗體。,抗體酶的制備方法,抗體技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷 3 個(gè)階段。 一是通過(guò)免疫動(dòng)物產(chǎn)生血清多克隆抗體; 二是細(xì)胞工程階段, 即用雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)單克隆抗體; 三是利用基因工程途徑表達(dá)和改造抗體。 雜交瘤技術(shù)噬菌體展示技術(shù)（基因工程抗體）,抗體酶的制備方法,雜交瘤技術(shù) 基本原理是用能產(chǎn)生抗體但不能在培養(yǎng)液中生長(zhǎng)繁殖的 B 細(xì)胞, 與能在培養(yǎng)液中生

9、長(zhǎng)繁殖的骨髓瘤細(xì)胞進(jìn)行融合, 經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選, 以獲取能產(chǎn)生單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞。 再把這些細(xì)胞單克隆化, 用單克隆化的雜交瘤細(xì)胞進(jìn)行單克隆抗體的擴(kuò)大生產(chǎn)。,抗體酶的制備方法,在抗體酶的制備中, 由于大多數(shù)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)類似物的分子量都較低, 即所謂的半抗原, 它們本身免疫原性很弱, 必須與某種載體耦聯(lián)才能表現(xiàn)免疫原性。 最常見的載體蛋白包括牛血清蛋白和鑰孔血藍(lán)蛋白?？贵w酶單克隆的篩選方法也不斷發(fā)展,現(xiàn)有：酶聯(lián)免疫吸附法(

10、 ELISA) , 競(jìng)爭(zhēng)性酶聯(lián)免疫吸附法( Competive ELISA), 催化酶聯(lián)免疫吸附法( catELISA)用短過(guò)渡態(tài)類似物片段進(jìn)行篩選等多種方法。,抗體酶的制備方法,噬菌體展示技術(shù) 噬菌體展示技術(shù)不需要進(jìn)行細(xì)胞融合以獲得雜交瘤細(xì)胞, 并且可篩選具有特定功能的未知結(jié)構(gòu), 具有生產(chǎn)簡(jiǎn)單, 價(jià)格低, 降低抗體的免疫原性, 易獲得稀有抗體的優(yōu)點(diǎn), 因而顯示出有取代雜交瘤技術(shù)的趨勢(shì)。,抗體酶的應(yīng)用,在有機(jī)合

11、成中的應(yīng)用在前藥設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在臨床治療中的應(yīng)用,抗體酶的應(yīng)用,在有機(jī)合成中的應(yīng)用抗體酶可催化能量不利的反應(yīng)天然酶不能催化的反應(yīng)肽類的修飾引入輔助因子合成天然產(chǎn)物等。,抗體酶的應(yīng)用,在前藥設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 前藥( prodrug) 是指由具有生物活性的藥物經(jīng)化學(xué)修飾后轉(zhuǎn)變?yōu)轶w外無(wú)活性的化合物。 這種化合物在體內(nèi)經(jīng)酶或非酶作用, 脫去保護(hù)基, 釋放出母體藥物而發(fā)揮治療作用。 研究者以抗體酶設(shè)計(jì)了一

12、種全新的前藥釋放系統(tǒng)?？贵w酶可除去前體藥物中的保護(hù)基, 釋放出活性藥物，作為前藥的激活劑。,在臨床治療中的應(yīng)用 隨著對(duì)抗體酶研究的深入進(jìn)行, 抗體酶越來(lái)越顯示出在臨床中的潛在應(yīng)用價(jià)值。 人們除了對(duì)抗體酶用于治療可卡因成癮性，有機(jī)磷毒劑的解毒等實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行研究外，同時(shí)又發(fā)展了一些諸如抗體定向抗體酶前藥治療法( antibody -directed abzyme prodrug therapy—ADAPT)，三部分前藥釋放

13、系統(tǒng)等新方法。,抗體酶的應(yīng)用,總結(jié)與展望,總之, 抗體酶是化學(xué)和生物學(xué)的研究成果在分子水平交叉滲透的產(chǎn)物, 是抗體的多樣性和酶分子的巨大催化能力結(jié)合在一起的一種新策略。 雖然抗體酶存在這樣或那樣的缺點(diǎn), 如進(jìn)化過(guò)程過(guò)于倉(cāng)促以及過(guò)渡態(tài)類似物和真實(shí)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)上的差別等原因, 大多數(shù)抗體酶的底物專一性、反應(yīng)選擇性和催化效率不如天然酶, 以及由于制備過(guò)程過(guò)于復(fù)雜等原因而使得抗體酶至今未能大規(guī)模應(yīng)用等。 但可以相信, 隨著生物