1、抗体酶的研究和应用进展,内容,抗体酶概念抗体酶的设计抗体酶的制备方法抗体酶的应用,抗体酶概念,抗体：是指能与特异抗原结合具有免疫功能的糖蛋白。,抗体酶概念,酶：一种具有催化功能的生物分子。酶的特点：高效催化效率，专一性酶催化的实质：过渡态理论 过渡态理论认为, 酶之所以能够催化加速化学反应, 在于它能够和底物结合形成过渡态中间体, 释放出一部分结合能, 从而降低了反应的活化能, 使反应加速进行。,抗体酶概念,抗体酶： 是一类以过渡态类似物为半抗原通过诱导免疫系统产生的具有类似天然酶催化活性的免疫球蛋白。 抗体酶的发现打破了只有天然酶才有的分子识别和加速催化反应的传统观念, 为酶工程学开创了新的
2、领域。,抗体酶的设计策略,过渡态类似物设计( transition state analogs TSA)诱导和转换设计( bait and switch)反应免疫( reactive immunization)“ 潜过渡态”半抗原设计等。,过渡态类似物设计,在抗体酶设计中，我们已知酶和底物过渡态的亲和力比和底物直接的亲和力大，然而通常过渡态都极不稳定, 难以进行直接的结构分析。 因而人们设想一个过渡态中间体类似物也有可能和酶有很强的亲和力, 能阻止酶和底物的结合, 以达到抑制酶的催化作用,过渡态类似物设计,与酶一样, 抗体也是一种蛋白质, 二者都能特异性和其靶分子结合。 我们认为酶和抗体所利用
3、的结合能基本上是一样的, 然而酶能够利用这种结合能使化学反应的过渡态稳定, 促进反应的发生, 而抗体通常结合处于基态的抗原。如果抗体和酶一样, 也能和一个反应的过渡态特异性结合, 那么它就有可能催化这种反应的发生。,过渡态类似物设计,基于对酶催化抑制机理的研究和免疫系统的认识, 以过渡态类似物作为半抗原, 利用免疫系统的分子多样性, 则有可能诱导产生对过渡态类似物特异性结合的抗体。 这种抗体含有同底物反应过渡态互补的结合空腔, 因而和酶一样, 也能发生催化反应。,诱导和转换设计,诱导和转换设计的原理是用一个带有电荷的半抗原作为免疫原, 在免疫进化过程中诱导抗体结合部位的一个氨基酸残基带有互补的
4、电荷, 使其具有酸、碱或亲核催化的能力。 所谓的“ 诱导”是指带电的半抗原作为“诱饵”使抗体产生催化功能,“ 转换”是指产生的抗体再催化和半抗原结构类似的不带电的底物转变。,诱导和转换设计,Janda 等根据此原理, 以带电的半抗原1 为诱导, 得到 7 个能催化和半抗原 1 结构类似的底物 3 水解的单克隆, 而结构相同但不带电的半抗原 2( 作为比较) 却未得到有催化活性的单克隆。,反应免疫,人们对酶抑制剂抑制作用的机理研究发现, 抑制剂的抑制作用主要是通过与酶的活性部位的必需基团发生相互作用而引起酶的失活。 根据以上研究推断, 如果一个化合物能够反应抑制一个机理, 那么它同样能诱导一个类
5、似机理的产生。,反应免疫,原理： 通过使用一个能和抗体发生反应的化合物作为免疫原, 促使抗体结合部位在免疫过程中发生特定的化学反应, 诱导产生的抗体同样也可能催化类似的反应。,这个方法使得免疫系统不再局限于和一个预先设计的抗原紧密结合来产生抗体, 化学反应也可作为抗体诱导过程的一部分。 而传统的免疫过程多为抗体和抗原的非共价相互作用的诱导过程, 因而这种方法扩大了抗体酶的设计范围。,“潜过渡态”半抗原设计,即设计一些半抗原, 它们在近似生理条件下能互变异构化, 或者产生一些易于进行的化学转变, 形成一系列在结构和电子性质上均类似于目标反应过渡态中间体或过渡态的化合物。 并设想生物体能够对这些中
6、间体或过渡态作出适当的免疫应答, 从而产生理想的催化抗体。,抗体酶的制备方法,抗体技术的发展经历 3 个阶段。 一是通过免疫动物产生血清多克隆抗体; 二是细胞工程阶段, 即用杂交瘤技术生产单克隆抗体; 三是利用基因工程途径表达和改造抗体。 杂交瘤技术噬菌体展示技术（基因工程抗体）,抗体酶的制备方法,杂交瘤技术 基本原理是用能产生抗体但不能在培养液中生长繁殖的 B 细胞, 与能在培养液中生长繁殖的骨髓瘤细胞进行融合, 经过反复筛选, 以获取能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞。 再把这些细胞单克隆化, 用单克隆化的杂交瘤细胞进行单克隆抗体的扩大生产。,抗体酶的制备方法,在抗体酶的制备中, 由于大多数反应
7、过渡态类似物的分子量都较低, 即所谓的半抗原, 它们本身免疫原性很弱, 必须与某种载体耦联才能表现免疫原性。 最常见的载体蛋白包括牛血清蛋白和钥孔血蓝蛋白。抗体酶单克隆的筛选方法也不断发展,现有：酶联免疫吸附法( ELISA) , 竞争性酶联免疫吸附法( Competive ELISA), 催化酶联免疫吸附法( catELISA)用短过渡态类似物片段进行筛选等多种方法。,抗体酶的制备方法,噬菌体展示技术 噬菌体展示技术不需要进行细胞融合以获得杂交瘤细胞, 并且可筛选具有特定功能的未知结构, 具有生产简单, 价格低, 降低抗体的免疫原性, 易获得稀有抗体的优点, 因而显示出有取代杂交瘤技术的趋势
8、。,抗体酶的应用,在有机合成中的应用在前药设计中的应用在临床治疗中的应用,抗体酶的应用,在有机合成中的应用抗体酶可催化能量不利的反应天然酶不能催化的反应肽类的修饰引入辅助因子合成天然产物等。,抗体酶的应用,在前药设计中的应用 前药( prodrug) 是指由具有生物活性的药物经化学修饰后转变为体外无活性的化合物。 这种化合物在体内经酶或非酶作用, 脱去保护基, 释放出母体药物而发挥治疗作用。 研究者以抗体酶设计了一种全新的前药释放系统。抗体酶可除去前体药物中的保护基, 释放出活性药物，作为前药的激活剂。,在临床治疗中的应用 随着对抗体酶研究的深入进行, 抗体酶越来越显示出在临床中的潜在应用价值
9、。 人们除了对抗体酶用于治疗可卡因成瘾性，有机磷毒剂的解毒等实际问题进行研究外，同时又发展了一些诸如抗体定向抗体酶前药治疗法( antibody -directed abzyme prodrug therapyADAPT)，三部分前药释放系统等新方法。,抗体酶的应用,总结与展望,总之, 抗体酶是化学和生物学的研究成果在分子水平交叉渗透的产物, 是抗体的多样性和酶分子的巨大催化能力结合在一起的一种新策略。 虽然抗体酶存在这样或那样的缺点, 如进化过程过于仓促以及过渡态类似物和真实反应过渡态结构上的差别等原因, 大多数抗体酶的底物专一性、反应选择性和催化效率不如天然酶, 以及由于制备过程过于复杂等原因而使得抗体酶至今未能大规模应用等。 但可以相信, 随着生物技术和化学学科的迅速发展, 这些缺陷必将逐渐得到改善, 抗体酶的研究和应用也将达到一个新的水平。,参考文献,陈年根 ,刘新泳,抗体酶的研究与应用进展.药物生物技术.2003,10( 5) : 329 335.,Thank you！,
