1、a1抗体酶抗体酶（Abzyme)a2内容内容S抗体酶概念抗体酶概念S抗体酶产生的理论基础抗体酶产生的理论基础S抗体酶的制备方法抗体酶的制备方法S抗体酶的应用抗体酶的应用a3抗体抗体S由抗原诱导产生的，在结构上与抗原高度互补并由抗原诱导产生的，在结构上与抗原高度互补并与抗原具有特异结合功能的免疫球蛋白。与抗原具有特异结合功能的免疫球蛋白。S抗体的最显著的特征是抗体的最显著的特征是u多样性和专一性多样性和专一性a4a5a6a7酶是生物催化剂酶是生物催化剂S酶是一类具有催化功能的生物分子酶是一类具有催化功能的生物分子S酶反应有两个主要的特征：酶反应有两个主要的特征：u高催化效率、高选择性高催化效率、
2、高选择性S19461946年，年，PaulingPauling用过渡态理论阐明酶催化的实质用过渡态理论阐明酶催化的实质u酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合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并稳定化学反应的过渡态(底物激态底物激态)，从而降，从而降低反应能级。低反应能级。a8S对任何化学反应，反应物在对任何化学反应，反应物在变为产物之前，必须获得一变为产物之前，必须获得一定的能量，成为活化态或称定的能量，成为活化态或称过渡态过渡态。过渡态处于最高能。过渡态处于最高能阶上。阶上。S过渡态与反应物的能阶之差过渡态与反应物的能阶之差称为称为活化能活化能。S获得活化能的
3、多少与反应的获得活化能的多少与反应的速度成正比。速度成正比。S 过渡态理论是解释酶催化原理的经典理论。过渡态理论是解释酶催化原理的经典理论。过渡态理论过渡态理论a9S过渡态理论认为，酶与底物的结合经历了一个过渡态理论认为，酶与底物的结合经历了一个易于形成产物的过渡态，实际上是降低了反应易于形成产物的过渡态，实际上是降低了反应所需的活化能。所需的活化能。过渡态理论过渡态理论a10与反应过渡状态结合作用S在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物的实际上是底物形成的过渡状态，的实际上是底物形成的过渡状态，S酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的酶与过渡
4、状态的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力。亲和力。a11S19691969年年JencksJencks根据抗体结合抗原的高度特异性，根据抗体结合抗原的高度特异性，与天然酶结合底物的高度专一性相类似的特性，与天然酶结合底物的高度专一性相类似的特性，在过渡态理论的基础上首先提出设想：在过渡态理论的基础上首先提出设想：u能与化学反应中过渡态结合的抗体，可能具有能与化学反应中过渡态结合的抗体，可能具有酶的活性，催化反应的进行。酶的活性，催化反应的进行。S19861986年年LernerLerner和和SchultzSchultz证实了这一设想。证实了这一设想。抗体酶设想抗体酶设想a12抗体酶的发现抗体
5、酶的发现SLernerLerner和和SchultzSchultz分别领导各自的研究小组首次观分别领导各自的研究小组首次观察到了抗体具有选择性的催化活性。察到了抗体具有选择性的催化活性。S19861986年美国年美国LernerLerner和和SchultzSchultz两个实验室同时在两个实验室同时在ScienceScience上发表论文，报道他们成功地得到了具有上发表论文，报道他们成功地得到了具有催化活性的抗体。催化活性的抗体。S并将这类具催化能力的免疫球蛋白称为并将这类具催化能力的免疫球蛋白称为催化抗体催化抗体，即即抗体酶抗体酶。a13S19861986年年SchultzSchultz以
6、对硝基苯酚磷酸胆碱酯（以对硝基苯酚磷酸胆碱酯（PNPPCPNPPC）作为相应的羧酸二酯的过渡态类似物。作为相应的羧酸二酯的过渡态类似物。S诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快1200012000倍。倍。a14抗体酶抗体酶S抗体酶（抗体酶（AbzymeAbzyme）或催化抗体（）或催化抗体（Catalytic Catalytic antibody)antibody)u一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋予了酶的属性。予了酶的属性。u它是利用现代生物学与化学的理论与技术交叉它是利用现代生物学与化学的理论与技术交叉研究的成果
7、，是研究的成果，是抗体的高度选择性抗体的高度选择性和和酶的高效酶的高效催化能力催化能力巧妙结合的产物。巧妙结合的产物。a15抗体酶具有典型的酶反应特性抗体酶具有典型的酶反应特性S与配体与配体(底物底物)结合的专一性，包括立体专一性，结合的专一性，包括立体专一性，抗体酶催化反应的专一性可以达到甚至超过天然抗体酶催化反应的专一性可以达到甚至超过天然酶的专一性；酶的专一性；S具有高效催化性，一般抗体酶催化反应速度比非具有高效催化性，一般抗体酶催化反应速度比非催化反应快催化反应快10102 210106 6倍，有的反应速度已接近于天倍，有的反应速度已接近于天然酶促反应速度；然酶促反应速度；S抗体酶还具
8、有与天然酶相近的米氏方程动力学及抗体酶还具有与天然酶相近的米氏方程动力学及pHpH依赖性等。依赖性等。a16过渡态理论与抗体酶过渡态理论与抗体酶S如果使抗原最大限度地接近某一特定反应的过渡如果使抗原最大限度地接近某一特定反应的过渡态，就可能使诱导的抗体在与之结合时发挥催化态，就可能使诱导的抗体在与之结合时发挥催化作用。作用。S实际所采用的过渡态抗原知识推测而设计的实际所采用的过渡态抗原知识推测而设计的过渡过渡态类似物态类似物。S用过渡态类似物诱导的抗体所催化的反应并非该用过渡态类似物诱导的抗体所催化的反应并非该类似物本身，而是与其相似的另一种反应。类似物本身，而是与其相似的另一种反应。a17抗
9、体酶的特性抗体酶的特性S1、能催化一些天然酶不能催化的反应、能催化一些天然酶不能催化的反应u有许多化学反应还没有已知酶催化进行有许多化学反应还没有已知酶催化进行u抗体的多样性决定了抗体酶催化反应类型多样性抗体的多样性决定了抗体酶催化反应类型多样性u抗体酶可以根据需要人工裁制抗体酶可以根据需要人工裁制S一种对酶促反应过渡态特异的抗体一种对酶促反应过渡态特异的抗体u结合了酶与抗体的优点，既可以起酶促催化作用，结合了酶与抗体的优点，既可以起酶促催化作用，又可以起抗体的选择性和专一性结合抗原的作用。又可以起抗体的选择性和专一性结合抗原的作用。a18抗体酶的催化反应类型抗体酶的催化反应类型S1 1、转酰
10、基反应、转酰基反应S2 2、水解反应、水解反应S3 3、ClaisenClaisen重排反应重排反应S4 4、酰胺合成反应、酰胺合成反应S5 Diels-Alder5 Diels-Alder反应反应S6 6、转酯反应、转酯反应S7 7、光诱导反应、光诱导反应S8 8、氧化还原反应、氧化还原反应S9 9、脱羧反应、脱羧反应S1010、顺反异构化反应、顺反异构化反应a19抗体酶的特性抗体酶的特性S2、有更强的专一性和稳定性、有更强的专一性和稳定性u抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合成抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合成的分子的分子u抗体酶催化反应的介质效应抗体酶催化反应的介质效应E
11、酯解反应中介质效应酯解反应中介质效应：抗体酶在有机溶剂中具抗体酶在有机溶剂中具稳定性。稳定性。E脱羧反应中介质效应：有机溶剂引起脱羧反应速脱羧反应中介质效应：有机溶剂引起脱羧反应速率增加。率增加。E酰基转移反应中介质效应酰基转移反应中介质效应：在疏水溶剂中，活：在疏水溶剂中，活性较高。性较高。a20抗体酶的制备抗体酶的制备S将抗体转变为酶可通过诱导法、拷贝法、引入法、化学将抗体转变为酶可通过诱导法、拷贝法、引入法、化学修饰法等途径。修饰法等途径。u诱导法诱导法是利用反应过渡态类似物为半抗原制作单克隆是利用反应过渡态类似物为半抗原制作单克隆抗体，筛选出具高催化活性的单抗即抗体酶。抗体，筛选出具高
12、催化活性的单抗即抗体酶。u拷贝法拷贝法主要根据抗体生成过程中抗原主要根据抗体生成过程中抗原-抗体互补性来抗体互补性来设计的。设计的。u引入法引入法则借助基因工程和蛋白质工程将催化基因引入则借助基因工程和蛋白质工程将催化基因引入到特异抗体的抗原结合位点上，使其获得催化功能。到特异抗体的抗原结合位点上，使其获得催化功能。u化学修饰法化学修饰法对抗体进行化学修饰，使抗体与催化基团对抗体进行化学修饰，使抗体与催化基团相连。相连。a21诱导法诱导法S设计半抗原设计半抗原u选择合适的反应过渡态类似物作为化学模型物选择合适的反应过渡态类似物作为化学模型物S用设计好的半抗原，与载体蛋白（如牛血清白蛋白）用设计
13、好的半抗原，与载体蛋白（如牛血清白蛋白）偶联制成抗原；将此抗原进行免疫，使宿主针对抗原偶联制成抗原；将此抗原进行免疫，使宿主针对抗原产生抗体。产生抗体。S产生抗体的脾脏细胞与骨髓瘤细胞相融合，得到的杂产生抗体的脾脏细胞与骨髓瘤细胞相融合，得到的杂交瘤细胞既能产生抗体又能在体外培养；交瘤细胞既能产生抗体又能在体外培养；u将杂交瘤细胞克隆化，即能产生单一均匀的抗体。将杂交瘤细胞克隆化，即能产生单一均匀的抗体。a22利用过渡态类似物制备抗体酶示意图利用过渡态类似物制备抗体酶示意图a23诱诱 导法导法S动物免疫技术和杂交瘤技术有机结合而产生的一动物免疫技术和杂交瘤技术有机结合而产生的一种新方法。种新方
14、法。S利用这种方法所得到的抗体酶催化效果的好坏很利用这种方法所得到的抗体酶催化效果的好坏很大程度上取决于大程度上取决于化学模型物的设计化学模型物的设计。u反应过渡态类似物，即半抗原的设计。反应过渡态类似物，即半抗原的设计。a24S抗体酶用于有机酯的水解，过渡态类似物磷酸盐抗体酶用于有机酯的水解，过渡态类似物磷酸盐和磷酸酯作为免疫原诱导产生的单克隆抗体催化和磷酸酯作为免疫原诱导产生的单克隆抗体催化水解反应比未催化反应快水解反应比未催化反应快104倍。倍。酯酶催化反应的过渡态类似物设计酯酶催化反应的过渡态类似物设计(方框内为半抗原方框内为半抗原)a25S用一个带有电荷的半抗原作为免疫原，在免疫进化
15、过程中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异抗体结合部位的一个氨基酸残基带有互补的电荷，使诱异抗体结合部位的一个氨基酸残基带有互补的电荷，使其具有酸、碱或亲核催化的能力。其具有酸、碱或亲核催化的能力。SJandaJanda等根据此原理，以带电等根据此原理，以带电的半抗原的半抗原1 1为诱导，得到为诱导，得到7 7个个能催化和半抗原能催化和半抗原1 1结构类似的结构类似的底物底物3 3水解的单克隆，而结构水解的单克隆，而结构相同但不带电的半抗原相同但不带电的半抗原2(2(作作为比较为比较)却未得到有催化活性却未得到有催化活性的单克隆。的单克隆。a26拷贝法拷贝法S用酶作为抗原免疫
16、动物得到抗酶的抗体，再将此抗体免疫用酶作为抗原免疫动物得到抗酶的抗体，再将此抗体免疫动物并进行单克隆化，获得单克隆的抗抗体。动物并进行单克隆化，获得单克隆的抗抗体。S对抗抗体进行筛选，获得具有原来酶活性的抗体酶。对抗抗体进行筛选，获得具有原来酶活性的抗体酶。a27独特型独特型S每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志S独特型是单克隆的，其抗原决定簇位于独特型是单克隆的，其抗原决定簇位于V V区区u同一个体中不同同一个体中不同B B细胞克隆所产生的细胞克隆所产生的IgIg可变区所可变区所具有的抗原特异性标志，由具有的抗原特异性标志，由IgIg超变区特有的氨
17、超变区特有的氨基酸序列和构型所决定。基酸序列和构型所决定。S独特型可由多个抗原决定簇组成，这些决定簇称独特型可由多个抗原决定簇组成，这些决定簇称为独特位。为独特位。a28a29抗独特型抗体抗独特型抗体SAb2Ab2u抗抗Ab1VAb1V区骨架部分，具有封闭相应区骨架部分，具有封闭相应BCRBCR或或IgIg分分子的抗原结合点，抑制相应子的抗原结合点，抑制相应B B细胞克隆的活化细胞克隆的活化SAb2Ab2u抗抗Ab1VAb1V区区CDRCDR部分，具有类似相应抗原的分子部分，具有类似相应抗原的分子构象，可模拟抗原与相应构象，可模拟抗原与相应B B细胞克隆受体结合并细胞克隆受体结合并使之激活，故
18、称为抗原的内影像使之激活，故称为抗原的内影像a30a31抗独特型抗体酶S根据根据JemeJeme提出的免疫网络学说，抗独特型抗体中的提出的免疫网络学说，抗独特型抗体中的Ab2Ab2能识别并结合能识别并结合Ab1Ab1上与抗原表位结合的补位，其具有抗原上与抗原表位结合的补位，其具有抗原内影像作用，可在空间结构上模拟抗原并可能具有抗原内影像作用，可在空间结构上模拟抗原并可能具有抗原的一些性质。的一些性质。S根据这一理论，可以酶作为免疫原诱导机体产生抗体，根据这一理论，可以酶作为免疫原诱导机体产生抗体，再利用该抗体继续免疫，诱导产生的抗独特型抗体即可再利用该抗体继续免疫，诱导产生的抗独特型抗体即可能
19、具有催化活性。利用该方法的优点是可直接利用酶诱能具有催化活性。利用该方法的优点是可直接利用酶诱导机体产生抗体，进而产生与酶具有相同活性部位的抗导机体产生抗体，进而产生与酶具有相同活性部位的抗独特型抗体独特型抗体;S如果对酶的结构预先进行修饰，还有望诱导产生底物特如果对酶的结构预先进行修饰，还有望诱导产生底物特异性与酶不同的催化性抗体。异性与酶不同的催化性抗体。a32引入法引入法S用基因工程方法改造和制备全新的抗体酶是一种很有前途用基因工程方法改造和制备全新的抗体酶是一种很有前途和发展潜力的抗体酶制备方法。和发展潜力的抗体酶制备方法。S将催化基因引入到特异抗体的抗原结合位点上，也可以针将催化基因
20、引入到特异抗体的抗原结合位点上，也可以针对性地改变抗体结合区的某些氨基酸序列，以获得高效的对性地改变抗体结合区的某些氨基酸序列，以获得高效的抗体酶。抗体酶。u对于已产生的单抗，分析抗体结合部位的氨基酸顺序对于已产生的单抗，分析抗体结合部位的氨基酸顺序或对应的碱基顺序。然后通过对抗体酶结合部位氨基或对应的碱基顺序。然后通过对抗体酶结合部位氨基酸对应的基因序列进行定点突变，希望能在抗体结合酸对应的基因序列进行定点突变，希望能在抗体结合部位换上有催化作用的氨基酸。进而改变抗体酶的催部位换上有催化作用的氨基酸。进而改变抗体酶的催化效率。化效率。a33S随着噬菌体抗体库技术的完善，可根据需要构建适当序列
21、随着噬菌体抗体库技术的完善，可根据需要构建适当序列的基因片断，绕过免疫学方法，构建全新的抗体酶。的基因片断，绕过免疫学方法，构建全新的抗体酶。S噬菌体展示技术将组建亿万种不同特异性抗体可变区基因噬菌体展示技术将组建亿万种不同特异性抗体可变区基因库和抗体在大肠杆菌中功能性表达，与高效快速的筛选手库和抗体在大肠杆菌中功能性表达，与高效快速的筛选手段结合起来，彻底改变了抗体酶生产的传统途径。段结合起来，彻底改变了抗体酶生产的传统途径。S用工程抗体催化法生产抗体酶，不需要进行细胞融合以获用工程抗体催化法生产抗体酶，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，具得杂交瘤细胞，并
22、且可筛选具有特定功能的未知结构，具有生产简单、价格低、抗体的免疫原性较低的优点，并易有生产简单、价格低、抗体的免疫原性较低的优点，并易获得稀有的抗体。获得稀有的抗体。a34SFabFab片断由轻链和重链的片断由轻链和重链的V VH H及及C CH1H1部分组成，作为一种催化部分组成，作为一种催化剂，抗体酶有这样的片断就行，无须完整的抗体分子。剂，抗体酶有这样的片断就行，无须完整的抗体分子。S从人或动物的抗原中抽取基因，然后用从人或动物的抗原中抽取基因，然后用PCRPCR技术重新铸造技术重新铸造轻链和重链，这样就可以把这些基因组合成轻链和重链，这样就可以把这些基因组合成100100万个含有万个含
23、有成对轻链和重链的基因库。成对轻链和重链的基因库。S这些基因库是存储在细菌病毒里，通过随机地将基因和这些基因库是存储在细菌病毒里，通过随机地将基因和轻重链结合的方法，就可大量制造轻重链结合的方法，就可大量制造FabFab片断了。片断了。S这就可在细菌培养中繁殖数百万计不同抗体这就可在细菌培养中繁殖数百万计不同抗体。a35S抗体酶和酶一样也可以用化学修饰法加以改造。抗体酶和酶一样也可以用化学修饰法加以改造。u对抗体酶进行结构修饰的关键是找到一种温和对抗体酶进行结构修饰的关键是找到一种温和的方法在抗体结合位置或附近引入具有催化功的方法在抗体结合位置或附近引入具有催化功能的基因。能的基因。E游离巯基
24、就是适合的基团之一，它具有高亲游离巯基就是适合的基团之一，它具有高亲核性，易于氧化，能通过二硫化物进行交换核性，易于氧化，能通过二硫化物进行交换反应或亲电反应而选择性修饰的特点。反应或亲电反应而选择性修饰的特点。化学修饰法化学修饰法a36抗体酶的应用前景抗体酶的应用前景S1 1、抗体酶在帮助戒毒方面的应用抗体酶在帮助戒毒方面的应用 uLandryLandry等用可卡因水解的过渡态类似物等用可卡因水解的过渡态类似物-磷酸磷酸单酯为半抗原，产生的单克隆抗体能催化可卡单酯为半抗原，产生的单克隆抗体能催化可卡因的分解，其催化活性和血液中催化可卡因的因的分解，其催化活性和血液中催化可卡因的丁酰胆碱酯酶差
25、不多，水解后的可卡因片断失丁酰胆碱酯酶差不多，水解后的可卡因片断失去可卡因刺激功能。去可卡因刺激功能。u因此，用人工抗体酶的被动免疫也许能阻断可因此，用人工抗体酶的被动免疫也许能阻断可卡因上瘾，达到戒毒目的卡因上瘾，达到戒毒目的 。a37a38抗体酶用于肿瘤治疗抗体酶用于肿瘤治疗S目前正在发展一种称为抗体介导前药治疗（目前正在发展一种称为抗体介导前药治疗（ADEPTADEPT）技术，即将能水解前药释放出肿瘤细胞毒剂的酶技术，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。瘤结合的抗体而存在于
26、细胞的表面。u前药前药 (prodrug)(prodrug)是指由具有生物活性的药物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，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。释放出母体药物而发挥治疗作用。a39S静脉给药后，当药物扩散至肿瘤细胞的表面或附静脉给药后，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。瘤的杀伤力，达到提高肿瘤化疗效果的目的。S当然前药只能被抗体酶水解而不能被内源性酶水当然前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解，抗原还要尽量减少免疫原性 。a40S抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作酶。它是酶工程的一个全新领域。酶。它是酶工程的一个全新领域。S构建有别于天然功能酶的新酶类，是酶工程研究构建有别于天然功能酶的新酶类，是酶工程研究的又一前沿领地。的又一前沿领地。a41
