基本介紹
- 中文名：抗體酶
- 外文名：Catalytic antibody
- 別名：催化抗體
- 本質：蛋白質
簡介,特點,主要功能,製備方法,套用,
簡介
抗體酶，又稱催化抗體，是一類具有催化能力的免疫球蛋白，即通過一系列化學與生物技術方法製備出的具有催化活性的抗體，它既具有相應的免疫活性，又能像酶那樣催化某種化學反應。
1984年列那(Lerner)進一步推測：以過渡態類似物作為半抗原，則其誘發出的抗體即與該類似物有著互補的構象，這種抗體與底物結合後，即可誘導底物進入過渡態構象，從而引起催化作用。根據這個猜想列那和蘇爾滋(P．C．Schultz)分別領導各自的研究小組獨立地證明了：針對羧酸酯水解的過渡態類似物產生的抗體，能催化相應的羧酸酯和碳酸酯的水解反應。1986年美國Science雜誌同時發表了他們的發現，並將這類具催化能力的免疫球蛋白稱為抗體酶或催化抗體。
特點
抗體酶具有典型的酶反應特性；與配體(底物)結合的專一性，包括立體專一性，抗體酶催化反應的專一性可以達到甚至超過天然酶的專一性；具有高效催化性，一般抗體酶催化反應速度比非催化反應快104～108倍，有的反應速度已接近於天然酶促反應速度；抗體酶還具有與天然酶相近的米氏方程動力學及pH依賴性等。
將抗體轉變為酶主要通過誘導法、引入法、拷貝法三種途徑。誘導法是利用反應過渡態類似物為半抗原製作單克隆抗體，篩選出具高催化活性的單抗即抗體酶；引入法則藉助基因工程和蛋白質工程將催化基因引入到特異抗體的抗原結合位點上，使其獲得催化功能，拷貝法主要根據抗體生成過程中抗原-抗體互補性來設計的。博萊克(Pollack)等以硝基苯酚磷酸膽鹼酯作為半抗原誘導產生單抗，經篩選找到加快水解反應1.2萬倍的抗體酶。
主要功能
製備方法
1、雜交瘤技術
經體內免疫後再進行細胞融合是製備抗體酶的一種傳統方法。雜交瘤技術的基本原理是用不能在培養液中生長的但能產生抗體的脾臟細胞，與能在培養液中生長的骨髓瘤細胞進行融合，融合得到的雜交細胞既能產生抗體又能在體外培養，通過選擇培養，以獲取能產生單克隆抗體的雜交瘤細胞。再把這些細胞單克隆化，即繁殖成母體的同一細胞或形成菌落。這些菌落能夠產生單一均勻的抗體，可用於進行單克隆抗體的擴大生產。對這些菌落用酶聯免疫吸附法等方法加以篩選。該製備方法的關鍵是要有合適而穩定的過渡態模擬物作半抗原，以產生與過渡態高度親和的抗體酶。由於大多數反應過渡態類似物的分子量較低，即所謂的半抗原，他們本身免疫原性很弱，必須與某種載體偶聯才能表現免疫原性。本方法所得到的抗體酶的催化能力的高低，在很大程度上取決於化學模型物的設計，現在套用的設計策略包括：誘導和轉化設計，反應免疫，“潛過渡態”半抗原設計等等。
2、抗體結合部位修飾法
將催化基團或輔助因子引入到抗體的抗原結合部位，一般可採用兩種方法：即選擇性化學修飾法和基因工程定點突變法。抗體酶和酶一樣也可以用化學修飾的方法加以改造。對抗體酶進行結構修飾的關鍵，是找到一種吻合的方法在抗體結合位置或附近引入酶的催化基團或輔助基團，如果引入的催化基團與底物結合部位取向正確空間排布恰到好處，就能產生高活力的抗體酶。為提高抗體酶的催化能力，可採用鄰近效應，靜電催化，應變，功能團催化等方法，在抗體結合位點引入催化基團。基因工程定點突變法是利用位點專一性突變引起抗體結合部位胺基酸的改變，能在抗體結合部位換上有催化作用的胺基酸，進而改變抗體酶的催化效率。目前，定點突變的方法己成為提高抗體酶活性的一種常規方法。
3、克隆免疫反應因子的基因
通過PCR技術克隆出全套免疫球蛋白的可變區基因，建立單獨產生重鏈和輕鏈的噬菌體文庫，然後再通過每個載體中存在的非對稱限制位點使它們隨機地將基因的輕重鏈結合，這些含有上百萬個高水平表達的輕鏈和重鏈片段的文庫在大腸桿菌中表達和組裝，就可大量製造Fab片斷了。這樣的文庫在保留親本單克隆的識別和親和特性的基礎上利用了免疫因子的多樣性，通過這種方法我們可從上百萬種可能性中選擇抗體酶。
套用
1、在醫學領域的套用
隨著對抗體酶研究的深入進行，抗體酶越來越顯示出其在醫學領域中的潛在套用價值。人們利用抗體酶催化藥物在體內的還原，有利於機體對藥物的吸收，並降低藥品的毒副作用；將抗體酶技術和蛋白質融合技術結合在一起，設計出既有催化功能又有組織特異性的嵌合抗體，用於切除惡性腫瘤；將抗體酶直接作為藥物，以治療酶缺陷症患者。人們除了對抗體酶用於治療古柯鹼成癮性、有機磷毒劑的解毒等實際問題進行研究外，同時，又發展了一些諸如定向抗體酶前藥治療法。前藥是指為降低藥物毒性而設計的一類自身無活性或活性較低，需要在體內經代謝轉化為活性藥物以發揮作用的化合物。抗體酶在正在發展的ADEPT體系中成功的對前藥進行活化，提高了腫瘤治療的選擇性，顯示出很好的套用前景。將能催化前藥轉化為腫瘤細胞毒劑的酶，與腫瘤細胞專性抗體相偶聯，酶通過與腫瘤抗體的結合而存在於腫瘤細胞表面，當前藥擴散至腫瘤細胞表面或附近時，抗體酶就會將前藥迅速水解，釋放出抗腫瘤藥物。這樣大大提高了腫瘤細胞附近局部藥物的濃度，增強對腫瘤細胞的殺傷力，減少對正常細胞的殺傷作用。經科學家們的不斷努力，抗體酶在癌症方面的套用將日益完善，有可能成為腫瘤治療的重要武器。
2、在有機合成中的套用
複雜天然產物的合成一直是有機合成中的熱點之一。Sinha等第一次把抗體酶用於天然產物Multistriatin的合成。目前，已經成功篩選出可催化六種類型酶促反應和幾十種化學反應的抗體酶，可催化許多困難和能量不利的反應。催化類型包括酯水解，金屬螯合，底物異構化反應，氧化還原，環化反應等，抗體酶還可以作為手性助劑控制光加成反應產物的立體化學，用於手性化合物的拆分，還可用於探索化學反應機制。目前，抗體酶研製和套用的許多歷程還不清楚，從而無法設計過渡態穩定類似物。而在反應歷程中，抗體酶的方法又將在其中發揮重要作用，可以通過構制預期的抗體酶來驗證反應歷程，使理論上的歷程更接近實際。未來對抗體酶的研究重點：（1）通過制定催化活性實現對特定化學反應的催化，實現對那些不能用天然酶催化的反應的催化。（2）抗體酶體內治療作用的拓展。（3）體酶生產庫以及生產技術的研究，使抗體酶能降低成本，實現商業化套用 。隨著蛋白質工程，基因工程，免疫學等生物技術的不斷發展，抗體酶的研究將會有更大的突破和廣泛的套用前景。總之 ,抗體酶是化學和生物學的研究成果在分子水平交叉滲透的產物，是抗體的多樣性和酶分子的巨大催化能力結合在一起的一種新策略 。雖然抗體酶的研究存在很多不足之處，但我們相信通過多學科的交叉協作，隨著單克隆抗體技術的發展和酶的作用機制的闡明，抗體酶的研究必將達到一個新的水平，一定會結出更加令人振奮的成果。
