抗體酶的研究和應用進展

1、抗體酶的研究和應用進展,,內(nèi)容,抗體酶概念抗體酶的設計抗體酶的制備方法抗體酶的應用,抗體酶概念,抗體：是指能與特異抗原結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：高效催化效率，專一性酶催化的實質：過渡態(tài)理論 過渡態(tài)理論認為, 酶之所以能夠催化加速化學反應, 在于它能夠和底物結合形成過渡態(tài)中間體, 釋放出一部分結合能, 從而降低了反應的活化能, 使反應加速進行。,抗體酶概念,

2、抗體酶： 是一類以過渡態(tài)類似物為半抗原通過誘導免疫系統(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別和加速催化反應的傳統(tǒng)觀念, 為酶工程學開創(chuàng)了新的領域。,抗體酶的設計策略,過渡態(tài)類似物設計( transition state analogs TSA)誘導和轉換設計( bait and switch)反應免疫( reactive immunization)“ 潛過

3、渡態(tài)”半抗原設計等。,過渡態(tài)類似物設計,在抗體酶設計中，我們已知酶和底物過渡態(tài)的親和力比和底物直接的親和力大，然而通常過渡態(tài)都極不穩(wěn)定, 難以進行直接的結構分析。 因而人們設想一個過渡態(tài)中間體類似物也有可能和酶有很強的親和力, 能阻止酶和底物的結合, 以達到抑制酶的催化作用,過渡態(tài)類似物設計,與酶一樣, 抗體也是一種蛋白質, 二者都能特異性和其靶分子結合。 我們認為酶和抗體所利用的結合能基本上是一樣的, 然而酶能夠利用這種結合能使化學反

4、應的過渡態(tài)穩(wěn)定, 促進反應的發(fā)生, 而抗體通常結合處于基態(tài)的抗原。如果抗體和酶一樣, 也能和一個反應的過渡態(tài)特異性結合, 那么它就有可能催化這種反應的發(fā)生。,過渡態(tài)類似物設計,基于對酶催化抑制機理的研究和免疫系統(tǒng)的認識, 以過渡態(tài)類似物作為半抗原, 利用免疫系統(tǒng)的分子多樣性, 則有可能誘導產(chǎn)生對過渡態(tài)類似物特異性結合的抗體。 這種抗體含有同底物反應過渡態(tài)互補的結合空腔, 因而和酶一樣, 也能發(fā)生催化反應。,誘導和轉換設計,誘導和轉換設計

5、的原理是用一個帶有電荷的半抗原作為免疫原, 在免疫進化過程中誘導抗體結合部位的一個氨基酸殘基帶有互補的電荷, 使其具有酸、堿或親核催化的能力。 所謂的“ 誘導”是指帶電的半抗原作為“誘餌”使抗體產(chǎn)生催化功能,“ 轉換”是指產(chǎn)生的抗體再催化和半抗原結構類似的不帶電的底物轉變。,誘導和轉換設計,Janda 等根據(jù)此原理, 以帶電的半抗原1 為誘導, 得到 7 個能催化和半抗原 1 結構類似的底物 3 水解的單克隆, 而結構相

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。,反應免疫,人們對酶抑制劑抑制作用的機理研究發(fā)現(xiàn), 抑制劑的抑制作用主要是通過與酶的活性部位的必需基團發(fā)生相互作用而引起酶的失活。 根據(jù)以上研究推斷, 如果一個化合物能夠反應抑制一個機理, 那么它同樣能誘導一個類似機理的產(chǎn)生。,反應免疫,原理： 通過使用一個能和抗體發(fā)生反應的化合物作為免疫原, 促使抗體結合部位在免疫過程中發(fā)生特定的化學反應, 誘導產(chǎn)生的

7、抗體同樣也可能催化類似的反應。,這個方法使得免疫系統(tǒng)不再局限于和一個預先設計的抗原緊密結合來產(chǎn)生抗體, 化學反應也可作為抗體誘導過程的一部分。 而傳統(tǒng)的免疫過程多為抗體和抗原的非共價相互作用的誘導過程, 因而這種方法擴大了抗體酶的設計范圍。,“潛過渡態(tài)”半抗原設計,即設計一些半抗原, 它們在近似生理條件下能互變異構化, 或者產(chǎn)生一些易于進行的化學轉變, 形成一系列在結構和電子性質上均類似于目標反應過渡態(tài)中間體或過渡態(tài)的化合物。 并設想生

8、物體能夠對這些中間體或過渡態(tài)作出適當?shù)拿庖邞? 從而產(chǎn)生理想的催化抗體。,抗體酶的制備方法,抗體技術的發(fā)展經(jīng)歷 3 個階段。 一是通過免疫動物產(chǎn)生血清多克隆抗體; 二是細胞工程階段, 即用雜交瘤技術生產(chǎn)單克隆抗體; 三是利用基因工程途徑表達和改造抗體。 雜交瘤技術噬菌體展示技術（基因工程抗體）,抗體酶的制備方法,雜交瘤技術 基本原理是用能產(chǎn)生抗體但不能在培養(yǎng)液中生長繁殖的 B 細胞, 與能在培養(yǎng)液中生

9、長繁殖的骨髓瘤細胞進行融合, 經(jīng)過反復篩選, 以獲取能產(chǎn)生單克隆抗體的雜交瘤細胞。 再把這些細胞單克隆化, 用單克隆化的雜交瘤細胞進行單克隆抗體的擴大生產(chǎn)。,抗體酶的制備方法,在抗體酶的制備中, 由于大多數(shù)反應過渡態(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) , 競爭性酶聯(lián)免疫吸附法( Competive ELISA), 催化酶聯(lián)免疫吸附法( catELISA)用短過渡態(tài)類似物片段進行篩選等多種方法。,抗體酶的制備方法,噬菌體展示技術 噬菌體展示技術不需要進行細胞融合以獲得雜交瘤細胞, 并且可篩選具有特定功能的未知結構, 具有生產(chǎn)簡單, 價格低, 降低抗體的免疫原性, 易獲得稀有抗體的優(yōu)點, 因而顯示出有取代雜交瘤技術的趨勢。,抗體酶的應用,在有機合

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

12、種全新的前藥釋放系統(tǒng)。抗體酶可除去前體藥物中的保護基, 釋放出活性藥物，作為前藥的激活劑。,在臨床治療中的應用 隨著對抗體酶研究的深入進行, 抗體酶越來越顯示出在臨床中的潛在應用價值。 人們除了對抗體酶用于治療可卡因成癮性，有機磷毒劑的解毒等實際問題進行研究外，同時又發(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。,抗體酶的應用,總結與展望,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(chǎn)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。 雖然抗體酶存在這樣或那樣的缺點, 如進化過程過于倉促以及過渡態(tài)類似物和真實反應過渡態(tài)結構上的差別等原因, 大多數(shù)抗體酶的底物專一性、反應選擇性和催化效率不如天然酶, 以及由于制備過程過于復雜等原因而使得抗體酶至今未能大規(guī)模應用等。 但可以相信, 隨著生物