抗体酶（ Abzyme)

抗体酶（Abzyme) 主讲陈惠

抗体酶（Abzyme) 概念：抗体酶或催化抗体（Catalytic antibody)是一种新型人工酶制剂，是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。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，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物。

免疫球蛋白的结构与功能 1．抗原(antigen)抗体(antibody)的一般概念 • 2、免疫球蛋白结构 • （1）一级结构 • （2）空间结构

IgG与抗原形成的交联晶格

一、抗体酶的催化特征 • 1、与天然酶相比抗体酶的特点 • 能催化一些天然酶不能催化的反应 • 有更强的专一性和稳定性 • 催化作用机制不同 • 2、抗体酶和非催化性抗体作用的比较 • 更高的反应特异性 • 反应的可逆性 • 反应的量效性 • 反应过程

二、抗体酶的催化作用机理 • 1、过渡态理论与抗体酶 • 2、抗体酶催化的三种重要反应机制 • 水解作用机制 • 基团转移 • 连续反应机制 • 3、抗体酶催化反应的介质效应 • 酯解反应中介质效应：抗体酶在有机溶剂中具稳定性。 • 脱羧反应中介质效应；有机溶剂引起脱羧反应速率增加。 • 酰基转移反应中介质效应：在疏水溶剂中，活性较高。

三、抗体酶的催化反应类型 • 1、转酰基反应 • 2、水解反应 • 3、Claisen重排反应 • 4、酰胺合成反应 • 5 Diels-Alder反应 • 6、转酯反应 • 7、光诱导反应 • 8、氧化还原反应 • 9、脱羧反应 • 10、顺反异构化反应

四、抗体酶的制备 • 1、细胞融合法：用设计好的半抗原，通过间隔链与载体蛋白（如牛血清白蛋白）偶联制成抗原。然后对此抗原进行免疫，使宿主有机体针对抗原产生抗体，产生抗体的脾脏细胞与骨髓细胞相融合。融合得到的杂交细胞既能产生抗体又能在体外培养。将杂交体克隆化，即能产生单一均匀的抗体。

2、抗体结合位点化学修饰法：抗体酶和酶一样也可以用化学修饰法加以改造。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能的基因。游离巯基就是适合的基团之一，它具有高亲核性，易于氧化，及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2、抗体结合位点化学修饰法：抗体酶和酶一样也可以用化学修饰法加以改造。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能的基因。游离巯基就是适合的基团之一，它具有高亲核性，易于氧化，及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

3 . 引入辅助因子法 很多天然酶活性中心都含有金属离子。Lerner等将金属离子引入抗体酶，成功地催化了肽键的选择性水解。他们用三乙撑胺Co3+盐作为金属离子辅因子，所用半抗原分子带有一肽键。且通过羧根及仲胺基与金属离子相连。将此半抗原通过共价键连接在载体蛋白免疫动物产生的抗体，在金属离子复合物作为辅因子的参与下，这些抗体酶能选择性水解甘氨酸和丙氨酸之间的肽键 .

用生物工程的方法产生抗体 • Fab片断由轻链和重链的VH及CH1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。从人或动物的抗原中抽取基因，然后用酶反应复制基因的聚合酶链反应（PCR）技术重新铸造轻链和重链，这样就可以把这些基因组合成100万个含有成对轻链和重链的基因库。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Fab片断了。片断里的基因是通过细菌的形式表达出来的。这就可在细菌培养中繁殖数百万计不同抗体。

抗原和抗体 当外源物性物质，如蛋白质、毒素、糖蛋白、脂蛋白、核酸、多糖、颗粒（细菌、细胞、病毒）进入人或动物体内时，机体的免疫系统便产生相应的免疫球蛋白（immune globin），并以之结合，以消除异物的毒害。此反应称为免疫反应，此异物便是抗原，此球蛋白便是抗体。

5、拷贝法：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。对抗抗体进行筛选，获得具有原来酶活性的抗体酶。5、拷贝法：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。对抗抗体进行筛选，获得具有原来酶活性的抗体酶。 6、共价抗原免疫法这是在亲和标记抑制剂基础上发展起来的新的抗体酶制备方法。以亲和标记剂为半抗原，则抗体结合部位将产生与亲和基团电荷性质相反的基团，如亲核性，亲电性氨基酸，酸性氨基酸，碱性氨基酸等。

五、抗体酶的筛选 1、ELISA法；用ELISA法筛选对半抗原有亲和力的单克隆抗体。 2、酶学活性检测法：直接用反应底物检测细胞培养液中抗体的酶活性。 3、短过渡态类似物法：以过渡态类似物中含有的必需基团的基本结构单元做为筛选单克隆抗体的标准。 4、基因筛选法：应用基因探针，对基因抗体库进行分析和筛选。

六、抗体酶的应用前景 1、抗体酶在帮助戒毒方面的应用 Landry等用可卡因水解的过渡态类似物-磷酸单酯为半抗原，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。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。

2.抗体酶用于肿瘤治疗 目前正在发展一种称为抗体介导前药治疗（ADEPT）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瘤结合的抗体而存在于细胞的表面。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。当然交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。

免疫球蛋白IgG的一级结构

IgG的三级结构

IgG与抗原形成 的交联晶格

酶联免疫分析 酶联免疫吸附分析（enzyme-linked immunosorbent assay ELISA）是将酶作为标记物质，使之和抗原（或抗体）结合形成酶与抗原（或抗体）复合物，然后再根据待测抗体（或抗原）与复合物专一且定量的结合关系，通过测定待测抗体（或抗原）结合的标记酶活力，从而计算出抗原或抗体的量。

酶标免疫分析示意图

抗体酶（ Abzyme)

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