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1、化学通报 1997年第10期·1·进展评述抗体酶及其应用杨玉社 胡增建 嵇汝运 陈凯先(中国科学院上海药物研究所200031)摘要 生物学家一项惊人的发现:人体防御体系的武装2抗体,也能象酶那样起作用,这些被称作抗体酶的研究成功将会引起21世纪生物技术的一场革命。本文介绍抗体酶的结构、制备方法、催化特征、应用及其发展前景。关键词 抗体酶 外酶 过渡态类似物 催化作用酶是自然界经过数百万年进化而发展出来的生物催化剂,它能在极其温和的条件下高效专一地催化某些化学反应。所以对任何一个我们感兴趣的通常化学反应(如药物合成中的关键反应步[1,2]骤)设计一种象酶那样的高
2、效催化剂是科学家们梦寐以求的。抗体酶研究成功以来,科学家设计制造酶的梦想正在逐渐变成现实。酶和抗体的本质差别在于酶是和反应过渡态(激发态分子)选择结合的催化物质而抗体是和基态分子选择结合的催化物质,它们识别底物的机理是相同的。抗体的多样性赋予它几乎无限的识别能力。如果能以激发态的分子为半抗原激发免疫系统产生抗体,那么这种抗体反过来可能催化经过此过渡态的化学反应。但激发态的过渡态分子不可能作为抗原来产生抗体。但对某一特定的酶催化的化学反应,人们可以合成一种稳定态的分子,它在带电性能,几何形状与反应过渡态分子结构类似,这种稳定态分子称为过渡态类似物。用这种过渡态类
3、似物作为半抗原,诱导产生抗体,这样产生的抗体又能识别反应过程中真正的过渡态,该抗体具有酶摧化反应的基本特征,可能成为一种具有酶活性的抗体。自1986年抗体酶宣告成功一来,迄今为止抗体酶已成功地催化了所有六种酶促反应和数十种类型的常规反应。这包括羧酸酯、碳酸酯、磷酯酯、肽键、烯醇醚和糖苷键的水解,酰胺的形成和水解,酯交换、内酯化、消除反应,Claisen重排反应:Diels2Alder反应、光分解和聚合、顺反异构化、脱[3]羧、环氧化反应等。抗体酶在治疗方面也展现出灿烂的前景。[4]1 抗体的结构抗体和酶一样是大分子蛋白质,由2条相同的轻链(大约2500D)和2
4、条相同的重链(大约5000D)组成,见图1。轻链由VL(可变区)和CL(不变区)组成,重链也由VH(可变区)和CH(不变区)组成。重链和重链及重链和轻链之间通过二硫键相连。此外重链还有一连接枢扭。抗体的结合部位由6个超变区组成。对同类型抗体CL和CH部分氨基酸的序列相同,然而VL和VH是非常8专一的。可变区大约由110个氨基酸组成,至少可产生10个不同抗体,它是抗体多样性的基础。Fab片断由轻链和重链VH及CH1组成。抗体2抗原复合物是借助范得华力,疏水作用,静电作用及氢键作用而形成。杨玉社 男,34岁,博士,从事抗菌药物、抗肿瘤药物及相关领域研究。19962
5、11225收稿·2·化学通报 1997年第10期图12 抗体酶的产生方法[5]211 细胞融合法此方法是Schultz等首次使用的方法。其过程如下:要得到一特定抗原的抗体,如果抗原是小分子,必须将其和载体蛋白相联。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。通过选择培养,杂交细胞得以存留。将杂交体克隆化,即繁殖成母体的同一细胞或分离成菌落。这些菌落能够产生单一均匀的抗体。对这些菌落用酶联免疫吸收实验加以筛选,以评价其选择性结合抗原的能力。然后把抗原结合到一种固体支撑物上,
6、再加入含有抗体的介质,这样抗原2抗体复合物随即形成,经过提纯就得到AB2AG复合物。[4]212 抗体结合点位化学修饰法抗体酶和酶一样也可以用化学修饰的方法加以改造。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团。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。Schultz等在IgAMOP315抗体结合部位选择性的引入了亲核性的巯基。其方法如下:用含有易裂解键(如二硫键或硫键)的亲和力标记试剂,在NaCNBH3存在下,对抗体进行亲和力标记,将标记的抗体通
7、过亲和力色谱而纯化,然后标记物被裂解形成活泼的二硫化物。大量的催化基团能够通过二硫化物的交换反应而引入。通过此方法,在IgAMOP315抗体的结合部位引入了巯基(2SH),其4催化香豆酯水解的速度比照样相提高了6×10倍。[6]213 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3+的选择性水解。他们用三乙撑胺Co盐作为金属离子辅因子,所用半抗原分子带有一肽键。且通过羧酸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上免疫动物后产生的抗体,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
8、性水解甘氨酸和丙氨酸之间的肽化学通报
