蛋白质工程在医学中的应用及其发展前景.doc

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1、蛋白质工程在其诞生以来就在人们生活的方方面面起到了很大的作用，它的应用主要是在在医药，食品加工，轻工业，农牧业等方面，为社会的发展进步提供了不容忽视的力量，这将预示着蛋白质工程将在以后的社会发展中有着良好的发展前景。随着20世纪70年代初期DNA基因工程的诞生，蛋白质工程在它的冲击下应运而生。1983年，美国Genex公司K.Ulmer在《Science》上发表以《ProteinEngineering.》为题的专论，第一次提出了蛋白质工程的概念，并建立了专门的研究实体，制定了相应研究开发计划，标志着蛋白质工程的正式诞生。在以后的二十多年里，蛋白质工程有了长足

2、的发展且应用于医学，农业，轻工等各个领域，产生了较大的经济效益和社会效益。一．蛋白质工程在医药中的的医用基因工程为实现蛋白质工程已经提供了基因克隆、表达、突变以至活性测定等关键技术，而蛋白质分子的结构分析、结构设计和预测为蛋白质工程的实施提供了必要的结构模型和结构基础。蛋白质工程的实施实际上是一个由理论到实践、由实践到理论的周而复始的研究过程，对蛋白质的结构—功能关系的规律性认识是一个螺旋式上升的过程。蛋白质工程不但有着广泛的应用前景，而且在揭示蛋白质结构形成和功能表达的关系研究中也是一个不可替代的手段。（一）蛋白质工程在医药中的应用1抗体工程的应用抗体工程

3、的出发点是改善抗体的特异性、亲和性以及在受体细胞中的可生产性。当然也包括使其特性扩展，可同时作用于不同的抗原。对于很多应用而言，只改变亲和性是不够的。在一些应用中，特别小的抗体片段是必需的；鼠抗体必须改成人抗体；再者，增加抗体分子对蛋白酶的稳定性以及正确折叠都是重要的考虑。下面以一个特异性结合实体瘤的单克隆鼠抗体为例。这种抗体对高度特异性肿瘤治疗而言是很理想的，它可以将免疫毒素带到瘤细胞中，从而杀死瘤细胞。由于完整的抗体分子太大，不能最大限度地扩散到瘤体中，以致不能完成治疗目的。为此，必须将抗体分子变小，抗体的最小片段Fv就成了最佳候选分子。然而Fv本身不稳

4、定，这样抗体运载体Fy和所携带的毒素可能在到达目的地之前就分开。因而，首先要使其稳定化；然后抗体的亲和性要尽可能高，这是因为抗体对抗原(即瘤细胞)的结合越好，所携带的毒素错误地在身体内传布的危险性就越小，抗体更能达到其目的地。然而，如果病人的免疫系统将这个鼠源抗体识别为外源蛋白质，则几天之后由于HAMA反应产生的人抗鼠抗体就阻断了携带毒素的鼠抗体到达瘤细胞之路，使免疫治疗归于失败。为了解决这一问题，就要对抗体进行改造。近年来，用大肠杆菌系统有效地表达所需要的特定功能的抗体技术取得突破，向人们提供了具有全新性质的医用抗体片段。以上就是对鼠源抗体改造的路子。如上

5、所述，由于HAMA免疫反应直接从具有特异性结合活性的鼠源单抗在治疗中的作用就受到限制。由于绝大多数HAMA抗体是抗鼠源抗体的恒定区，使人们想到产生嵌合抗体可能解决上述问题，即将鼠单抗的恒定区换成人抗的恒定区。由于人抗体基因和鼠抗体基因都可以分别进行克隆，利用PCR技术很容易将鼠单抗可变区与人的恒定区重组到一起，所得到的嵌合抗体仍然能特异性地结合抗原，而HAMA反应被减少。由于这样的嵌合抗体的恒定区(或恒定结构域)来源于人，因而它对于激活人免疫系统的某些辅助功能更有效，则可有效地激活依赖于抗体的细胞的细胞毒性(ADCC)，这就是某些像这样的人源化抗体已经用到临

6、床实验的原因。如前所述，抗体的人源化可很明显地减低HAMA反应，但也产生少数抗鼠可变结构域的人抗鼠抗体(HAMA抗体)。从抗体的结构图中可以看出抗体的可变结构域可以分成为超变区(即互补性决定区CDRs)和变化性较少的骨架区，而与抗原的结合是由超变区决定的。与超变区相比，这些骨架区是保守的，这些有限的骨架区的氨基酸序列由一个紧密相关的基因家族编码。这种结构特点使人们想到，是否可以将鼠抗体的超变区嫁接到一个相关的人抗体可变结构域的骨架部位，这就是所谓的超变区嫁接的设计。按着这一种设想产生的第一个抗体，其亲和性比它的前体(鼠抗体)明显地降低。随着对许多不同抗体的三

7、级结构认识的扩大，CDR嫁接所得到的结果也随之改善。现在，几个完全人源化抗体的亲和性已与鼠抗体几乎没有差别，用这样的抗体作为治疗制剂也再不受HAMA反应的困扰。这些研究也对抗体的结构功能研究有很大促进，发现了在抗体可变区某些氨基酸是很重要的，某些氨基酸的配对对可变区的稳定性和正确折蠢是不可替代的。在人源化抗体的操作中，这些氨基酸都不能改变。这些发现体现了蛋白质工程操作从理论到实践，再由实践到理论的过程。总之，通过抗体的蛋白质工程可以对具有特定结合活性的鼠源抗体人源化，为疾病的治疗提供安全可靠的药物。此外还可以通过同源融合、异源融合产生各种双功能抗体用于临床的

8、治疗。人抗鼠抗体(HAMA)检测试剂盒2，抗体酶的应