抗体酶 - 第七章内容

一、抗体酶概述

基本概念

抗体酶 (Abzyme) / 催化抗体 (Catalytic antibody): 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
是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力结合的产物
1986年由Lerner和Schultz两个实验室同时在《Science》上发表论文首次报道

                    关键概念
                    半抗原: 具有反应原性但无免疫原性，通常只有一个抗原表位
完全抗原: 有2个及以上抗原表位，分子量大于1万
Fv/Fab/CDR: 抗体最小识别单位，保持抗体特异性

                

过渡态理论

反应物变为产物前需获得能量成为过渡态(最高能阶)
过渡态与反应物的能阶之差称为活化能
酶与底物结合经历过渡态，降低反应所需活化能
1969年Jencks提出: 若能找到对应某反应过渡态的抗体，则此抗体具有酶的性质

过渡态理论示意图

抗体酶的特性

催化特性

与配体(底物)结合的专一性(立体专一性)
高效催化性(比非催化反应快10²-10⁶倍)
具有米氏方程动力学及pH依赖性

独特优势

能催化天然酶不能催化的反应
更强的专一性和稳定性
在有机溶剂中保持活性
可根据需要人工设计

二、抗体酶的催化作用机理

核心机理

过渡态理论: 抗原最大限度接近特定反应的过渡态，诱导抗体发挥催化作用
实际采用过渡态类似物作为抗原

重要反应机制

水解作用机制

催化水解反应(如酯类、肽键水解)

水解作用示意图

基团转移

催化基团从一个分子转移到另一个分子

基团转移示意图

连续反应机制

催化多步连续反应

连续反应示意图

介质效应

酯解反应

抗体酶在有机溶剂中具稳定性

脱羧反应

有机溶剂引起脱羧反应速率增加

酰基转移反应

在疏水溶剂中活性较高

三、抗体酶的制备方法

稳定过渡态法

(免疫诱导法)

设计半抗原，通过间隔链与载体蛋白(如牛血清白蛋白)偶联制成抗原

对宿主有机体进行免疫，产生抗体

脾脏细胞与骨髓细胞融合得到杂交细胞

杂交体克隆化，产生单一均匀抗体

抗体与半抗原互补法

利用抗体与半抗原之间的电荷互补性
带正电半抗原诱导出带负电残基的抗体
可作为碱基催化β消除反应

Janda实验: 带电半抗原1诱导出催化活性抗体，中性半抗原2则无

熵阱法

利用抗体结合能克服反应熵垒
冻结转动和翻转自由度
成功应用于催化Diels-Alder环加成反应

多底物类似物法

引入辅因子(金属离子、血红素等)
Lerner等将金属离子引入抗体酶，催化肽键选择性水解

化学修饰法

在抗体结合位置引入催化功能基团
常用游离巯基(高亲核性)
示例: 将巯基引入抗2,4-二硝基苯酚单抗

蛋白质工程法

定点突变精确引入催化基团
Schultz小组将组氨酸插入抗体结合部位
加速酯水解反应9×10⁴倍

抗体库法

噬菌体表面展示技术
构建抗体基因库(轻链和重链)
筛选所需抗体并进行克隆扩增

从B淋巴细胞提取mRNA

逆转录为cDNA

构建噬菌体抗体库

筛选所需抗体

噬菌体表面展示技术示意图

四、抗体酶的筛选方法

ELISA法

用ELISA法筛选对半抗原有亲和力的单克隆抗体

ELISA筛选示意图

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

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为筛选标准

基因筛选法

应用基因探针对基因抗体库进行分析和筛选

五、抗体酶的应用

在有机合成和天然产物合成中的应用

催化六大类型酶促反应：水解、消除、缩合、氧化还原、重排、聚合等
催化天然酶不能催化的反应
应用于复杂天然产物的合成

阐明化学反应机制

通过抗体酶设计研究酶的催化机制
示例：N-甲基原卟啉作为半抗原诱导的抗体催化原卟啉金属螯合反应，证明亚铁螯合酶催化过渡态是扭曲结构

在新药开发中的应用

抗体介导前药治疗(ADEPT)技术
- 将水解前药的酶与肿瘤专一性抗体偶联
- 酶存在于肿瘤细胞表面
- 前药被抗体酶水解释放抗肿瘤药物
- 提高肿瘤局部药物浓度，减少全身毒性
戒毒应用
- Landry等用可卡因水解过渡态类似物诱导单克隆抗体
- 催化可卡因分解，使其失去刺激功能
- 可用于被动免疫阻断可卡因上瘾

抗体酶在药物开发中的应用示意图