酶在医学方面的应用.ppt

酶在医学方面中的应用 深圳大学糖尿病基础与临床研究所 Shenzhen University Diabetes Center （SUDC） 主要内容 1.前言 2.酶与某些疾病的发生 3.酶用于疾病诊断 4.酶用于疾病治疗 5.酶固定化用于新型药物设计 和药物筛选 6.总结 现代分子生物学认为生物活动的正常进行 都依赖于机体内部生化反应的平衡和稳定，这 种复杂而有序的生化反应需要酶来催化调节， 以控制体内代谢的正常进行。 因此，一旦疾病发生，究其根本原因都与 酶有直接或间接的关系。机体内部发生的疾病 ，往往由于酶的功能失调，把酶作为药物，补 充酶的不足，或调整酶的作用，可以达到治疗 的目的；在某些疾病中个别酶过表达，这些酶 可以作为治疗的靶标。 前言 一、酶与某些疾病的发生 皮肤乳白色，毛发淡 黄或银白色，瞳孔淡 红，虹膜淡灰或淡红 ，半透明视网膜缺乏 色素。 1. 酪氨酸酶缺陷白化病 2. 胱硫醚合成酶缺陷同型胱氨酸尿症 多发性血栓形成，晶 体脱位，身体瘦长， 蜘蛛样指（趾），轻 中度智力低下。 智力低下，60%患 儿有脑电图异常， 头发细黄，皮肤色 淡和虹膜淡黄色， 惊厥，尿有“发霉 ”臭味或鼠尿味。 3. 苯丙氨酸羟化酶缺陷苯丙酮酸尿症 二、酶与疾病诊断 酶在疾病诊断方面的应用 1、酶的诊断 根据体内原有酶活力的变化来诊断疾病的 方法，称为酶的诊断。 2、诊断用酶 利用酶作为试剂，来测定体内与疾病有关 的代谢物质的浓度变化，利用该物质浓度 的变化程度作为诊断某种疾病及其病情严 重程度的重要指标。 酶疾病与酶活力变变化 淀粉酶(AMS)胰脏脏疾病，肾脏肾脏疾病时时升高；肝病时时下降 胆碱酯酯酶肝病、肝硬化、有机磷中毒、风风湿等，活力下降 酸性磷酸酶(ACP)前列腺癌、肝炎、红红血球病变时变时，活力升高 碱性磷酸酶(ALP)佝偻偻病、软软骨化病、骨瘤、甲状旁腺亢进进，活力升高；软软骨发发育不全，活力下降 谷丙/谷草转转氨酶肝病、心肌梗塞等，活力升高 -谷氨酰转肽酰转肽 酶原/继发继发性肝癌，活力200U以上，阻塞性黄疸、肝硬化、胆道癌等，血清酶活升高 醛醛縮酶急性传传染性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力显显著升高 胃蛋白酶胃癌，活力升高；十二指肠溃疡肠溃疡 ，活力下降 磷酸葡糖变变位酶肝炎、癌症，活力升高 乳酸脱氢氢酶(LDH)肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力显显著升高；肝硬化，活力正常 端粒酶癌细细胞中含有端粒酶，正常体细细胞内没有端粒酶活性 山梨醇脱氢氢酶（SDH）急性肝炎，活力显显著提高 脂肪酶(LPS)急性胰腺炎，活力明显显增高，胰腺癌、胆管炎患者，活力升高 肌酸磷酸激酶（CK）心肌梗塞，活力显显著升高；肌炎、肌肉创伤创伤，活力升高 羟羟基丁酸脱氢氢酶心肌梗塞、心肌炎，活力增高 磷酸己糖异构酶急性肝炎，活力极度升高；心肌梗塞、急性肾肾炎，脑脑溢血，活力明显显升高 鸟鸟氨酸氨基甲酰转酰转移酶 (OCT) 急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明显显升高 乳酸脱氢氢酶同工酶心肌梗塞、恶恶性贫贫血，白血病、肌肉萎缩缩，白血病、淋巴肉瘤、肺癌，转转移性肝癌 、结肠结肠癌，肝炎、原发发性肝癌、脂肪肝、LDH4增高 葡萄糖氧化酶测测定血糖含量，诊诊断糖尿病 亮氨酸氨肽肽酶（LAP）肝癌、阴道癌、阻塞性黄疸，活力明显显升高 酶作为诊断指标 用酶作为诊断试剂 酶测定的物质用 途 葡萄糖氧化酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿 病 葡萄糖氧化酶+过氧化物 酶 葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿 病 尿素酶尿素测定血液、尿液中尿素的量 ，诊断肝脏、肾脏病变 谷氨酰胺酶谷氨酰胺测定脑脊液中谷氨酰胺的量 ，诊断肝昏迷、肝硬化 胆固醇氧化酶胆固醇测定胆固醇含量，诊断高血 脂等 DNA聚合酶基因通过基因扩增，基因测序， 诊断基因变异、检测癌基因 体检表中有关酶的选项 三、酶与疾病治疗 春秋战国时期已知用麴（曲）治疗消化不 良的疾病。 药用酶用酶来治疗疾病最早是以淀粉酶为 代表的各类口服消化用酶。 1952年，Innerfield将结晶胰蛋白酶静脉 注射治疗脉管炎获得成功。 酶用于治疗疾病的发展历史 栓溶酶类与心血管疾病 溶菌酶 凝血酶 酶在疾病治疗疗方面的应应用 酶 名来 源用 途 淀粉酶胰脏脏、麦芽、微生物治疗疗消化不良，食欲不振 蛋白酶胰脏脏、胃、植物、微生物治疗疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿肿，创创愈，降 压压 脂肪酶胰脏脏、微生物治疗疗消化不良，食欲不振 纤维纤维 素酶霉菌治疗疗消化不良，食欲不振 溶菌酶蛋清、细细菌治疗疗各种细细菌性和病毒性疾病 尿激酶人尿治疗疗心肌梗塞，结结膜下出血，黄斑部出血 链链激酶链链球菌治疗疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿肿，下出血，骨折 青霉素酶蜡状芽孢孢杆菌治疗疗青霉素引起的变态变态 反应应 L-天冬酰酰胺酶大肠肠杆菌治疗疗白血病 超氧化物歧化酶微生物，植物，动动物预预防辐辐射损伤损伤 ，治疗红疗红 斑狼疮疮，皮肌炎，结肠结肠 炎 凝血酶动动物，蛇，细细菌，酵母等治疗疗各种出血病 胶原酶细细菌分解胶原，消炎，化脓脓，脱痂，治疗溃疡疗溃疡 右旋糖酐酐酶微生物预预防龋齿龋齿 胆碱酯酯酶细细菌治疗疗皮肤病，支气管炎，气喘 溶纤纤酶蚯蚓溶血栓 弹弹性蛋白酶胰脏脏治疗动疗动 脉硬化，降血脂 核糖核酸酶胰脏脏抗感染，祛痰，治肝癌 尿酸酶牛肾肾治疗疗痛风风 1）在机体内的生理条件下具有较高活力和稳定性 ； 2）对底物有较高亲和力,不受产物和体液中正常 成分抑制； 3）在体内有较长的半衰期，可缓慢地被分解或排 出体外； 4）酶制剂纯度高，不含其它毒性物质，来自非致 病性酶源。 药用酶的一般要求 酶与疾病治疗举例 1、什么是HCV 肝炎是一种危害性非常严重的疾病。分为甲肝（HAV）、乙 肝(HBV)和丙肝(HCV)。甲肝、乙肝已经有各自的疫苗，因此得 到了有效的控制。 HCV病毒是一种正链RNA病毒，变异率很高，潜伏期非常长 ，毒性很高。 美国NIH：未来20年内HCV感染将成为肝衰竭和肝癌的主要 因素，将其列为“对患者的健康和生命危害极大，严重威胁社 会和公共卫生”的疾病。 （一） 酶在丙肝（HCV）治疗中的应用 2、NS3抑制剂与丙肝治疗 Victrelis（主要成分为Boceprevir，分子式C27H44N5O5， 2011年5月获FDA批准上市），成为治疗丙肝的首个有效药物 。 NS3：一种丝氨酸蛋白酶。是HCV病毒复制酶的重要组成 部分，是HCV RNA复制时RNA进入复制酶核心部位的“必经之 路”。 Boceprevir是一种小分子蛋白酶抑制剂，能以类似于底 物的方式与NS3结合，结合之后可捕获NS3活性部位的丝氨酸 部分，起酮酰胺上羰基碳与丝氨酸共价结合，从而阻止了病 毒RNA进入核心酶，抑制病毒复制，达到治疗丙肝的目的。 3、NS5B与丙肝治疗 NS5B：HCV病毒复制酶的核心部分，以原RNA为模板合成一 条反链RNA，在以此RNA为模板合成一条正链RNA，完成病毒复制 。 NS5B 氮端开始的530多个氨基酸构成其催化中心。形状如 人右手掌，分为拇指区、手指区和手掌区。 手指区和拇指区是调控该酶与RNA相互作用的区域，手指 区与拇指区由两条loop区域连接起来，通过loop的调节，当手 指区和拇指区处于关闭状态时，将催化HCV RNA复制。目前已 经设计出了多种NS5B的别够抑制剂，通过与NS5B上的别构位点 结合，从而使其手指区与拇指区不能关闭，从而抑制HCV复制 ，达到治疗HCV的作用 几种NS5B别构抑制药物与NS5B的作用 1、AD是如何发生的 淀粉样蛋白前体基因和早老素基因等的突变，导致-淀粉 样蛋白 （A）异常分泌和产生过多，在脑组织内沉积，对周 围的突触和神经元具有毒性作用，可破坏突触膜，最终引起神 经细胞死亡。A沉积导致AD的其他病理变化，是AD发病的核心 环节。 淀粉样前体蛋白由-分泌酶裂解形成APPS，是一种神经 营养性物质；而细胞还存在-分泌酶和-分泌酶，淀粉样肽 先是由-分泌酶在淀粉样前体蛋白671位点切开，生成A的N 端，再被-分泌酶在713-716附近位点裂解，产生A40-42， A42就是AD的元凶。 （二） 酶在老年痴呆（AD）治疗中的应用 淀美国格兰史克公司开发出了可口服的-分泌酶抑制剂， 可特异与-分泌酶催化部位的两个天冬氨酸残基结合，从而将 其抑制。 中药成分姜黄素，也可抑制-分泌酶活性，从而对AD有 一定的疗效。 1、什么是糖尿病 （三） 酶在糖尿病治疗中的应用 糖尿病分为1型糖尿病和2型糖尿病。 1型糖尿病是一种自身免疫疾病，常见于青少年，遗传原因 。但不常见，只占总糖尿病病例的5%到10%。 2型糖尿病是我们常见的糖尿病，占患者总数的90%以上。 病因：胰岛素分泌不足或完全丧失；胰岛素抵抗。 无论是1型还是2型糖尿病，都会导致血液中的葡萄糖无法 被利用，进而引发糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代 谢紊乱综合征。 2、胰岛素抵抗导致糖尿病 胰岛素抵抗：机体细胞对胰岛素不敏感。原因：胰岛素受 体损伤。 酪氨酸蛋白磷酸酶1B（PTP1B）在胰岛素信号转导通路中是 一种关键酶，在通路中是负调控作用。 胰岛素受体可以发生自磷酸化从而启动下游信号。PTP1B是 胰岛素受体自磷酸化的抑制酶。胰岛素与胰岛素受体亚基结 合，改变亚基构象随之产生PTP1B的解除酶蛋白酪氨酸酯酶 ，是PTP1B对胰岛素受体的自磷酸化抑制解除，胰岛素受体自磷 酸化发生，产生下游信号通路。 联麦氧钒（BMOV）可以与PTP1B特异结合，影响其活性，将 其抑制。作用机理如下： 距离催化微点Cys215残基2nm处存在一个变构抑制位点，联 麦钒在此位点结合其螺旋3和6，限制了PTP1B WPD套环的构 象变化（对抑制自磷酸化起决定作用），将其活性抑制。 联麦氧钒的作用机制 3、在肠道中控制血糖 -葡萄糖苷酶抑制剂是一类以延缓肠道碳水化合物吸收而 达到治疗糖尿病的口服降糖药物。-葡萄糖苷酶抑制剂是比较 成熟的治疗糖尿病药物，已广泛应用于临床。 其作用机制为：竞争 性抑制位于小肠的各种- 葡萄糖苷酶，使淀粉类分 解为葡萄糖的速度减慢， 从而减缓肠道内葡萄糖的 吸收，降低餐后高血糖。 -葡萄糖苷酶抑制剂作为调节血糖的 药物，与其它药物配合治疗糖尿病。 有了-葡萄糖苷酶抑制剂，糖尿病患 者可以开口大吃了！ 连任了， 我再吃 （四） 酶在白血病治疗中的应用 L-天冬酰胺酶能将血清中的天冬酰胺水解为天冬氨酸和氨 ，而天冬酰胺是细胞合成蛋白质及增殖生长所必需的氨基酸。 正常细胞有自身合成门冬酰胺的功能，而急性淋巴细胞白 血病等肿瘤细胞则无此功能。 因而当外来天冬酰胺酶使天冬酰胺急剧缺失时，肿瘤细胞 因既不能从血中取得足够天冬酰胺，而又不能自身合成，使其 蛋白质合成受阻，增殖受抑制，进而不能生长、存活。 凝血酶纱布，治疗血友病患者的出血； 补充SOD（超氧化物歧化酶），清楚体内自由基，可以抗衰 老，预防癌症、糖尿病等多种疾病（补Zn、Cu、Mn等）； 异柠檬酸裂解酶（ICL） 抑制剂用于治疗肺结核 端粒酶作为靶标用于治疗癌症； 以DNA拓扑异构酶为靶标的环丙沙星，已经作为抗肿瘤药 物上市； （五） 酶在其它疾病治疗中的应用 四、酶固定化用于新型药物设 计和要素筛选 （一）药用酶固定化 制备药用固定化酶的方法很多, 但当前采用较多 的是微囊化包埋法, 即将酶溶液包裹在半透膜内, 制 成微球或微囊的剂型。这种剂型既可防止酶脱落或直 接与微囊外环境接触, 又能使小分子底物迅速透过膜 与酶接触, 其反应产物也能扩散到膜外。 （1）固定于体内法 将某一种固定化酶植入或包埋于人 体某一组织中, 让其长期发挥作用。例如：门冬酸胺酶对 白血病有一定疗效, 若将其与人造血管材料制成固定化酶, 再植入人休某一段动脉中, 可大大改善白血病人的症状。 （2）自由于体内法 ,通过口服入胃肠道。如吞服固定化 脉酶与尿酸酶微囊可治疗尿毒症。当人的肾脏功能衰竭时, 就不能及时排出体内新陈代谢的最终产物, 如尿素和尿酸 等, 导致各种中毒症状。脉酶可以把尿素转化成NH4+和HCO3 , 并将有毒的NH4+结合到含氮化合物中, 消除毒性； 尿 酸酶把尿酸成尿液排出。服酶和尿酸酶微囊能长期、有效 地发挥解毒作用。 药用酶固定化应用 （3）能自由循环于体内法 将某些酶的微囊注入血管内随血 液自由循环, 可持久地发挥疗效。例如, 造成儿童智力低下的 苯酮酸尿症（PKU）, 是机体缺乏苯丙氨酸轻化酶而不能将苯 丙氨酸转化成酪氨酸, 而生成多量苯丙酮酸引起的。注射苯丙 氨酸经化酶微囊可治疗该病。 （4）把胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等抗炎酶固定于纤维素上, 制成敷料代替纱布, 能使伤口更易愈合。 药用酶固定化应用 由于中草药多来源于植物，只有这些植物中的一些特 定小分子成分，才是其中的药效成分。 很多药物的作用就是通过与细胞中的酶的作用来发挥 作用的。也就是说药物能与这些酶结合。利用酶与靶标的 亲和作用，固定化靶酶技术用于药物筛选。 目前，结合亲和色谱技术（FAC）的固