酶在医学方面的应用.ppt

主要内容 1.前言 2.酶用于治疗疾病 3.酶用于疾病检测 4.酶用于生产药物 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。 前言 酶在医药中的应用包括三个方面 ： 一是直接用酶作为药物， 二是利用酶来生产药物， 三是用酶进行疾病的诊断。 酶用于治疗疾病 1.药用酶的发展历史 2.酶的药理学特征 3.药用酶的一般要求 4.酶在疾病治疗方面的应用 5.药用酶的种类 6.药用固定化酶 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。 药用酶的发展历史 药用酶的发展历史 迄今为止，从生物界已发现两千多种酶， 其中工业用酶5060种，治疗和诊断用酶 120多种，试剂酶300多种，基因用酶100多 种，随着酶工程学的发展，酶应用的范围 越来越广，规模越来越大，它在医药的应 用是成效较为显著的一个领域。 酶是生物大分子，分子量都在10000以上， 有的高达几百万，这些大分子一般难于透过 细胞膜的，肌肉注射的药用酶是通过如下两 条途径扩散的：一是通过机体部分细胞的胞 饮作用而吸收的，二是通过细胞与细胞之间 的透明质酸通道扩散的。 药用酶若是异体蛋白，则有抗原性，会产生 抗体，使药用酶的功能降低或失效，甚至能 引起过敏反应。来自微生物的链激酶等就是 异体蛋白，为减少或消除其抗原性，可将其 制成微型胶囊等剂型。 酶的药理学特征 药用酶若是胞外酶，如分泌至消化道中的 胃蛋白酶和胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等可 以单独使用。 若是胞内酶，如氧化还原酶类就存在酶系 问题，即单独一种酶不会发生作用，而要 配成酶系才有疗效。如细胞色素c一定要与 某些辅酶辅酶因子黄酶及其他细胞色 素类配套使用，才会发挥治疗作用。 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不需要外源性辅助因子； 5在生理条件下酶促反应不可逆； 6酶制剂纯度高，不含其它毒性杂志，来自非致病 性酶源。 药用酶的一般要求 酶在疾病治疗疗方面的应应用 酶 名来 源用 途 淀粉酶胰脏、麦芽、微生物治疗消化不良，食欲不振 蛋白酶胰脏、胃、植物、微生物治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，除去坏死组织，促进 创伤愈合，降低血压 脂肪酶胰脏、微生物治疗消化不良，食欲不振 纤维素酶霉菌治疗消化不良，食欲不振 溶菌酶蛋清、细菌治疗各种细菌性和病毒性疾病 尿激酶人尿治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血 链激酶链球菌治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折 青霉素酶蜡状芽孢杆菌治疗青霉素引起的变态反应 L-天冬酰胺酶大肠杆菌治疗白血病 超氧化物歧化酶微生物，植物，动物预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎 凝血酶动物，蛇，细菌，酵母等治疗各种出血病 胶原酶细菌分解胶原，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡 右旋糖酐酶微生物预防龋齿 胆碱酯酶细菌治疗皮肤病，支气管炎，气喘 溶纤酶蚯蚓溶血栓 弹性蛋白酶胰脏治疗动脉硬化，降血脂 核糖核酸酶胰脏抗感染，祛痰，治肝癌 尿酸酶牛肾治疗痛风 （一）助消化酶 它能补充内源消化不良，促进食物中蛋白质 脂肪糖类的消化吸收，并用于治疗消化器官 疾病和其它各种原因所致的食欲不振消化不 良等。 属于这类酶的有胰脂酶、胰酶麦芽淀粉酶、 纤维素酶和高峰淀粉酶等。 药用酶的用途 健美生消化酶帮助肠胃蠕动 【产品规格】90片瓶 【食用方法】成人每日3片，随主餐 服用 【成分(每片含)】 1)消化蛋白质：木瓜蛋白酶50毫克 、菠萝蛋白酶30毫克； 2)消化脂肪：脂肪酶30毫克； 3)消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶50 毫克； 4)消化乳制品：乳糖酶30毫克； 5)消化纤维：纤维素酶15毫克。 另含：能抑制过多胃酸的葡萄糖酸 钙，能缓解反胃薄荷叶和茴香 【适用人群】 消化不良者 肠胃疾病患者 大病初愈者 消化酶类 （二）消炎酶 有人认为是它直接做用于炎症时，刺激了纤维蛋白 原活性多肽等抗炎活性物质的产生。 也有人说是它提高了内源性抗蛋白酶活性，促使抗 炎多肽的生成。临床上常用于外伤手术后、关节炎 、副鼻窦炎等伴有水肿的炎症，能催化未硬化血纤 维凝块溶解，增加组织渗透能力，促进渗出液再吸 收，达到抗水肿目的。 目前，供药用的消炎类酶有胰蛋白酶、糜蛋白酶、 糜胰蛋白酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、无花果蛋 白酶、霉菌蛋白酶、曲霉蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶 和双链酶等。 药用酶的用途 药用酶的用途 溶菌酶 （三）纤维蛋白水解酶 这类酶制剂对溶解血栓有独特效果。尿激酶 来自尿液，作用于血液纤溶系统，促使无活 性的纤溶酶原转变为有活性的纤溶酶，后者 进一步促使不溶性纤维蛋白原转变为可溶性 纤维蛋白，血栓便逐渐溶解。无抗原性，可 长期给药。临床用于治疗周围动静脉血栓肺 血栓脑血栓性疾病。 如纤溶酶、蛇毒抗凝酶、米曲溶纤酶。 药用酶的用途 栓溶酶类与心血管疾病 (四)止血酶 促凝血酶原激酶是来自动物脑、肺、脾、脊髓等 组织的天然凝血因子, 作用于凝血系统, 可将无 活性凝血酶原激活成为有活性的凝血酶, 后者再 促使可溶性纤维蛋白原转变为不溶性纤维蛋白,从 而加速血液凝固。 不同来源的促凝血酶原激酶的制剂可分别供口服 、肌注或静注,既可用于内脏出血, 又可用于局部 止血, 来自人血或牛血的凝血酶, 仅供局部止血, 不能静脉注射。 蛇毒凝血酶来自蝮蛇毒液,可皮下、肌注或静注, 用于预防和治疗各种出血症 。 药用酶的用途 凝血酶 （五）抗肿瘤酶 这类酶是通过降解肿瘤细胞所需代谢物来抑制其 生长。L-门冬酞胺酶是引人注目的抗白血病药物, 它对急性淋巴母细胞性白血病、白血病性淋巴肉 瘤及骨髓母细胞性白血病疗效显著。 此外, L-谷氨酸胺酶、L-组氨酸酶、L-甲硫氨酸 酶、L-精氨酸酶、L-丝氨酸脱水酶、L-酪氨酸氧 化酶、半胧氨酸及胧氨酸分解酶、羧肽酶G、黄嘌 呤氧体酶及叶酸脱氢酶等也在临床试用中。据报 道, L-谷氨酸胺酶的抗癌活力比L-门冬酸胺酶更 强 。 药用酶的用途 胶原蛋白酶来源于胰脏及梭状芽抱杆菌, 用于防止 牙齿早期脱落和治疗椎间盘脱出。 弹性蛋白酶来自猪胰脏, 有降血脂、抗动脉粥样硬 化作用。 青霉素酶来自微生物, 能分解青霉素, 用于治疗青 霉素过敏反应。 超氧化物歧化酶来自动物红血球、肝脏等组织, 属 于含铜和锌为辅基的氧化还原酶类, 有清除体内过 多超氧阴离子自由基的作用, 因而能增强机体的抗 辐射、抗炎定和抗衰老等的能力, 也可用于治疗农 药巾毒、风湿性关节炎等疾病。 药用酶的用途 药用固定化酶 但因其还存在抗原 性、易被体液酸硷 性破坏、半衰期短 等问题, 故临床使 用受到一定限制。 为克服上述弊端, 又研制了固定化酶 剂型, 大大提高了 药用酶的使用范围 和疗效。 固定化酶, 就是通过物理或化学方法, 将酶 定位或限制在一定空间范围内, 使其呈闭锁 状态, 从而可连续、反复地进行催化反应。 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。 固定化酶 （1）固定于体内法产即是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, 有毒的NH4+再 由其他酶将它结合到含氮化合物中, 消除毒性, 尿 酸酶可转化尿酸成尿液排出。服酶和尿酸酶微囊能 长期、有效地发挥解毒作用。 药用固定化酶分体内应用 （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, 因其颗粒小于红血球, 不会发生栓塞, 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。L-色氨酸酶与 聚丁烯二酸交联的可溶性聚合物, 可注入血液 中抗肿瘤。注射日一葡糖普酸酶微囊可治疗婴 儿的日一葡糖普酸酶缺乏症。 药用固定化酶分体内应用 PKU苯丙酮尿症 脑发育受阻，严重脑 力呆滞，智商 050 苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病 药用固定化酶分体内应用 一是制成固定化酶敷料。例如把胰蛋白酶 、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。 二是用固定化酶制成床式反应器, 该反应器 是由密封于无菌容器中的多层板状体组成的 , 各屏板状体的两面根据病情需要分别固定 不同的酶, 病人通过血液体外循环而治疗一 种或几种疾病。例如, 将腮酉碑尿酸酶固定 在板状体上, 尿毒症患者可通过体外血液循 环解毒, 把卜门冬醚胺酶固定于板状休上, 白血病人可通过体外循环进行抗癌治疗。 要实现酶在医学 上的高效应用， 除了掌握酶反应 动力学特性这一 前提条件外，还 必须采用固定化 ，分子修饰和非 水相催化等技术 。 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。 通过过酶活力变变化进进行疾病诊诊断 酶疾病与酶活力变化 淀粉酶胰脏疾病，肾脏疾病时升高；肝病时下降 胆碱酯酶肝病、肝硬化、有机磷中毒、风湿等，活力下降 酸性磷酸酶前列腺癌、肝炎、红血球病变时，活力升高 碱性磷酸酶佝偻病、软骨化病、骨瘤、甲状旁腺机能亢进时，活力升高；软骨发育不全等，活力下降 谷丙转氨酶/谷草转氨酶肝病、心肌梗塞等，活力升高 -谷氨酰转肽酶（-GT）原发性和继发性肝癌，活力增高至200单位以上，阻塞性黄疸、肝硬化、胆道癌等，血清中酶 活力升高 醛縮酶急性传染性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力显著升高 胃蛋白酶胃癌，活力升高；十二指肠溃疡，活力下降 磷酸葡糖变位酶肝炎、癌症，活力升高 乳酸脱氢酶肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力显著升高；肝硬化，活力正常 端粒酶癌细胞中含有端粒酶，正常体细胞内没有端粒酶活性 山梨醇脱氢酶（SDH）急性肝炎，活力显著提高 脂肪酶急性胰腺炎，活力明显增高，胰腺癌、胆管炎患者，活力升高 肌酸磷酸激酶（CK）心肌梗塞，活力显著升高；肌炎、肌肉创伤，活力升高 羟基丁酸脱氢酶心肌梗塞、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、急性肾炎，脑溢血，活力明显升高 鸟氨酸氨基甲酰转移酶急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明显升高 乳酸脱氢酶同工酶心肌梗塞、恶性贫血，LDH1增高；白血病、肌肉萎缩，LDH2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌， LDH3增高；转移性肝癌、结肠癌，LDH4增高；肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、外伤、 骨折，LDH5增高 葡萄糖氧化酶测定血糖含量，诊断糖尿病 亮氨酸氨肽酶（LAP）肝癌、阴道癌、阻塞性黄疸，活力明显升高 体检表中有关酶的选项 用酶测定体液中某些物质 的变化诊断疾病 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 如利用葡萄糖氧化酶检测葡萄糖的含量，进行糖 尿病诊断：葡萄糖氧化酶是一种催化葡萄糖与氧 反应生成葡萄糖酸和双氧水。其反应式如下： 生成的葡萄糖酸可以通过碱滴定或者pH电极测定 方法进行测定。通过葡萄糖酸的量求出葡萄糖的 量。也可以通过测定氧的消耗量，从而计算葡萄 糖的量。 测定时取一定量的血液或尿液样本，加入 适量的葡萄糖氧化酶，在一定条件下反应一段时 间，然后测定反应液中生成的葡萄糖酸的量，计 算出葡萄糖的量；也可以通过氧电极或铂电极测 定氧的消耗量，而得出葡萄糖的量，从而作为糖 尿病临床诊断的依据。 用酶测定体液中某些物质 的变化诊断疾病 酶主要来源用途 青霉素酰化酶微生物制造半合成青霉素和头孢菌素 11-羟化酶霉菌制造氢化可的松 L-酪氨酸转氨酶细菌制造多巴（L-二羟苯丙氨酸） -酪氨酸酶植物制造多巴 -甘露糖苷酶链霉菌制造高效链霉素 核苷磷酸化酶微生物生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖腺苷 ） 酰基氨基酸水解酶微生物生产L-氨基酸 5-磷酸二酯酶桔青霉等微生物生产各种核苷酸 多核苷酸磷酸化酶微生物生产聚肌胞，聚肌苷酸 无色杆菌蛋白酶细菌