催化抗体及应用.doc

催化抗体及其应用研究进展催化抗体是人体先天性免疫系统的一部分，在自身免疫性疾病的患者中更易发现。催化抗体可以通过免疫诱导产生，也可以通过人工制造获得。最近，催化抗体在临床上的应用越来越多了，它可以用来治疗许多目前人类难以治愈的疾病，而且人工制造的催化抗体在研究，临床医药，疾病诊断等其它方面的应用也越来越多。催化抗体又称抗体酶，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物，它又是一类免疫系统产生的且有催化活性的抗体，能够特异性识别抗原并以非共价键形式与其结合，然后催化裂解抗原或与抗原发生其他的化学反应。虽然健康个体可以天然地产生混杂的催化抗体，但更多的与特异性抗原结合的催化抗体是在自身免疫性疾病患者的免疫球蛋白中。抗体的种类很多，大体上有1081011种，这主要是因为它们与底物结合的必需基团的不同，所以可以根据催化抗体对它们底物的高度特异性来设计或鉴别催化抗体。抗体大部分是由保守区组成的，因此生产特异性的催化抗体比生产酶要容易些。目前，人类生产的各种单克隆抗体催化的化学反应多达一百多种。催化机理只有那些具有较强稳定抗原过渡态能力的抗体才具有催化活力。大多数的抗体抗原反应是建立在将复杂的基态被转化成过渡态的基础上，尤其是那些远离活性中心的反应，因此，抗体具有特异性结合抗原的一个识别位点。亲核催化最近，Paul在实验室使用亲电性的磷酸二酯作为探针来探查抗体中所存在的亲核位点。像天然多肽类底物中的亲电物质一样，磷酸二酯与活化的亲核物质共价结合。这种磷酸酯半抗原与所有研究过的抗体都能形成不可逆化学键，包括单链抗体，亲核反应性一般是抗体可变区的性质。所以说，亲核位点在抗体中是广泛分布的，而各种催化抗体的催化蛋白水解活性可被磷酸酯所抑制。用可发生共价反应的半抗原来诱导产生缩醛酶或其它催化抗体，这种也属于免疫反应。共价反应是通过在亲核试剂（赖氨酸）的活性位点与缩醛供体之间形成一个西佛碱开始进行的。这种抗体很有应用前途，但是对于催化活性是由于重新形成催化的位点还是本身所固有的亲核反应性还不太清楚。一些用多肽免疫诱导产生的抗体可以催化肽键水解，它们的催化机理是属于亲核机理。抗过渡态类似物催化抗体在酯水解或其它水解反应过程中，一些抗体可与产生的氧负离子形成氢键，从而可降低反应活化能，使得过渡态变得更稳定。像这些催化抗体是通过过渡态类似物诱导免疫反应产生的。但这些抗体的催化活性不是很大，限制了这种方法的使用。这类抗体所表现出的催化机理有亲核催化以及广义的酸碱催化。天然催化抗体存在健康人体中的催化抗体健康人体中的抗体可以催化多种化学反应（表1）。从健康人体中得到的IgM和IgG都具有一定的亲核活性和催化蛋白水解性质，只有当底物中的亲电物质带有正电荷时，抗体的识别位点才能与其互补结构结合，从而发生催化蛋白水解。人体中的那些催化蛋白水解的抗体具有保护人体的功能。实际上，很多抗体可以催化水的氧化生成过氧化氢及臭氧，抗体的催化活性在一定程度上可以追溯到抗体的天然亲核反应性，并且这种催化活性是通过一个自然的过程产生的。表1 健康人体中存在的催化抗体 免疫球蛋白类 活性免疫球蛋白IgG 蛋白酶 磷酸酶 脱氧核糖核酸酶 淀粉酶 水的氧化作用 免疫球蛋白IgM 蛋白酶 脱氧核糖核酸酶免疫球蛋白IgA 脱氧核糖核酸酶 淀粉酶 磷酸化作用与疾病有关的催化抗体在自身免疫性疾病患者体内，通常会产生一些抗原特异性的催化自身抗体（表2）。比如，特异性肠血管活性肽的催化抗体只能在患者中发现即使健康人体内也会产生与肠血管活性肽结合的抗体。这种抗体对肠血管活性肽具有高度亲和性，并且其可变区可与抗原的决定簇可过互变最终达到互补。给仓鼠服用肠血管活性肽可诱导平滑肌个体差异性，这与肠血管活性肽可使支气管扩张功能一致。用肠血管活性肽酶处理培养的T淋巴细胞可以消除内源性肠血管活性肽，并产生一些细胞因子。据了解，肠血管活性肽酶在一定程度上可能会导致免疫紊乱。表2 与疾病相关的催化抗体疾病 活性哮喘 蛋白酶（肠血管活性肽）系统性红斑狼疮 蛋白酶（甲状腺球蛋白 肠血管活性肽）脱氧核糖核酸酶 核糖核酸酶桥本甲状腺炎 蛋白酶（甲状腺球蛋白）脱氧核糖核酸酶多发性骨髓瘤 蛋白酶（凝血酶原 丙型肝炎病毒多肽）脱氧核糖核酸酶B细胞淋巴瘤 脱氧核糖核酸酶血友病A 蛋白酶（促血凝蛋白质）肝炎病毒感染 核糖核酸酶临床应用抗可卡因的催化抗体在常见的依赖性药物中, 可卡因成瘾的治疗是成瘾医学中的一个研究难题。目前尚未发现有效的治疗药物。美国哥伦比亚大学Landry领导的一个科研小组成功地制备出催化可卡因降解的催化抗体。催化抗体15A10是用磷酸酯（可卡因过渡态类似物）通过免疫诱导作用产生的，它可以催化可卡因，使其脱去苯甲基变成对精神无影响的物质。给可卡因成瘾的老鼠服用催化抗体15A10，结果发现可以降低可卡因以依赖性。所以可用一种可生物降解聚合物（乳化羟基乙酸）将催化抗体制成缓控微型胶囊，用于治疗可卡因成瘾症患者。抗尼古丁的催化抗体在单线性氧在协助下，催化抗体可以发挥其降解尼古丁的作用，导致降解尼古丁的关键是依靠一种天然存在抗体的活性。这种免疫球蛋白是一种尼古丁基态的类似物，而且这种催化抗体是人体中固有的。它不仅可以提高催化降解尼古丁的速度，而且还证明了天然抗体是可以作为一种定位追踪人体中存在有害抗原的方法。激活前体药物的催化抗体目前，结合酶的催化抗体得到了越来越广泛的研究，应用其可以克服抗癌药物的一些非特异性毒性。特异性结合到与肿瘤相关的抗体可以使相关的酶聚集在肿瘤细胞附近。当人体服用含有毒性的前体药物时，前药只有在肿瘤细胞附近才被相关的酶催化激活，从而可以最低量的限制药物的毒性。含硒的抗氧化抗体酶一种具有催化活性的含硒单链抗体被发现可以保护表皮细胞免受紫外线辐射损伤。这种抗体是来自于一种由谷光甘肽类似物通过免疫诱导产生的抗体。硒代半胱氨酸的残基被结合到可变区蛋白（Fv）上，这是通过用NaSeH处理过的苯甲基磺酰氟来化学修饰丝氨酸的羟基。 苯甲基磺酰氟是一种不可逆丝氨酸蛋白酶抑制物，它可使亲核试剂的活性位点被磺酰化，这种保护细胞免受紫外线损伤的活性与Fv的抗氧化性有关，Fv可以催化还原由紫外线辐射产生的一些具有反应性的氧化物，如H2O2。抗艾滋病病毒（HIV）的催化抗体HIV病毒表面蛋白gpl20与宿主细胞CD4以及趋化因子受体结合是HIV感染靶细胞的基本步骤，不同HIV病毒的CD4结合区域相对保守，因此针对gpl20CD4 结合区的催化抗体可以作用于多种爱滋病病毒。不同HIV病毒的gp120蛋白具有不同的氨基酸序列和空间构象。抗HIV抗体是由gp120蛋白通过免疫诱导产生的，但其很少能阻断抑制CCR-5受体依赖性的HIV的侵染。而由亲电的gp120蛋白类似物Egp120蛋白通过免疫作用产生的抗体，其具有唯一特异性结合gp120蛋白保守区的抗元决定簇。这种抗Egp120抗体表现出高亲核反应性，它们可以通过亲核亲电反应机理形成不可逆的gp120蛋白加合物。在一些情况下，可以促使水分子攻击加合物，从而导致催化裂解gp120蛋白。这些抗体可以阻断抑制外周淋巴细胞免受CCR-5受体依赖性的HIV的侵染。阻断抑制HIV抗体的另一种来源是未感染人体的全部免疫系统，这些抗体可以特异性识别gp120蛋白的超级抗原决定簇，未感染人体内的IgM和唾液中的IgA都可以催化裂解gp120蛋白。在组织培养试验中发现这两种抗体均能阻断抑制HIV（图1）。单链上的Fv区特异性识别gp120蛋白超级抗原决定簇，它具有很强的阻断抑制HIV活性。HIV表面的gp120蛋白与gp41蛋白通过非共价键形成的复合物。用gp41蛋白合成的多肽通过免疫作用产生的单克隆抗体，其上的轻链单位可以催化裂解免疫抗原及全长的gp41蛋白。研究发现CCR5趋化因子受体具有被动免疫治疗HIV感染，用CCR5多肽片断通过免疫作用获得的抗轻链单位可以在一些肽键部位催化裂解多肽免疫原，而其重链则无此活性。破坏淀粉样多肽积聚体在大脑中积聚过多的淀粉样多肽是导致产生阿兹海默症的主要原因。研究发现早期发现可剪切血管活性肠肽抗体的两条轻链也可以剪切淀粉样多肽积聚体。这表明混杂多肽的特异性识别程度比较低。在老年人体中，则具有更多的可以催化剪切淀粉样多肽积聚体的催化抗体，比如IgM和IgG。其中抗体的一条轻链是在多位点催化剪切淀粉样多肽，而另一条轻链不会在Lys16-Len17肽键部位催化裂解淀粉样多肽。展望现在还需要对催化抗体进行进一步研究，只有这样才可以完全揭开天然催化抗体的功能，从而可能产生一种新的治疗