抗体酶(Abzyme)
抗体酶
抗体酶综述陈璇【摘要】抗体酶是一类以过渡态类似物，为半抗原，可诱导免疫系统产生具有类似天然酶催化活性的免疫球蛋白。
抗体酶既具有抗体的高效选择性，又能像酶那样高效催化化学反应，开创了催化剂研究的崭新领域。
本文从抗体酶的发展历史、作用原理、制备、应用及研究展望多个角度进行综述。
【关键词】抗体酶；发现史；作用原理；制备；现状及应用前景抗体酶抗体酶(abzyme)，又称催化抗体(cat·alytic antibody)，是指通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它除了具有相应免疫学性质，还类似于酶，能催化某种活性反应。
抗体与酶相似，它们都是蛋白质分子．酶与底物的结合及抗体与抗原的结合都是高度专一性的，但这两种结合的基本区别在于酶与高能态的过渡态分子相结合，而抗体则与抗原(基态分子)相结合。
抗体与天然酶相比，最大的优点在于抗体的种类是巨大的，免疫系统可以拥有10 种抗原特异性不同的抗体分子。
制备成功的抗体酶不但能催化一些天然酶能催化的反应，而且还能催化一些天然酶不能催化的反应。
抗体酶的发现早在l948年，美国斯坦福大学荣誉退休化学教授l』_波林(LinusPaulin'f)就提出过渡态理论(transition state theory) [2]。
这一理论认为，酶之所以具有催化能力，是因为它与反应分子(底物)的牢固结合的方式，有利于反应中的过渡态(transition state)的结构。
而这种结构会迅速重新排列成该反应的产物。
任何有利于过渡态，而不是其它可能的结构的因素，都能加快化学反应速度。
1 969年，布兰戴斯大学生物化学家w ·詹克斯(w ·Jenks)进一步发展了这一理论。
他和几位美国科学家认为，如果波林的观点是正确的话，那么利用某一反应过渡态的模拟物作为免疫原，则会得到催化该反应的抗体。
这种抗体能特异地识别化学反应的过渡态，并利用其结合能降低反应的活化能。
酶工程名词解释
1、酶（enzyme）：是具有催化功能的生物大分子。
2、端粒（telomere）：真核生物染色体的末端结构。
3、端粒酶（telomerase）：是催化端粒合成和延长的酶。
4、基因扩增（gene amplification）：是通过增加基因的数量来调节基因表达的一种方式。
5、增强子（modulator）：是一段能够高效增强或促进基因转录的DNA序列。
6、抗体酶（abzyme）：是一类具有生物催化功能的抗体分子。
7、抗体（antibody）：是由抗原诱导物产生的能与抗原特异结合的免疫球蛋白。
8、盐溶（solting in）：低浓度的盐存在的条件下，酶的溶解度随着盐浓度的升高而增加的现象。
9、盐析（solting out）：当盐浓度达到一定界限后，酶的浓度随着盐溶液的升高而降低的现象。
10、结晶（crystallize）：溶质以晶体形式从溶液中析出的过程。
11、酶分子修饰（enzyme molecular modification）：通过各种方法使酶分子的结构发生变化，从而改变酶的催化特性的技术过程。
12、金属离子置换修饰（metal ion substitute modification）：把酶分子中的金属离子换成另一种金属离子，使酶的催化特性发生改变的修饰方法。
13、大分子结合修饰（macro molecules combine modification）：采用水溶性大分子与酶的侧链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变，从而改变酶的催化特性的方法。
14、侧链基团修饰（side residues modification）：采用一定方法使酶的侧链基团发生改变，从而改变酶的催化特性的修饰方法。
15、肽链有限水修饰（peptide chain limit hydrolysis modification）：在肽链的限定位点进行水解，使酶的空间结构发生某些精细的改变，从而改变酶的催化特性的方法。
16、定点突变（site-specific mutagenesis）：指在DNA序列上的某一特定位点上进行碱基的改变，从而获得突变基因的操作技术。
抗体酶
抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合 成的分子 抗体酶催化反应的介质效应
酯解反应中介质效应 ： 抗体酶在有机溶剂中具稳定性。 脱羧反应中介质效应：有机溶剂引起脱羧反应速率增 加。
ห้องสมุดไป่ตู้
酰基转移反应中介质效应 ：在疏水溶剂中，活性较高。
抗体酶的制备
将抗体转变为酶可通过诱导法、拷贝法、引入法、化学修饰法等 途径。
1999年，Okamoto报道多克隆 的抗体酶41s-2-L能够特异识别艾 滋病病毒gp41的一段十分保守的 氨基酸序列并将其降解。 2010年，Haggag阐明了DNA酶 的抗体酶中分子模型中结构和功能 之间的关系。 如今，抗体酶已经在新肿瘤药物的 开发，手性药物的拆分，毒品的戒 除，复杂天然产物的合成方面显示 出巨大的潜在价值
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用酶作为抗原免疫动物得到抗 酶的抗体，再将此抗体免疫动 物并进行单克隆化，获得单克 隆的抗抗体。 对抗抗体进行筛选，获得具有 原来酶活性的抗体酶。
引入法
用基因工程方法改造和制备全新的抗体酶是一种很 有前途和发展潜力的抗体酶制备方法。 将催化基因引入到特异抗体的抗原结合位点上，也 可以针对性地改变抗体结合区的某些氨基酸序列， 以获得高效的抗体酶。
—— 洪维剑, 蔡发国, 朱丽如. 抗体酶研究的新进展[J]. 饲料研究, 2009,(10)
1) 存在的问题及解决策略： 问题1：目前, 抗体酶技术工业化面临的最大困难是生产 出的一些抗体酶的底物专一性、反应选择性和催化效率不 如天然酶。 抗体酶催化活性较低的可能原因是：
1.设计出的半抗原与真实过渡态之间总会存在细微的差别； 2.抗体酶的结合位点易受底物抑制和环境因素的影响； 3.同一种类的不同细胞产生的抗体酶的活性有差异，多数特异性的 抗体酶并不是单一的分子种类,这使得抗体酶的分离纯化较为困难。 4.抗体酶多为鼠源性的单克隆抗体, 在诱导中机体内可能会产生抗 催化抗体的蛋白, 使抗体酶失活。
抗体酶
抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设 计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作 酶。它是酶工程的一个全新领域。 构建有别于天然功能酶的新酶类，是酶工程研究 的又一前沿领地。
2013-11-13
拷贝法
用已知酶作为抗原免疫动物，通过单克 隆技术，制得抗该种酶的抗体。再以此种抗 体免疫动物，再次采用单克隆技术，经筛选 与纯化，就可获得具有原来酶活性的抗体酶 (因为抗原与该抗产生的抗体具有互补性， 经过上述两次拷贝，就把酶的活性部位的信 息翻录到抗体酶上，使该抗体酶能高选择性 地催化原酶所催化的反应)。 这种方法对自然界来源稀少的紧缺酶， 不失为一种有价值的有潜力的方法。
2013-11-13
既然过渡态分子难以捕获，而过渡态类似物 是能够模拟一个酶催化反应过渡态的结构的 稳定物质，于是人们就设想，只要寻找到与 反应中决定性步骤的相应酶紧密结合的酶竞 争性抑制剂，就等于发现了过渡态类似物； 还有一种思路，就是这种类似物也能根据化 学反应机制推测设计出来。然后，以过渡态 类似物为半抗原，利用哺乳动物的免疫系统， 诱导与其互补构象的抗体产生，这种抗体即 具有催化活性——这就是 1969 年Jencks 提出的，他发展了 Pauling 的理论；接着， Kohler 和Milstein 于 1975 年发明了具有 历史意义的单克隆技术，使抗体酶的生产成 为可能。
2013-11-13
诱导法
诱导法是选择适当的化学模型物与载 体蛋白连接后给动物免疫，通过杂交瘤技术 筛选和分离单克隆抗体（所得抗体催化效果 的好坏很大程度上取决于化学模型物的设 计）。
2013-11-13
基因工程法
对于已经获得的单抗，分析其氨基酸 序列和相应基因的碱基序列，将抗原结合部 位的基因换上编码有催化作用的氨基酸的基 因，这就是基因工程法制备抗体酶的主要内 容。为可能。利用抗体库技术，在将来也 许有可能绕开免疫，产生完全由基因工程构 建的全新抗体酶。
抗体酶(Abzyme)
免疫球蛋白IgG的一级结构
IgG的三级结构
IgG与抗原形成 的交联晶格
酶 联免疫分析
酶 联 免 疫 吸 附 分 析 （ enzyme-linked immunosorbent assay ELISA）是将酶作为标 记物质，使之和抗原（或抗体）结合形成酶与 抗原（或抗体）复合物，然后再根据待测抗体 （或抗原）与复合物专一且定量的结合关系， 通过测定待测抗体（或抗原）结合的标记酶活 力，从而计算出抗原或抗体的量。
团，如亲核性，亲电性氨基酸，酸性氨基酸，碱 SA法；用ELISA法筛选对半抗原有亲和力 的单克隆抗体 。 2、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。
3、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做为筛选单克隆抗体的 标准。 4、基因筛选法 ：应用基因探针，对基因抗体库 进行分析和筛选。
酶标免疫分析示意图
很多天然酶活性中心都含有金属离子。 Lerner等将金属离子引入抗体酶，成功地催化 了肽键的选择性水解。他们用三乙撑胺Co3+盐
作为金属离子辅因子，所用半抗原分子带有一
肽键。且通过羧根及仲胺基与金属离子相连。 将此半抗原通过共价键连接在载体蛋白免疫动
物产生的抗体，在金属离子复合物作为辅因子
的参与下，这些抗体酶能选择性水解甘氨酸和 丙氨酸之间的肽键 .
三、抗体酶的催化反应类型
1、转酰基反应
2、水解反应
3、Claisen重排反应 4、酰胺合成反应
5
Diels-Alder反应 6、转酯反应 7、光诱导反应 8、氧化还原反应 9、脱羧反应 10、顺反异构化反应
四、抗体酶的制备
1、细胞融合法：用设计好的半抗原，通
酶 答案
第四章 酶一、名词解释1．酶：是生物体内一类具有催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。
2．酶的专一性：一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，生成一定的产物。
这种现象称为酶的专一性或称酶的特异性。
3．酶的活性中心：或称活性部位。
指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。
4．2.抗体酶（abzyme ）：是一种具有催化能力的蛋白质，其本质上是免疫球蛋白，但是在易变区被赋予了酶的属性，所以又称为“催化型抗体”。
5．米氏方程：6．激活剂：使酶活性增加的物质称为激活剂。
7．酶活力：也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。
8．米氏常数Km ：酶的特征常数，其含义是酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
9．可逆抑制作用：抑制剂常以非共价键与酶可逆结合，使酶活性降低或丧失。
可以用透析或超滤等物理方法去除，这种抑制作用称可逆抑制作用。
10．不可逆抑制作用：抑制剂常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，抑制剂与酶的结合牢固不能用透析或超滤等物理方法去除，这种抑制作用称不可逆抑制作用。
11．变构酶：除具有酶的活性中心外，还具有与调节物结合的调节中心的寡聚酶称为变构酶。
12．同工酶：指催化相同化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质不同的一组酶。
13．单体酶：只有一条多肽链的酶。
14．寡聚酶：由几条或几十条相同或不同的多肽链亚基以非共价键结合的酶。
15．多酶复合体：由几种功能相关的酶彼此嵌合形成复合体。
16．核酶：化学本质为RNA 的酶。
17．酶的活力单位：单位时间内转化单位物质的量的底物所需要的酶量。
18．比活力：指每单位质量样品中的酶活力。
19. 诱导酶（inducenzyme ）是细胞内在正常状态下一类很少存在或没有的酶，当细胞中因加入了诱导物后而被诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。
20. 全酶；即蛋白质部分和非蛋白质部分（辅助因子）。
酶 答案
第四章 酶一、名词解释1．酶：是生物体内一类具有催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。
2．酶的专一性：一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，生成一定的产物。
这种现象称为酶的专一性或称酶的特异性。
3．酶的活性中心：或称活性部位。
指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。
4．2.抗体酶（abzyme ）：是一种具有催化能力的蛋白质，其本质上是免疫球蛋白，但是在易变区被赋予了酶的属性，所以又称为“催化型抗体”。
5．米氏方程：6．激活剂：使酶活性增加的物质称为激活剂。
7．酶活力：也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。
8．米氏常数Km ：酶的特征常数，其含义是酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
9．可逆抑制作用：抑制剂常以非共价键与酶可逆结合，使酶活性降低或丧失。
可以用透析或超滤等物理方法去除，这种抑制作用称可逆抑制作用。
10．不可逆抑制作用：抑制剂常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，抑制剂与酶的结合牢固不能用透析或超滤等物理方法去除，这种抑制作用称不可逆抑制作用。
11．变构酶：除具有酶的活性中心外，还具有与调节物结合的调节中心的寡聚酶称为变构酶。
12．同工酶：指催化相同化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质不同的一组酶。
13．单体酶：只有一条多肽链的酶。
14．寡聚酶：由几条或几十条相同或不同的多肽链亚基以非共价键结合的酶。
15．多酶复合体：由几种功能相关的酶彼此嵌合形成复合体。
16．核酶：化学本质为RNA 的酶。
17．酶的活力单位：单位时间内转化单位物质的量的底物所需要的酶量。
18．比活力：指每单位质量样品中的酶活力。
19. 诱导酶（inducenzyme ）是细胞内在正常状态下一类很少存在或没有的酶，当细胞中因加入了诱导物后而被诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。
20. 全酶；即蛋白质部分和非蛋白质部分（辅助因子）。
综述_抗体酶的研究进展_
中山大学研究生学刊（自然科学、医学版）第34卷第3期JOUＲNAL OF THE GＲADUATES VOL.34ɴ32013SUN YAT-SEN UNIVEＲSITY（NATUＲAL SCIENCES、MEDICINE）2013综述《抗体酶的研究进展》*陆诗淼（1．中山大学中山医学院免疫学专业）【内容提要】抗体酶又称催化性抗体，是具有催化活性的免疫球蛋白，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巧妙结合的产物，它可促进许多用普通化学方法很难完成，或者天然酶尚未能催化的新奇转变，特别是自然界不存在的高效催化剂，对生物学、化学和医学等多种学科有重要的理论意义和实用价值。
文章综合介绍了抗体酶研究的历史过程、催化抗体的结构、性质、催化的反应类型原理、制备、应用及研究的最新进展。
【关键词】催化抗体；抗体酶；酶学特征；应用进展抗体酶是具有催化性质的抗体。
从1883年Payen和Personz发现第一个酶以来，自从1986年Schultz和Lerner首次证实由过渡态类似物为半抗原，通过杂交瘤技术产生的抗体具有类似酶的催化活性以来，直至20世纪80年代初期，整整一个半世纪，发现的酶已经超过了4000种。
1986年，Schultz和Lerner同时在美国《Science》周刊上发表了他们各自独立领导的研究组对抗体酶的研究报告，并将之命名为Abzyme。
Abzyme本质为免疫球蛋白（Ig），只是在易变区被赋予了酶的属性，故又被称为催化抗体（Catalytic antibody）。
抗体有极高的亲和力，解离常数在10－4 10－14mol/L，这与酶相似，但无催化活力。
酶的催化机制在于它能结合底物产生过渡态，降低能垒，改变化学反应的速度。
抗体酶显示出在许多领域的潜在应用价值，包括许多困难和能量不利的有机合成反应，前药设计，临床治疗，材料科学等多个方面。
抗体酶这种兼具抗体和酶的性质的崭新物质，它集生物学、免疫学、化学于一身，它的发现打破了只有天然酶才有的分子识别和加速催化反应的传统观念，为酶工程学开创了新的领域，同时也为验证天然酶的催化机制，进行酶的人工摸拟，以及研究天然酶催化作用的起源提供了很好的帮助。
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这就可在细菌培养中繁殖数百万计不同抗体。
抗原和抗体
当外源物性物质，如蛋白质、毒素、糖
蛋白、脂蛋白、核酸、多糖、颗粒（细菌、
细胞、病毒）进入人或动物体内时，机体的
免疫系统便产生相应的免疫球蛋白（immune
globin），并以之结合，以消除异物的毒害。
此反应称为免疫反应，此异物便是抗原，此
球蛋白便是抗体。
团，如亲核性，亲电性氨基酸，酸性氨基酸，碱 性氨基酸等。
五、抗体酶的筛选
1、ELISA法；用ELISA法筛选对半抗原有亲和力 的单克隆抗体 。 2、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。
3、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做为筛选单克隆抗体的 标准。 4、基因筛选法 ：应用基因探针，对基因抗体库 进行分析和筛选。
免疫球蛋白IgG的一级结构
IgG的三级结构
IgG与抗原形成 的交联晶（ enzyme-linked immunosorbent assay ELISA）是将酶作为标 记物质，使之和抗原（或抗体）结合形成酶与 抗原（或抗体）复合物，然后再根据待测抗体 （或抗原）与复合物专一且定量的结合关系， 通过测定待测抗体（或抗原）结合的标记酶活 力，从而计算出抗原或抗体的量。
二、抗体酶的催化作用机理
1、过渡态理论与抗体酶 2、抗体酶催化的三种重要反应机制
水解作用机制 基团转移 连续反应机制 3、抗体酶催化反应的介质效应 酯解反应中介质效应 ： 抗体酶在有机溶 剂中具稳定性。 脱羧反应中介质效应 ；有机溶剂引起脱 羧反应速率增加。 酰基转移反应中介质效应 ：在疏水溶剂 中，活性较高。
三、抗体酶的催化反应类型
1、转酰基反应
2、水解反应
3、Claisen重排反应 4、酰胺合成反应
5
Diels-Alder反应 6、转酯反应 7、光诱导反应 8、氧化还原反应 9、脱羧反应 10、顺反异构化反应
四、抗体酶的制备
1、细胞融合法：用设计好的半抗原，通
过间隔链与载体蛋白（如牛血清白蛋白） 偶联制成抗原。然后对此抗原进行免疫， 使宿主有机体针对抗原产生抗体，产生抗 体的脾脏细胞与骨髓细胞相融合。融合得 到的杂交细胞既能产生抗体又能在体外培 养。将杂交体克隆化，即能产生单一均匀 的抗体。
5、拷贝法：用酶作为抗原免疫动物得到抗酶的抗 体，再将此抗体免疫动物并进行单克隆化，获得 单克隆的抗抗体。对抗抗体进行筛选，获得具有 原来酶活性的抗体酶。 6、共价抗原免疫法
这是在亲和标记抑制剂基础上发展起来的新的
抗体酶制备方法。以亲和标记剂为半抗原，则抗
体结合部位将产生与亲和基团电荷性质相反的基
很多天然酶活性中心都含有金属离子。 Lerner等将金属离子引入抗体酶，成功地催化 了肽键的选择性水解。他们用三乙撑胺Co3+盐
作为金属离子辅因子，所用半抗原分子带有一
肽键。且通过羧根及仲胺基与金属离子相连。 将此半抗原通过共价键连接在载体蛋白免疫动
物产生的抗体，在金属离子复合物作为辅因子
的参与下，这些抗体酶能选择性水解甘氨酸和 丙氨酸之间的肽键 .
2.抗体酶用于肿瘤治疗
目前正在发展一种称为抗体介导前药治疗 （ADEPT）技术，即将能水解前药释放出肿瘤
细胞毒剂的酶和肿瘤专一性抗体相偶联，这样酶
就会通过和肿瘤结合的抗体而存在于细胞的表面。 静脉给药后，当药物扩散至肿瘤细胞的表面或附
近，抗体酶就会将前药迅速水解释放出抗肿瘤药
物，从而提高肿瘤细胞局部药物浓度，增强对肿 瘤的杀伤力，达到提高肿瘤化疗效果的目的。当 然交药只能被抗体酶水解而不能被内源性酶水解， 抗原还要尽量减少免疫原性 。
免疫球蛋白的结构与功能
1．抗原(antigen)抗体(antibody)的一般概念
2、免疫球蛋白结构
（1） 一级结构
（2） 空间结构
IgG与抗原形成 的交联晶格
一、抗体酶的催化特征
1、与天然酶相比抗体酶的特点
能催化一些天然酶不能催化的反应 有更强的专一性和稳定性 催化作用机制不同 2、抗体酶和非催化性抗体作用的比较 更高的反应特异性 反应的可逆性 反应的量效性 反应过程
2、抗体结合位点化学修饰法：抗 体酶和酶一样也可以用化学修饰 法加以改造。对抗体酶进行结构 修饰的关键是找到一种温和的方 法在抗体结合位置或附近引入具 有催化功能的基因。游离巯基就 是适合的基团之一，它具有高亲 核性，易于氧化，及能通过二硫 化物进行交换反应或亲电反应而 选择性修饰的特点
3 . 引入辅助因子法
4
用生物工程的方法产生抗体 Fab片断由轻链和重链的VH及CH1部分组成， 作为一种催化剂，抗体酶有这样的片断就行，
无须完整的抗体分子。从人或动物的抗原中
抽取基因，然后用酶反应复制基因的聚合酶 链反应（PCR）技术重新铸造轻链和重链， 这样就可以把这些基因组合成100万个含有 成对轻链和重链的基因库。这些基因库是存 储在细菌病毒里，通过随机地将基因和轻重 链结合的方法，就可大量制造Fab片断了。 片断里的基因是通过细菌的形式表达出来的。
抗体酶（Abzyme)
主讲 陈 惠
抗体酶（Abzyme)
概念：抗体酶 或催化抗体（Catalytic antibody)是一种新型人工酶制剂，是一 种具有催化功能的抗体分子，在其可 变区赋予了酶的属性。它是利用现代 生物学与化学的理论与技术交叉研究 的成果，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。
酶标免疫分析示意图
六、抗体酶的应用前景
1、 抗体酶在帮助戒毒方面的应用 Landry等用可卡因水解的过渡态类似物-磷酸单酯 为半抗原，产生的单克隆抗体能催化可卡因的分解，
其催化活性和血液中催化可卡因的丁酰胆碱酯酶差
不多，水解后的可卡因片断失去可卡因刺激功能。 因此，用人工抗体酶的被动免疫也许能阻断可卡因 上瘾，达到戒毒目的 。