抗体酶简介及研究进展

抗体药物的研究现状和发展趋势一、研究现状1．抗体研究发展历程抗体作为药物用于人类疾病的治疗拥有很长历史。

但整个抗体药物的发展却并非一帆风顺，而是在曲折中前进。

第一代抗体药物源于动物多价抗血清，主要用于一些细菌感染性疾病的早期被动免疫治疗。

虽然具有一定的疗效，但异源性蛋白引起的较强的人体免疫反应限制了这类药物的应用，因而逐渐被抗生素类药物所代替。

第二代抗体药物是利用杂交瘤技术制备的单克隆抗体及其衍生物。

单克隆抗体由于具有良好的均一性和高度的特异性，因而在实验研究和疾病诊断中得到了广泛应用。

单抗最早被用于疾病治疗是在 1982 年，美国斯坦福医学中心 Levy 等人利用制备的抗独特型单抗治疗 B 细胞淋巴瘤，治疗后患者病情缓解，瘤体消失，这使人们对抗体药物产生了极大的期望。

1986 年，美国 FDA批准了世界上第一个单抗治疗性药物——抗 CD3单抗 OKT3进入市场，用于器官移植时的抗排斥反应。

此时抗体药物的研制和应用达到了顶点。

随着使用单抗进行治疗的病例数的增加，鼠单抗用于人体的毒副作用也越来越明显。

同时一些抗肿瘤单抗未显示出理想效果。

人们的热情开始下降。

到 20 世纪 90 年代初，抗内毒素单抗用于治疗脓毒败血症失败使得抗体药物的研究进入低谷。

由于大多数单抗均为鼠源性，在人体内反复应用会引起人抗鼠抗体（HAMA）反应，从而降低疗效，甚至可引起过敏反应。

因此，一方面在给药途径上改进，如使用片段抗体、交联同位素、局部用药等使鼠源性抗体用量减少，也增强了疗效；另一方面，积极发展基因工程抗体和人源抗体。

近年来，随着免疫学和分子生物学技术的发展以及抗体基因结构的阐明， DNA 重组技术开始用于抗体的改造，人们可以根据需要对以往的鼠抗体进行相应的改造以消除抗体应用不利性状或增加新的生物学功能，还可用新的技术重新制备各种形式的重组抗体。

抗体药物的研发进入了第三代，即基因工程抗体时代。

与第二代单抗相比，基因工程抗体具有如下优点：①通过基因工程技术的改造，可以降低甚至消除人体对抗体的排斥反应；②基因工程抗体的分子量较小，可以部分降低抗体的鼠源性，更有利于穿透血管壁，进入病灶的核心部位；③根据治疗的需要，制备新型抗体；④可以采用原核细胞、真核细胞和植物等多种表达形式，大量表达抗体分子，大大降低了生产成本。

新疆农业大学课程论文题目 : 抗体酶在医学中的应用课程 : 酶与酶工程姓名 :专业 :班级 :学号 :指导教师 : 职称:2014 年月日抗体酶在医学中的应用纲要：催化抗体也叫抗体酶 , 是拥有催化活性的免疫球蛋白。

抗体酶作为一种高效的催化抗体 , 因为它兼具抗体的高度选择性和酶的高效催化性 , 因此催化抗体系备技术的开发预示着可人为生产适应各样用途的 , 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适用价值。

本文主要研究抗体酶在医学中的应用。

重点词：抗体酶，医学，应用Abzyme applications in medicineAuthor : Wu Juan Instructor: Su Yu MeiAbstract：Antibodies Antibodies , also known as catalytic enzymes, immunoglobulins having catalytic activity . Antibody enzyme as an efficient catalytic antibody , because it is both highly efficient and selective catalytic antibodies and enzymes , and thus the development of the catalytic antibody technique indicates that various applications can be produced artificially , in particular does not exist in nature efficient catalysts for a variety of disciplines of biology, chemistry and medicine have important theoretical and practical value. This paper studies the antibody enzyme in medicine. Key words: Abzyme , medical，applications序言：酶的催化拥有高效、高专一性、反响条件平和等明显特色。

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。

抗体酶是具有催化性质的抗体，它同时具备抗体和酶的特征，可催化多种化学反应，如酰基转移、酯水解、酰胺水解、重排反应、光诱导反应、氧化还原分应、金属螯合反应等。

用人工方法合成的抗体酶，可作为研究酶作用机理的有力工具，用于催化大量天然酶不能催化的立体专一性反应，更为开发具有高度选择性的药物指明了方向。

本文对抗体酶的研究开发思路和历史、催化反应类型、制备方法及发展前景作了综述。

关键词抗体酶过渡态类似物催化反应抗体酶是具有催化性质的抗体。

1986年，Lerner和Schultz [1] 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 ~10 mol/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。

抗体酶同时具备了抗体和酶的特征，应用前景十分广阔。

一、抗体酶设计的研究思路及历史过程1946年，Pauling用过渡态理论阐明了酶催化的实质，即酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应的过渡态(底物激态)，从而降低反应能级。

他指出，酶通过某种方式与高能、短寿命的过渡态结合而起催化作用。

这个过渡态构型中某些键在形成，另一些键在断裂，存在时间极短，半衰期约为10 ~10 s，实际中极难捕获。

同时，Pauling又指出酶和抗体的根本不同在于前者选择性的结合一个化学反应的过渡态，而抗体则是结合一个基态分子。

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。

抗体酶摘要：抗体酶是一种具有催化活性的免疫球蛋白，它既有抗体的高度选择性，又有酶的高效性。

因此它的发现不仅提供了研究生物催化过程的新途径，而且能为生物学、化学和医学提供具有高度特异性的人工生物催化剂，并可以根据需要使人们获得具有某些不能被酶催化或较难催化的化学反应催化剂。

抗体酶的出现，意味着有可能出现简单有效的方法，从而人们可凭主观愿望来设计蛋白质。

这一发现是利用生物学和化学成果在分子水平上交叉渗透研究的产物。

本文总结了抗体酶的结构、性质、产生方法、筛选方法、酶学特征及研究的最新进展。

关键词：抗体酶酶学特征筛选性质抗体酶(Abzyme)或催化抗体(Catalytic antibody)是一种新型人工酶制剂，它是依据对酶分子催化反应机制的理解,结合免疫球蛋白的分子识别特性,应用免疫学、细胞生物学、化学、分子生物学、等技术制备的具有高度底物专一性及特殊催化活力的新型催化抗体。

由于抗体酶的多样性、特异性和稳定性已经形成了生物界中的一个崭新的超分子体系它把免疫学酶学理论的发展和抗体在医药工业等领域的应用推向一个新水平。

近年来对抗体酶的制备，催化反应特性及分子结构等已进行了一些阐明下面介绍抗体酶的基本性质和研究进展。

1 抗体的结构抗体和酶一样是大分子蛋白质，由2条相同的轻链(大约2500D)和2条相同的重链(大约5000D)组成。

轻链由VL(可变区)和CL(不变区)组成，重链也由VH(可变区)和CH(不变区)组成。

重链和重链及重链和轻链之间通过二硫键相连，此外重链还有一连接枢扭抗体的结合部位由6个超变区组成对同类型抗体CL和CH部分氨基酸的序列相同,然而VL和VH是非常专一的，可变区大约由110个氨基酸组成,至少可产生108个不同抗体它是抗体多样性的基础。

Fab片段由轻链和重链VH及CH1组成抗体-抗原复合物是借助范得华力疏水作用静电作用及氢键作用而形成。

2 抗体酶的基本结构及性质抗体酶主要来自IgG抗体分子。

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。

1科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 高 新 技 术免疫是人类和脊椎动物最重要的防御机制,它是在生物进化过程中逐步发展并完善起来的。

免疫系统能在分子水平上识别“自我”和“非我”,进而破坏“非我”的分子。

由此既能保护自身的组织免受免疫系统的侵犯,又能消灭外来的物质。

免疫系统就是以这种方式消灭病毒、细菌等病原以及对生物体造成威胁的大分子。

在免疫系统中,免疫球蛋白起着关键性的作用。

免疫球蛋白或称抗体,是一类可溶性的血清糖蛋白,是血清中最丰富的蛋白质之一。

抗体具有两个特点:一是高度的特异性,而是巨大的多样性。

特异性是指抗体一般只能与引起免疫反应的抗原进行专一反应。

多样性是指抗体可以和大量的抗原(人工和合成)进行反应。

新陈代谢是生命活动的基础,是生命活动最重要的基本特征。

而在生物体中进行的各类物质代谢和能量代谢,都是需要酶的参与。

生物的生长、发育、生殖、神经活动、运动等都是和酶紧密相关的。

可以说,缺少了酶,生命活动就无法进行。

人类对于酶的认识,最早起源于生活和生产实践。

近十几年来,生物化学和分子生物学的研究有了很大的进展,因此酶学研究也是硕果累累。

酶工程已成为当代生物工程的重要支柱。

酶作为生物催化剂和普通的化学催化剂相比,有着共同性。

酶和其他催化剂都能显著加快反应达到平衡的时间,大大地提高了反应速率,但却不能改变化学平衡常数。

酶和其他催化剂在反应前后,其自身的化学性质不改变。

显然,酶作为细胞产生的生物催化剂,还有着独特之处。

首先,酶容易失活。

凡能使生物大分子变性的因素,如高温、强碱、强酸、重金属盐等都能使酶失活。

因此酶的作用条件是常温,常压和接近中性的酸碱条件。

其次,酶还具有很高的催化效率。

重要的是酶具有高度的专一性。

如上所述,酶系统和免疫系统在生物体中占据着重要的位置。

酶的化学本质除了具有催化活性的R N A 外几乎都是蛋白质。

类似的是,抗体的本质也是蛋白质。

浅析抗体酶存在的问题及解决方案尹孟慧;范治国;周丽娟【摘要】抗体酶又叫催化抗体,兼具抗体的高度选择性和酶的高效性,可人为生产适应各种用途的,特别是自然界不存在的高效催化剂.本文主要介绍了抗体酶的存在的问题并予以解决措施.【期刊名称】《兽医导刊》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】1页(P36)【关键词】抗体酶;问题;解决措施【作者】尹孟慧;范治国;周丽娟【作者单位】河北省沧州市东光县农业局,河北东光 061600;河北省沧州市东光县农业局,河北东光 061600;河北省沧州市东光县农业局,河北东光 061600【正文语种】中文抗体酶是一种具有催化活性的免疫球蛋白，它既有抗体的高度选择性，又有酶的高效性。

因此它的发现不仅提供了研究生物催化过程的新途径，而且能为生物学、化学和医学提供具有高度特异性的人工生物催化剂，并可以根据需要使人们获得具有某些不能被酶催化或较难催化的化学反应催化剂。

抗体酶的出现，意味着有可能出现简单有效的方法，从而人们可凭主观愿望来设计蛋白质。

这一发现是利用生物学和化学成果在分子水平上交叉渗透研究的产物。

尽管抗体酶的研究和应用已经取得了很大的进展，但离实际或规模应用还存在不小的差距，主要原因是人们对抗体酶的认识还很肤浅，还有很多问题亟待解决，归纳起来大致有以下几方面的问题：1.1 抗体酶存在的问题（1）催化效率。

抗体酶是不对称合成的理想催化剂，其催化反应的范围十分广泛，而且还在不断拓展。

但也应看到抗体酶在应用过程中的局限性，至今只有少数的抗体酶已经获得实际应用，而综合考虑抗体酶的来源、费用、可靠性和催化效率等因素后，绝大多数的抗体酶还远未达到实用阶段。

其中催化效率是抗体酶能否实现实用的关键因素，因为它直接关系到反应时间是否合理、反应的收率是否可以被人们接受。

从目前的情况来看，与酶的催化速度相比较，大部分抗体酶的反应速度要低2～3个数量级。

（2）抗体酶的筛选。

目前的筛选方法一般是通过对半抗原亲合力的大小进行筛选，而不是通过催化活性的大小来进行，此时的问题是，与半抗原的亲和力最大的抗体却不一定是最好的抗体酶。

抗体酶研究的新进展摘要:催化抗体也叫抗体酶，是具有催化活性的免疫球蛋白。

由于它兼具抗体的高度选择性和酶的高效催化性，因而催化抗体制备技术的开发预示着可人为生产适应各种用途的，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。

关键词：催化抗体抗体酶筛选酶学特征抗体酶或催化抗体是一种新型人工酶制剂，它是依据对酶分子催化反应机制的理解，结合免疫球蛋白的分子识别特性，应用免疫学、细胞生物学、化学和分子生物学等技术制备的具有高度底物专一性及特殊催化活力的新型催化抗体。

抗体酶的多样性、特异性和稳定性，已形成了生物界中一个崭新的超分子体系，它把免疫学、酶学理论的发展和抗体在医药及工业等领域的应用推向一个新水平。

近年来，对抗体酶的制备、催化反应特性及分子结构等已进行了一些研究，下面介绍抗体酶的基本性质和研究进展。

1抗体的结构抗体和酶一样是大分子蛋白质，由2条相同的轻链(约2500u)和2条相同的重链(约5000u)组成(见图1)。

轻链由VL(可变区)和CL(不变区)组成，重链也由Ⅶ(可变区)和CH(不变区)组成。

重链和重链一连接枢扭。

抗体的结合部位由6个超变区组成。

对同类型抗体CL和CH部分氨基酸的序列相同，然基酸组成，至少可产生1亿个不同抗体，它是抗体多样性的基础。

抗原结合片断(Fab)由轻链和重链VH及CH1组成。

抗体一抗原复合物是借助范得华力、疏水作用、静电作用及氢键作用而形成。

2抗体酶的基本结构及性质抗体酶主要来自IgG抗体分子。

对抗体结构分析表明：I分子是由2条相同的重链及2条相同的轻链靠二硫键连接而成。

木瓜蛋白酶作用抗体后，产生3个片断，其中相同的2个片断为Fab；Fab中与抗原结合的部位，是高度可变区(Fv)，该部位广泛的结构及顺序变化决定了抗体对外来物质的识别特性，其中电荷互补及立体互补是其分子识别的主要特征。

3抗体酶的产生途径和方法酶与其催化的活性化合物间具有结构互补的性质，即酶分子与“反应过渡态”化合物互补，从分子识别角度看，这种互补关系类似于抗体抗原间的互补作用。

抗体酶综述广西医科大学公共卫生学院2011级预防13班刘相斌摘要：催化抗体也叫抗体酶，是具有催化活性的免疫球蛋白，通过改变抗体中与抗原结合的微环境，并在适当的部位引入相应的催化基团，所产生的具有催化活性的抗体。

高中的时候学生物时简单的理解抗体就是说把抗原打到动物体内，动物必定要产生一种物质消灭抗原叫抗体，这个抗体就是抗体酶，所谓抗体酶，说白了就是有催化活性的抗体。

抗体酶自1986年研制成功以来,在生物学、化学、医学、制药等诸多学科中发挥着重要的作用,它开创了催化剂研究和生产的崭新领域.抗体酶的研究深化了对酶本质的认识,丰富了酶的种类,是酶学研究的一大进步。

关键词：抗体酶制备应用进展免疫球蛋白抗体酶催化的反应导言：抗体酶是具有催化活性的免疫球蛋白,它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正文：抗体酶是具有催化活性的免疫球蛋白,它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.本文从抗体酶的作用机理、设计与制备、应用领域、存在的问题和研究展望等多个角度进行综述.抗体酶或催化抗体是一种新型人工酶制剂，它是依据对酶分子催化反应机制的理解，结合免疫球蛋白的分子识别特性，应用免疫学、细胞生物学、化学和分子生物学等技术制备的具有高度底物专一性及特殊催化活力的新型催化抗体。

1946年，鲍林(Pauling)用过渡态理论阐明了酶催化的实质，即酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应的过渡态(底物激态)，从而降低反应能级。

1969年杰奈克斯(Jencks)在过渡态理论的基础上猜想：若抗体能结合反应的过渡态，理论上它则能够获得催化性质。

一、抗体酶的利用价值：从抗体酶的实践看出，抗体酶是研究酶作用机理的有力工具。

酶抑制剂的研究支持了Pauling过渡态理论，但它只能提供作用过程中结合专一性的信息，不能给出结合后发生催化反应以及结合与催化之间的关系。

LUOYANG NORMAL UNIVERSITY 2010年酶工程学年论文分子酶工程研究进展院（系）名称生命科学系专业名称生物科学学生姓名李艳艳学号101314022指导教师程彦伟完成时间2013年12月分子酶工程研究进展李艳艳（生命科学系生物科学专业学号：101314022）摘要：酶工程的研究已经发展到分子水平，通过基因操作，已实现了许多酶的克隆和表达定点突变成为研究酶结构与功能的常规手段，并被广泛用于改善酶的性能。

体外分子进化方法则大幅提高了酶分子的进化效率，并有可能发展新功能酶。

融合蛋白技术的发展使构建新型多功能融合酶成为可能。

这里对分子酶工程学的研究与发展情况进行了综述。

关键词：分子酶工程；基因克隆；改造；定向进化；融合；人工模拟酶，由于其特异和高效的催化作用，在生命活动中扮演重要的角色。

其中，尤其是源于微生物的酶。

很早就被广泛开发服务于人类的各种需求，如酿造、酶法转化、疾病诊断与治疗、药物生产、环境污染物去除，等等。

然而，天然酶常常十分昂贵，且大多数酶由于非常“娇嫩”而难以实际应用。

近年来，结构生物学和基因操作技术的发展使得科学家能够对酶分子进行有效地改造，甚至开始为“目的”而设计，从而导致了分子酶工程学的发展。

概括地说，分子酶工程学就是采用基因工程和蛋白质工程的方法和技术，研究酶基因的克隆和表达、酶蛋白的结构与功能的关系以及对酶进行再设计和定向加工，以发展性能更加优良的酶或新功能酶。

当前的研究热点可以概括为3个方面：一是利用基因工程技术大量生产酶制剂；二是通过基因定点突变和体外分子定向进化对天然酶蛋白进行改造；三是通过基因和基因片段的融合构建双功能融合酶。

1 酶的基因克隆与异源表达天然酶在生物体中含量一般较低，难以提取和大量制备。

限制了它的推广应用。

重组DNA技术的建立，使人们可以较容易地克隆各种各样天然的酶基因，并将其在微生物系统中高效表达，从而在很大程度上摆脱对天然酶源的依赖。