1986年Schultz以对硝基苯酚磷酸胆碱酯（PNPPC） 作为相应的羧酸二酯的过渡态类似物。 诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快12000倍。

抗体酶

抗体酶（Abzyme）或催化抗体（Catalytic antibody)

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。
酯酶催化反应的过渡态类似物设计(方框内为半抗原)

用一个带有电荷的半抗原作为免疫原，在免疫进化过程中 诱异抗体结合部位的一个氨基酸残基带有互补的电荷，使 其具有酸、碱或亲核催化的能力。
Janda等根据此原理，以带电

的半抗原1为诱导，得到7个
能催化和半抗原1结构类似的 底物3水解的单克隆，而结构 相同但不带电的半抗原2(作 为比较)却未得到有催化活性



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，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。
抗体酶的应用前景

1、 抗体酶在帮助戒毒方面的应用

前药 ( prodrug)是指由具有生物活性的药物 经化学修饰后转变为体外无活性的化合物。这 种化合物在体内经酶或非酶作用，脱去保护基， 释放出母体药物而发挥治疗作用。

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。 当然前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 。
的单克隆。
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。

独特型

每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志
独特型是单克隆的，其抗原决定簇位于V区

同一个体中不同B细胞克隆所产生的Ig可变区 所具有的抗原特异性标志，由Ig超变区特有的 氨基酸序列和构型所决定。
抗体酶 （Abzyme)
内容

抗体酶概念 抗体酶产生的理论基础 抗体酶的制备方法 抗体酶的应用
抗体

由抗原诱导产生的，在结构上与抗原高度互补并 与抗原具有特异结合功能的免疫球蛋白。
抗体的最显著的特征是


多样性和专一性
酶是生物催化剂

酶是一类具有催化功能的生物分子 酶反应有两个主要的特征：


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
抗体酶的特性

2、有更强的专一性和稳定性

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。

独特型可由多个抗原决定簇组成，这些决定簇称 为独特位。
抗独特型抗体

Ab2α

抗Ab1V区骨架部分，具有封闭相应BCR或Ig分 子的抗原结合点，抑制相应B细胞克隆的活化 抗Ab1V区CDR部分，具有类似相应抗原的分子 构象，可模拟抗原与相应B细胞克隆受体结合 并使之激活，故称为抗原的内影像

Ab2β

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 。

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。

随着噬菌体抗体库技术的完善，可根据需要构建适当序列 的基因片断，绕过免疫学方法，构建全新的抗体酶。 噬菌体展示技术将组建亿万种不同特异性抗体可变区基因 库和抗体在大肠杆菌中功能性表达，与高效快速的筛选手 段结合起来，彻底改变了抗体酶生产的传统途径。 用工程抗体催化法生产抗体酶，不需要进行细胞融合以获 得杂交瘤细胞，并且可筛选具有特定功能的未知结构，具 有生产简单、价格低、抗体的免疫原性较低的优点，并易 获得稀有的抗体。

过渡态理论与抗体酶

如果使抗原最大限度地接近某一特定反应的过渡 态，就可能使诱导的抗体在与之结合时发挥催化 作用。 实际所采用的过渡态抗原知识推测而设计的过渡 态类似物。 用过渡态类似物诱导的抗体所催化的反应并非该 类似物本身，而是与其相似的另一种反应。


抗体酶的特性

一种对酶促反应过渡态特异的抗体


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。



诱导法

设计半抗原

选择合适的反应过渡态类似物作为化学模型物

用设计好的半抗原，与载体蛋白（如牛血清白蛋白） 偶联制成抗原；将此抗原进行免疫，使宿主针对抗原 产生抗体。
产生抗体的脾脏细胞与骨髓瘤细胞相融合，得到的杂 交瘤细胞既能产生抗体又能在体外培养；


将杂交瘤细胞克隆优点，既可以起酶促催化作用， 又可以起抗体的选择性和专一性结合抗原的作用。

1、能催化一些天然酶不能催化的反应

有许多化学反应还没有已知酶催化进行
抗体的多样性决定了抗体酶催化反应类型多样性
抗体酶可以根据需要人工裁制
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
利用过渡态类似物制备抗体酶示意图
诱 导法

动物免疫技术和杂交瘤技术有机结合而产生的一 种新方法。 利用这种方法所得到的抗体酶催化效果的好坏很 大程度上取决于化学模型物的设计。


反应过渡态类似物，即半抗原的设计。

抗体酶用于有机酯的水解，过渡态类似物磷酸盐 和磷酸酯作为免疫原诱导产生的单克隆抗体催化 水解反应比未催化反应快104倍。


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。


对于已产生的单抗，分析抗体结合部位的氨基酸顺序 或对应的碱基顺序。然后通过对抗体酶结合部位氨基 酸对应的基因序列进行定点突变，希望能在抗体结合 部位换上有催化作用的氨基酸。进而改变抗体酶的催 化效率。

能与化学反应中过渡态结合的抗体，可能具有 酶的活性，催化反应的进行。

1986年Lerner和Schultz证实了这一设想。
抗体酶的发现

Lerner和Schultz分别领导各自的研究小组首次观 察到了抗体具有选择性的催化活性。 1986年美国Lerner和Schultz两个实验室同时在 Science上发表论文，报道他们成功地得到了具有 催化活性的抗体。 并将这类具催化能力的免疫球蛋白称为催化抗体， 即抗体酶。


过渡态理论

过渡态理论认为，酶与底物的结合经历了一个 易于形成产物的过渡态，实际上是降低了反应 所需的活化能。
与反应过渡状态结合作用

在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物 的实际上是底物形成的过渡状态， 酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的 亲和力。

抗体酶设想

1969年Jencks根据抗体结合抗原的高度特异性， 与天然酶结合底物的高度专一性相类似的特性， 在过渡态理论的基础上首先提出设想：

抗体酶具有典型的酶反应特性

与配体(底物)结合的专一性，包括立体专一性， 抗体酶催化反应的专一性可以达到甚至超过天然 酶的专一性；

具有高效催化性，一般抗体酶催化反应速度比非 催化反应快102～106倍，有的反应速度已接近于天 然酶促反应速度；
抗体酶还具有与天然酶相近的米氏方程动力学及 pH依赖性等。

高催化效率、高选择性

1946年，Pauling用过渡态理论阐明酶催化的实质

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。
过渡态理论

过渡态理论是解释酶催化原理的经典理论。

对任何化学反应，反应物在 变为产物之前，必须获得一 定的能量，成为活化态或称 过渡态。过渡态处于最高能 阶上。 过渡态与反应物的能阶之差 称为活化能。 获得活化能的多少与反应的 速度成正比。
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。


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。

诱导法是利用反应过渡态类似物为半抗原制作单克隆 抗体，筛选出具高催化活性的单抗即抗体酶。 拷贝法主要根据抗体生成过程中抗原-抗体互补性来 设计的。 引入法则借助基因工程和蛋白质工程将催化基因引入 到特异抗体的抗原结合位点上，使其获得催化功能。 化学修饰法对抗体进行化学修饰，使抗体与催化基团 相连。