酶工程制药：抗体酶制备与应用

酶工程制药是酶学理论和制药技术相结合而形成的一种新技术，是生物制药的主要手段之一，包括药用酶的生产和酶法制药两方面的技术。目前，酶工程制药已经获得技术上和市场上的成功，如L-酪氨酸转氨酶制造多巴（L-二羟苯丙氨酸）、核糖核酸酶生产核苷酸。药用酶的生产也有许多品种，如从植物和微生物中提取具有抗菌作用的溶菌酶；基因工程菌生产的组织型纤溶酶原激活剂，可治疗血栓性疾病；分子修饰、诱导的抗体酶，可清除各种致病性抗原。

1.药用酶的生产

药用酶的生产是指从生物体中直接提取或者采用生物或化学的方法合成具有治疗和预防疾病作用的酶的工程技术。药用酶的生产方法主要有提取分离法、生物合成法及化学合成法。早期药用酶的生产主要是提取分离法，以动植物和微生物为原料，采用各种提取、分离技术，获得纯化的酶，如临床上常用的溶栓药尿激酶、从动物胰脏分离的胰蛋白酶和从菠萝皮中提取分离菠萝蛋白酶等。提取分离法对设备要求简单，易操作，但是会受到资源的限制。生物合成法具有周期短、酶产率高、不受资源限制等优势，但是对设备要求较高，还需要优良的生产药用酶的菌株及适当的培养条件，如利用枯草杆菌生产淀粉酶、利用大肠杆菌生产谷氨酸脱羧酶等。如今，利用植物细胞和动物细胞培养也可生产药用酶，如利用人黑色素瘤细胞生产血纤维蛋白溶酶原激活剂等，利用木瓜细胞培养生产木瓜蛋白酶等。

通过化学合成法也能合成化学结构清楚的酶，但是成本较高，难以工业化生产。近10年来，随着酶学基础理论研究的进展，对酶的结构功能及催化作用的机制有了进一步了解，人工模拟酶的开发和应用也得到飞速发展，越来越多具有高催化效率的模拟酶模型逐渐走向成熟，同时，一些兼具多种酶活性的新型多功能拟酶的出现无疑给快速发展的酶工程领域注入了新的活力。Kaushik Ghosh在研究一系列新型Cu（Ⅱ）复合物时，以PhimpH为配体，连续合成了5种复合物，发现其中复合物1和复合物3均同时具有超氧化物歧化酶活性（SODactiVity）和核酸酶活性（nuclease activity），这一结果再次展示并肯定了多功能模拟酶研制成功的可能性。但坦率地讲，就酶活性而言，人工酶和天然酶相比仍有很大的距离，因此，合成催化效率更高、专一性更强的人工模拟酶依然是未来很长一段时间内科学家努力研究的方向。

2.酶法制药(www.xing528.com)

酶法制药是将酶学理论和制药技术紧密结合起来，利用酶催化反应而生产药物的技术，与化学制药相比，酶法制药反应条件温和，无须强酸强碱、高温高压等极端条件，可大大降低对设备的要求，同时具备反应速度快、立体选择性高等优势，而且对环境污染小，属于绿色合成技术，因而成为最有前景的制药方法之一。酶法制药的主要目标是利用酶的催化能力进行纯粹化学方法不能完成的药物合成。例如，利用酶在非水相中酯化或转酯化可拆分得到光学纯的外消旋羧酸及手性药物中间体。利用具有化学基团、位置和空间选择能力的各种不同类型的生物催化剂如环氧化物水解酶、乙醇脱氢酶、硫酸酯酶、消旋酶、脂肪酶等进行复杂药物活性化合物如维生素、激素、抗生素、各种氨基酸、羧酸、手性醇等的生产，已经取得好的成绩。酵母醇脱氢酶主要催化脂肪醇或醛酮氧化还原；马肝醇脱氢酶对脂肪环烷醇或醛酮专一氧化还原；而甾醇脱氢酶主要催化稠环脂肪醇或醛酮的氧化还原，环化酶合成甾体和萜烯类化合物；糖基化转移酶可合成有医用价值的糖基化蛋白质；大多数醇脱氢酶及羟类固醇脱氢酶催化羟酮的氧化还原制备药物、甾类、三羧酸铬复合物及合成纤维等，所有这些都标志着酶法合成达到了一个新阶段。

3.构建有别于天然功能酶的新酶类

构建有别于天然功能酶的新酶类是酶工程制药的又一前沿领地。催化抗体（catalytic antibody）也称抗体酶（abzyme）是人们赋予其催化功能的免疫球蛋白。抗体是目前最大的多样性家族，与抗原有结合部位，与酶相似，但无催化活性。酶促催化在于与底物结合产生过渡态，降低能障。人们设想以过渡态类似物作为半抗原，用诱导法、拷贝法、插入法、化学修饰法和基因工程法，制备有催化功能的抗体酶如催化羧酸酯水解的分支酸变位酶、有胆碱酯酶及过氧化物酶活性的抗体酶等，在哺乳动物中已制备了50多种抗体酶。抗体酶的研究可为酶作用机制及过渡态理论提供依据，可以用来设计出专一性强的多肽水解酶去破坏病毒蛋白或清除血管凝血块的抗体酶或用于吸毒、癌症药物治疗减轻化疗的不良反应，以及制药工业的对映体拆分，但大多数抗体酶催化效率与天然酶相比仍差很远，急需建立抗体基因文库，用基因克隆突变技术，催化辅因子引入技术，正确选择过渡态类似物，探讨酶结构与功能的分子关系，才能真正获得有特殊用途的抗体酶。