催化水氧化功效探究論文x

摘要經(jīng)典免疫學(xué)理論認(rèn)為，抗體通過其片段可變區(qū)與相應(yīng)抗原特異結(jié)合，通過調(diào)理、中和、及激活補(bǔ)體等機(jī)制發(fā)揮免疫效應(yīng)，清除病原微生物或引起機(jī)體病理性損傷。然而最近的研究發(fā)現(xiàn)抗體具有一種前所未知的新功能，即所有的免疫球蛋白，不論其來源或抗原特異性，都能催化水的氧化反應(yīng)產(chǎn)生過氧化氫22和臭氧3等活性氧分子，因此在機(jī)體的免疫防御和病理過程中扮演一種新的重要角色。關(guān)鍵詞抗體單線態(tài)氧過氧化氫臭氧一、抗體催化水的氧化途徑的發(fā)現(xiàn)早在20世紀(jì)40年代，就提出了抗體可能具有催化活性，認(rèn)為抗體的抗原結(jié)合位點(diǎn)以任意的方式產(chǎn)生，那么這種結(jié)合位點(diǎn)應(yīng)該和酶的活性相似，因此抗體也可能具有酶的活性。直到1975年雜交瘤技術(shù)的問世和發(fā)展后，的這種假說陸續(xù)得到證實(shí)。自從1986年及等介紹了抗體催化水解反應(yīng)的作用后，人們對抗體的特性又有了新的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為抗體不僅具有識(shí)別、結(jié)合的能力，而且還具有更復(fù)雜的化學(xué)特性。因此人們提出疑問，抗體的這種催化作用是否就是其本身發(fā)揮正常免疫功能的一種機(jī)制。長久以來，并沒有充足的證據(jù)支持這種假說。等研究發(fā)現(xiàn)所有的抗體都能催化單線態(tài)氧12和水反應(yīng)生成22,其反應(yīng)形式為12+2—22+-132。這種抗體介導(dǎo)的過程并不依賴于其來源及抗原特異性，均能通過12結(jié)合于抗體折疊部位內(nèi)而激發(fā)。研究顯示抗體的這種催化作用具有顯著的殺菌能力。當(dāng)-大腸埃希菌暴露于12水溶液中時(shí)，只能觀察到微弱的殺菌效應(yīng)，但隨著抗原特異性或非特異性抗體的加入，95的細(xì)菌被殺滅。這種殺菌活性似乎是抗體的一種普遍特性，因?yàn)椴还芸贵w的來源及其抗原特異性，所有的免疫球蛋白均表現(xiàn)出這種活性。通過形態(tài)學(xué)觀察，這種氧化損傷明顯增加了胞壁和漿膜對水的通透性，并且胞壁上出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，這種殺傷機(jī)制與吞噬細(xì)胞殺傷細(xì)菌時(shí)所觀察到的形態(tài)學(xué)非常相似。進(jìn)一步的定量研究發(fā)現(xiàn)，通過抗體催化水的氧化殺滅50的細(xì)菌，其產(chǎn)生的22水平，明顯低于對照組殺滅同樣數(shù)量細(xì)菌所需要的22的水平，由此推斷抗體催化水的氧化過程中可能產(chǎn)生其他的殺菌分子。等進(jìn)一步研究證實(shí)在抗體催化水的氧化過程中產(chǎn)生了一種3的化學(xué)信號(hào)。3本身具有高度的殺菌活性，而22與3的聯(lián)合對細(xì)菌的毒性作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它們其中的任何一個(gè)。因此可以認(rèn)為抗體催化水的氧化途徑產(chǎn)生的22與3在機(jī)體的免疫防御過程中具有重要意義，表明抗體除了識(shí)別功能外，其本身也具有清除外來病原微生物的作用。二、抗體催化水的氧化途徑的可能機(jī)制等推測，抗體催化12和水的反應(yīng)可能通過雙氫三氧化物23作為中間體而最后生成22?？贵w作為一種催化劑提供了一種特殊的分子環(huán)境，促使23向22的轉(zhuǎn)化。等通過量子化學(xué)方法研究并系統(tǒng)闡述了抗體催化水的氧化過程的可能途徑，從其復(fù)雜的途徑可以看出，抗體在催化23向22的轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生了3等中間產(chǎn)物。研究表明，抗體介導(dǎo)的22產(chǎn)生的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他非免疫球蛋白。除了抗體，其他種類蛋白中僅僅細(xì)胞受體aB表現(xiàn)出這種催化水產(chǎn)生22的能力。由于aB的免疫球蛋白折疊區(qū)的結(jié)構(gòu)域與抗體的結(jié)構(gòu)相似，暗示這種免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)基序在催化水的氧化途徑中扮演著特殊作用。但又發(fā)現(xiàn)擁有這種結(jié)構(gòu)基序不一定能催化產(chǎn)生22。例如， 微球蛋白雖然屬于免疫球蛋白超家族一員，但不能P2催化產(chǎn)生22。等利用對接和分子動(dòng)力學(xué)技術(shù)研究了各種蛋白的結(jié)構(gòu)位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)抗體中兩個(gè)折疊結(jié)構(gòu)域的交接面在催化12和水反應(yīng)形成23和22中具有關(guān)鍵作用，而這種結(jié)構(gòu)僅存在于抗體和中，B2微球蛋白則沒有，初步闡明了抗體催化水的氧化作用的內(nèi)在原因。由于22的生成速率在一定的氧氣濃度中顯示飽和狀態(tài)，而在一定范圍內(nèi)與抗體的濃度呈線性關(guān)系，因此抗體對12的還原作用可能與抗體內(nèi)結(jié)合氧的位點(diǎn)有關(guān)。等根據(jù)抗體結(jié)晶化實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，抗體催化水的氧化途徑的反應(yīng)點(diǎn)位于抗體的可變區(qū)和恒定區(qū)交界面的區(qū)域，而且在輕鏈163位點(diǎn)色氨酸殘基163附近，此時(shí)色氨酸的吲哚環(huán)已被氧化修飾。三、抗體催化水的氧化作用在生物學(xué)中的意義傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為抗體在清除外來抗原中只起著輔助的作用，然而抗體這種催化水的氧化作用的發(fā)現(xiàn)無疑賦予了抗體在防御外來病原微生物中一種新的功能。如果抗體介導(dǎo)水的氧化在機(jī)體內(nèi)具有重要意義，那么作為啟動(dòng)這種氧化過程的12在體內(nèi)又如何產(chǎn)生呢？目前認(rèn)為體內(nèi)12的來源主要是激活的吞噬細(xì)胞，包括單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞。而且這些吞噬細(xì)胞表面均具有受體，能結(jié)合大量的免疫球蛋白。這些結(jié)合的免疫球蛋白除了介導(dǎo)調(diào)理作用外，也為抗體催化水的氧化提供了可能性。等已報(bào)道包被有的中性粒細(xì)胞激活后能產(chǎn)生3的化學(xué)信號(hào)，初步證明吞噬細(xì)胞可能參與了抗體催化的氧化作用。如果抗體催化水的氧化作用作為機(jī)體的一種重要免疫防御機(jī)制，那么這種反應(yīng)在體內(nèi)又是如何被調(diào)節(jié)呢？考慮到人血清中免疫球蛋白的濃度在10以上，抗體的這種催化水的氧化如果被任意激活，會(huì)對機(jī)體產(chǎn)生廣泛的損傷。但是，正如以上所描述，在正常情況下12只能由激活的吞噬細(xì)胞產(chǎn)生，而體內(nèi)吞噬細(xì)胞的激活又受到機(jī)體嚴(yán)格的控制。吞噬細(xì)胞通過胞吞作用或抗體的調(diào)理作用吞噬抗原后被激活而釋放出12，因而12的產(chǎn)生只局限于炎癥部位。研究顯示，12具有較短的壽命除了考慮12的作用，局部22和3是否會(huì)對外周正常組織產(chǎn)生損害作用呢？22是一種穩(wěn)定的分子，可以遠(yuǎn)離炎癥部位而對外周組織產(chǎn)生廣泛的毒性作用。但是過氧化氫酶或谷胱甘肽過氧化物酶在體內(nèi)廣泛存在，可以隨時(shí)清除這些22分子，從而減少22對外周組織的損傷。3雖然是一種毒性很強(qiáng)的分子，但也具有很短的壽命，因而也不能遠(yuǎn)距離擴(kuò)散。從以上可以看出，在正常情況下，無論是參與抗體催化水的氧化作用的12,還是這種途徑的氧化產(chǎn)物22和3,對炎癥部位的外周正常組織均不造成威脅。四、抗體催化水的氧化作用可能參與了機(jī)體某些病理過程機(jī)體的許多疾病與氧化損傷存在密切的聯(lián)系，如自身免疫病、動(dòng)脈粥樣硬化癥、衰老等。在某些病理情況下，抗體催化水的氧化途徑產(chǎn)生的活性氧分子也可能對機(jī)體造成不利的影響。等在反應(yīng)模型中發(fā)現(xiàn)了3的化學(xué)信號(hào)。反應(yīng)是一種由免疫復(fù)合物沉積引起的炎癥性疾病，中性粒細(xì)胞的浸潤和聚集為其主要特征。因此一些以免疫復(fù)合物病為特征的自身免疫性疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等的發(fā)病過程可能涉及到抗體這種催化水的氧化作用。動(dòng)脈粥樣硬化癥被認(rèn)為是一種慢性炎癥性疾病，其中脂質(zhì)的氧化與損傷、泡沫細(xì)胞的形成在的發(fā)生、發(fā)展中是關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)之一。最近的研究顯示，患者的粥樣斑塊被激活后產(chǎn)生一種3的化學(xué)信號(hào)，并且發(fā)現(xiàn)一種膽固醇的3氧化產(chǎn)物5， ，而且體外實(shí)驗(yàn)顯示6這種3氧化產(chǎn)物也可以激發(fā)泡沫細(xì)胞的形成以及誘導(dǎo)心肌細(xì)胞的凋亡。因此可以推斷，抗體催化水的氧化作用可能參與了的發(fā)病機(jī)制。核黃素作為內(nèi)源性光敏劑，在光照下能產(chǎn)生12。等最近研究發(fā)現(xiàn)，免疫球蛋白能利用核黃素產(chǎn)生的12激活抗體催化水的氧化作用，并且這種作用促進(jìn)了核黃素光誘導(dǎo)的溶血效應(yīng)。因此提示，抗體催化水的氧化作用可能是核黃素光氧化導(dǎo)致紅細(xì)胞破壞的因素之一。五、結(jié)語抗體催化水的氧化作用可能是抗體介導(dǎo)的一種新的免疫防御機(jī)制，該項(xiàng)功能的發(fā)現(xiàn)無疑豐富了我們對抗體清除外來病原微生物的認(rèn)識(shí)?？紤]到抗體的這種作用并不依賴于其抗原特異性和來源，而且免疫球蛋白至少已經(jīng)存在于5億年前，因此我們有理由推斷這種功能可能是抗體在生物進(jìn)化過程中最古老的一種機(jī)體防御形式，而抗體其他的功能如激活補(bǔ)體、調(diào)理等作用則可能是抗體繼續(xù)進(jìn)化過程中形成的更精致的補(bǔ)充。同時(shí)，抗體的這種催化效應(yīng)也提示其潛在的病理學(xué)意義。由于這種途徑