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催化水氧化功效探究论文 摘要：经典免疫学理论认为，抗体通过其Fab片段可变区与相应抗原特异结合，通过调理、中和、ADCC及激活补体等机制发挥免疫效应，清除病原微生物或引起机体病理性损伤。然而最近的研究发现抗体具有一种前所未知的新功能，即所有的免疫球蛋白，不论其来源或抗原特异性，都能催化水的氧化反应产生过氧化氢（H2O2）和臭氧（O3）等活性氧分子，因此在机体的免疫防御和病理过程中扮演一种新的重要角色。 关键词：抗体单线态氧过氧化氢臭氧 一、抗体催化水的氧化途径的发现 早在20世纪40年代，Pauling就提出了抗体可能具有催化活性，认为抗体的抗原结合位点以任意的方式产生，那么这种结合位点应该和酶的活性相似，因此抗体也可能具有酶的活性。直到1975年杂交瘤技术的问世和发展后，Pauling的这种假说陆续得到证实。自从1986年Tramontano及Pollack等介绍了抗体催化水解反应的作用后，人们对抗体的特性又有了新的认识，认为抗体不仅具有识别、结合的能力，而且还具有更复杂的化学特性。因此人们提出疑问，抗体的这种催化作用是否就是其本身发挥正常免疫功能的一种机制。长久以来，并没有充足的证据支持这种假说。 Wentworth等研究发现所有的抗体都能催化单线态氧（1O2）和水反应生成H2O2，其反应形式为:x1O2+H2O→H2O2+(x-1)3O2。这种抗体介导的过程并不依赖于其来源及抗原特异性，均能通过1O2结合于抗体折叠部位内而激发。研究显示抗体的这种催化作用具有显著的杀菌能力。当G-大肠埃希菌（Escherichiacoli）暴露于1O2水溶液中时，只能观察到微弱的杀菌效应，但随着抗原特异性或非特异性抗体的加入，95%的细菌被杀灭。这种杀菌活性似乎是抗体的一种普遍特性，因为不管抗体的来源及其抗原特异性，所有的免疫球蛋白均表现出这种活性。通过形态学观察，这种氧化损伤明显增加了胞壁和浆膜对水的通透性，并且胞壁上出现穿孔现象，这种杀伤机制与吞噬细胞杀伤细菌时所观察到的形态学非常相似。进一步的定量研究发现，通过抗体催化水的氧化杀灭50%的细菌，其产生的H2O2水平，明显低于对照组杀灭同样数量细菌所需要的H2O2的水平，由此推断抗体催化水的氧化过程中可能产生其他的杀菌分子。Wentworth等进一步研究证实在抗体催化水的氧化过程中产生了一种O3的化学信号。O3本身具有高度的杀菌活性，而H2O2与O3的联合对细菌的毒性作用远远大于它们其中的任何一个。因此可以认为抗体催化水的氧化途径产生的H2O2与O3在机体的免疫防御过程中具有重要意义，表明抗体除了识别功能外，其本身也具有清除外来病原微生物的作用。 二、抗体催化水的氧化途径的可能机制 Wentworth等推测，抗体催化1O2和水的反应可能通过双氢三氧化物（H2O3）作为中间体而最后生成H2O2。抗体作为一种催化剂提供了一种特殊的分子环境，促使H2O3向H2O2的转化。Xu等通过量子化学方法研究并系统阐述了抗体催化水的氧化过程的可能途径，从其复杂的途径可以看出，抗体在催化H2O3向H2O2的转化过程中产生了O3等中间产物。 研究表明，抗体介导的H2O2产生的效率远远高于其他非免疫球蛋白。除了抗体，其他种类蛋白中仅仅T细胞受体（TCRαβ）表现出这种催化水产生H2O2的能力。由于TCRαβ的免疫球蛋白折叠区的结构域与抗体的结构相似，暗示这种免疫球蛋白样结构基序在催化水的氧化途径中扮演着特殊作用。但又发现拥有这种结构基序不一定能催化产生H2O2。例如，β2微球蛋白虽然属于免疫球蛋白超家族一员，但不能催化产生H2O2。Datta等利用对接和分子动力学技术研究了各种蛋白的结构位点，发现抗体中两个Greekkey折叠结构域的交接面（IGKD）在催化1O2和水反应形成H2O3和H2O2中具有关键作用，而这种结构仅存在于抗体和TCR中，β2微球蛋白则没有，初步阐明了抗体催化水的氧化作用的内在原因。 由于H2O2的生成速率在一定的氧气浓度中显示饱和状态，而在一定范围内与抗体的浓度呈线性关系，因此抗体对1O2的还原作用可能与抗体内结合氧的位点有关。Zhu等根据抗体结晶化实验研究证实，抗体催化水的氧化途径的反应点位于抗体的可变区和恒定区交界面的区域，而且在轻链163位点色氨酸残基（TrpL163）附近，此时色氨酸的吲哚环已被氧化修饰。 三、抗体催化水的氧化作用在生物学中的意义 传统的观点认为抗体在清除外来抗原中只起着辅助的作用，然而抗体这种催化水的氧化作用的发现无疑赋予了抗体在防御外来病原微生物中一种新的功能。如果抗体介导水的氧化在机体内具有重要意义，那么作为启动这种氧化过程的1O2在体内又如何产