第五节　酶与医学的关系

一、酶与疾病的关系

（一）酶与疾病发生

生物体正常代谢活动离不开酶的催化作用，因此不论是遗传缺陷还是外界因素造成的酶结构的异常或酶活性的改变均可导致疾病的发生甚至危及生命。现已发现的140余种先天性代谢缺陷中，多是由酶的先天性或遗传性缺陷所致。如缺乏6-磷酸葡萄糖脱氢酶可引起的蚕豆病；酪氨酸羟化酶缺乏导致的白化病；苯丙氨酸羟化酶缺陷导致的苯丙酮酸尿症等。另外，很多中毒现象都与酶活性改变有关，如常用的有机磷农药敌百虫、敌敌畏等，能与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合而使其活性受到抑制；重金属As2+、Hg2+、Ag2+等可与某些酶的巯基结合而使酶活性丧失，此外氰化物（CN-）、一氧化碳（CO）等能与细胞色素氧化酶结合，可使呼吸链中断而严重威胁生命。

某些疾病或其他后天因素也可引起酶的异常，如急性胰腺炎时，胰蛋白酶原在胰腺中被激活而导致胰腺组织被水解破坏；激素代谢障碍或维生素缺乏也可引起某些酶活性的异常。

（二）酶与疾病的诊断

酶在临床诊断中具有重要作用。许多疾病在血液或其他体液中出现酶活性异常，其主要原因是：①细胞破裂或细胞膜的通透性增强，造成细胞内酶释放入血；②细胞的转换率增高或细胞的增殖过快，其特异的标志酶释放入血；③酶生物合成或诱导增强，释放入血的酶量增多；④酶的清除受阻，造成酶浓度增高；⑤酶的生物合成受阻，使血清酶水平下降。因此，通过酶的相关检测，可诊断疾病、观察疗效、判断预后。如许多遗传性疾病是由于先天性缺乏某种有活性的酶所致，因此可从羊水或绒毛中检测该酶的缺陷或其基因表达的缺陷进行产前诊断；当某些器官组织发生病变导致细胞损伤或细胞通透性增加，可使细胞内的某些酶进入体液中，使体液中该酶的含量升高，如急性胰腺炎时，血清淀粉酶活性增加，心梗或肝炎时，血清转氨酶活性增加；某些疾病可因酶合成速率的改变或酶的清除排泄障碍而引起血液中酶活性的改变，如肝硬化、肝坏死、胆道梗阻时，碱性磷酸酶的活性增加。因此在临床上，通过对血、尿等体液和分泌液中某些酶活性的测定，可以反映某些组织器官的病变情况，从而有助于疾病的诊断。常用于临床诊断的血清酶见表 4-6。

（三）酶与疾病的治疗

临床上许多药物可通过影响酶的活性而达到治疗作用，如前所述，磺胺类药物是通过竞争性抑制细菌中的二氢叶酸合成酶活性而达到抑菌的作用；许多抗癌药物则是通过影响核苷酸代谢途径中相关的酶类而达到遏止肿瘤生长的目的；另外利用胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、链激酶、尿激酶、纤溶酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等进行外科扩创、化脓伤口的净化、浆膜粘连的防治和一些炎症的治疗；利用链激酶、尿激酶、纤溶酶等防治血栓的形成等。但由于酶是蛋白质，具有很强的抗原性，故用酶进行体内治疗疾病受到一定的限制。

二、酶在医学研究领域中的应用

酶除了与临床疾病的发生、诊断、治疗有密切关系外，在医学研究领域也有广泛的应用。

（一）酶作为试剂用于临床检验

酶法分析即酶偶联测定法是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂和抑制剂等进行定量分析的一种方法。其原理是利用一些酶（指示酶）的底物或产物可以直接简便地监测，将该酶偶联到待测的酶促反应体系中，将本来不易直接测定的反应转化为可以直接监测的系列反应。

很多脱氢酶所催化的反应需要NAD+或NADP+作为辅酶。还原型辅酶在波长340nm处有吸收峰，而氧化型则无此吸收峰。利用此特性可以将脱氢酶与待测的酶促反应相偶联，利用自动分析仪检测后者的酶活性或底物浓度。例如，检测血清丙氨酸转氨酶时可将此反应体系与乳酸脱氢酶的反应体系偶联，利用分光光度法在340nm处检测NADH吸光度的下降值，或在激发波长365nm和发射波长460nm处跟踪NADH荧光度的下降值。

又如，血清中肌酸是利用肌酸激酶、己糖激酶和6-磷酸葡萄糖脱氢酶偶联，跟踪NADPH的变化进行检测的。

（二）酶作为工具用于科学研究与生产

1.基因克隆用工具酶

核酸结构的阐明和基因重组技术的建立将生命科学带到一个崭新的世界。人类基因组计划的完成开辟了生命科学的新纪元。这些成就都离不开限制性内切核酸酶、连接酶等工具酶的发现和应用。基因克隆的一个关键技术是聚合酶链反应（PCR），热稳定的DNA聚合酶的发现使聚合酶链反应从设想变为现实。

2.酶标记测定法

酶可以代替核素与某些物质结合，使该物质被酶所标记。通过测定酶的活性来判断被标记物质或与其定量结合的物质的存在与含量。这种方法有很高的灵敏性，同时又可避免核素应用上的一些弊端。当前应用最多的是酶联免疫测定法（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）。

3.固定化酶

固定化酶（immobilized enzyme）是将水溶性的酶经物理或化学的方法处理，成为固定于某支持物上的不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。固定化酶仍保持酶的高度特异性和催化的高效率。其优点在于它具有类似离子交换树脂和亲和层析的特点，其稳定性好、机械性强，可以用装柱的方法作用于流动相中的底物，使反应管道化、连续化和自动化。反应后产物自动分开，容易收集并可反复使用。常用的支持物有聚丙烯酰胺凝胶、合成纤维、各种纤维素、活性炭、几丁质、沸石、硅胶、氢氧化铝等。

4.抗体酶

酶的高效性和高专一性优点使人们设想通过科学的方法人工合成稳定的酶。抗体酶的研制为人工酶的产生开辟了崭新的途径。前已提及，酶可与底物过渡态牢固地互补契合，具有高度的专一性与高效性。于是人们设想可否像抗原-抗体结合那样，用底物的过渡态类似物作为抗原，免疫动物产生抗体。此抗体与底物有亲和力而与之结合，同时可促进底物转化成过渡态，并进而转化成产物。这种具有催化功能的抗体称为抗体酶（abzyme）。

（宋高臣）