第五节　酶在临床医学上的应用

一、酶与疾病的关系

有些疾病的发生是由于酶的质和量异常引起的。现已发现140多种先天性代谢缺陷中，多由酶的先天性或遗传性缺损所致。例如，酪氨酸酶分子缺陷引起的白化病；6－磷酸葡萄糖脱氢酶分子缺陷引起的蚕豆病；苯丙氨酸羟化酶缺乏引起的苯丙酮酸尿症等。

激素代谢障碍或维生素缺乏也可引起酶的质和量的异常。例如，维生素K缺乏时，凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ的前体不能在肝内进一步羧化生成成熟的凝血因子，病人表现出因这些凝血因子质的异常所致的出血性疾病。

有些疾病的发生是酶的活性受到抑制引起的。例如，有机磷农药中毒由于抑制了胆碱酯酶的活性，重金属盐中毒由于抑制了巯基酶的活性，氰化物中毒是由于抑制了细胞色素氧化酶。

许多疾病也可引起酶的异常，这种异常又使病情加重。例如，急性胰腺炎时，胰蛋白酶原在胰腺组织中被激活，导致胰腺组织被水解破坏。

二、酶与疾病的诊断

临床上更为常见的是许多组织器官的疾病表现为血液等体液中一些酶活性的异常，通过测定血液、尿液等体液中酶活性的改变可以反映某些疾病的发生和发展，有利于临床诊断和预后判断。据统计，当前临床上酶的测定占临床化学检验总量的25%，可见酶在临床诊断上的重要作用。血液中酶活性的改变大致有以下几方面的原因：

1.酶从损伤细胞内释放增加　细胞破坏或细胞膜通透性增高时，细胞内的某些酶可大量释放入血。如急性胰腺炎时血清和尿中淀粉酶活性升高；急性肝炎或心肌炎时血清转氨酶活性升高等。

2.酶合成异常　酶合成异常包括酶合成减少和增加两种情况。由于许多酶在肝内合成，肝功能严重障碍时，某些酶合成减少，如血中凝血酶原、凝血因子Ⅶ等含量下降。患骨骼系统疾病时，可因骨细胞或软骨细胞合成、分泌较多的碱性磷酸酶，而使血清中此酶活性增加。如胆管堵塞时，胆汁的反流可诱导肝合成大量的碱性磷酸酶；巴比妥盐类或酒精可诱导肝中的γ－谷氨酰转移酶生成增多。

3.酶的排泄障碍　肝硬化时血清碱性磷酸酶不能被及时清除，胆管阻塞可影响血清碱性磷酸酶的排泄，均可造成血清中此酶浓度的明显升高。

另外同工酶的测定对于疾病的诊断和器官定位具有重要意义。

【知识链接】

端粒、端粒酶与衰老及肿瘤

古往今来，谁不希望自己的身体永远健康？又有谁不希望自己永远年轻美丽？可是在人体细胞中，却存在着与衰老及肿瘤密切相关的端粒、端粒酶。端粒是真核生物染色体线性DNA末端的一个特殊结构，对维持染色体的稳定性起重要作用。端粒缩短到一定长度时，细胞停止分裂、衰老甚至死亡，这是正常的生理现象。端粒酶是使端粒增补不致缩短的一种酶。大部分恶性肿瘤细胞中端粒缩短到一定程度时，又会被异常激活，从而使肿瘤细胞成为“永生”细胞，永不衰亡而增生分裂不止。因此人们在研究通过活组织端粒酶活性的测定，来诊断恶性肿瘤。通过寻找抑制端粒酶活性的药物治疗恶性肿瘤。

三、酶与疾病的治疗

酶不仅用于诊断，也可用于治疗。人工合成的酶底物类似物可与酶结合，应用竞争性抑制原理阻碍代谢的进行，达到治疗目的。例如，甲氨蝶呤、5－氟尿嘧啶、6－巯基嘌呤等，都是核酸代谢途径中相关酶的竞争性抑制剂，可达到遏制肿瘤生长的目的。磺胺类药物是细菌二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂。氯霉素可抑制某些细菌转肽酶的活性从而抑制其蛋白质的合成。

水解酶类如胃蛋白酶、胰蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和木瓜蛋白酶，临床上用于助消化；溶菌酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶可缓解炎症及消肿；胰凝乳蛋白酶用于外科清创和烧伤病人痂后的清除；胰凝乳蛋白还用于防治脓胸病人浆膜粘连；链激酶、尿激酶、纤溶酶等可防止血栓形成和溶解血栓，用于缺血性脑病、心血管疾病的防治，如脑血栓、心肌梗死及各种病因所致的血管内凝血（DIC）；天冬酰胺酶用于抑制血癌细胞的生长等。但酶是蛋白质，有抗原性，可诱导抗体的生成，重复使用时除可引起过敏反应外，对酶的有效性因抗体生成而降低。

另外，酶还作为工具用于科学研究和临床检验。当前遗传工程进展很快，利用酶具有高度特异性的特点，将酶作为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。例如，基因工程中应用的各种限制性核酸内切酶、连接酶以及聚合酶链反应中应用的热稳定的TaqDNA聚合酶等。

固定化酶（immobilized enzyme）是将水溶性酶经物理或化学方法处理，将其固定于有机或无机物的介质上，或包埋于某些膜中，使之成为不溶于水的、稳定的可以反复利用的固态酶。由于其具有类似离子交换树脂和亲和层析样的优点，机械性强，对热和酸碱的稳定性好，可长期反复利用，在工业、农业、医药、环保和理论研究等方面具有广阔的应用前景。

抗体酶（abzymes）是人工制造的具有催化活性的单克隆抗体。人们根据酶底物的过渡态与酶的活性中心密切结合并易于生成产物的特性，设计出过渡分子的类似物，并以此作为抗原，接种于动物体内使之产生相应的抗体。该抗体具有催化过渡态反应的酶活性，这种具有酶活性的抗体，称为抗体酶。抗体酶研究是酶工程研究的前沿之一。制造抗体酶的技术比蛋白质工程甚至比生产酶制剂简单，又可大量生产。因此，可通过抗体酶的途径来制备特异性强、药效性高的药物或研发自然界不存在的新酶。

酶联免疫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、抑制剂等进行定量分析的一种方法。此法具有灵敏、准确、方便、迅速的特点，已广泛地应用于临床检验和科学研究等各领域。

小　结

酶是由活细胞产生的一种特殊功能的蛋白质，与一般催化剂相比有相同点和不同点，不同点即酶促反应的特点：有极高的催化效率、高度的专一性、高度的不稳定性，酶活性的可调控性。酶根据其化学成分的不同分为单纯酶和结合酶，单纯酶是仅由氨基酸残基组成的蛋白质，结合酶除有蛋白质部分外，还含有非蛋白辅助因子，酶蛋白部分决定酶促反应的特异性。酶的活性中心由酶的必需基团构成：既能与底物结合又能将底物转化为产物的局部区域。活性中心的功能基团可分为结合基团和催化基团。无活性状态的酶的前身物称为酶原，无活性的酶原在一定条件下能转变成有活性的酶的过程，称为酶原的激活。酶原激活的生理意义在于避免细胞产生的蛋白酶对细胞自身进行消化，同时保证了合成的酶在特定的部位和环境中迅速地发挥其生理作用。同工酶指能催化相同反应，而分子结构、理化性质和免疫学性质有所不同的一组酶，血清同工酶谱分析有助于器官疾病的早期诊断和定位诊断。影响酶促反应速度的因素有酶浓度、底物浓度、温度、pH值、激活剂、抑制剂等。

酶的命名包括习惯命名法和系统命名法。酶可分为六大类，分别是氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类、合成酶类。按酶的系统命名分类法所分成的六类，每一种酶均有四个数字的编号。

酶与医学的关系十分密切。许多疾病的发生与酶的异常或酶受到抑制有关。机体的某些疾病可以通过血清的测定予以反映。许多药物可以通过作用于细菌或人体的某些酶以达到治疗目的。酶可以作为诊断试剂和药物对某些疾病进行诊断和治疗。酶可以作为工具酶或制成固定化酶用于科学研究。抗体酶是人工制造的兼有抗体和酶活性的蛋白质，具有广阔的开发前景。