生物催化显神威，力克顽疾好前景

          —PAL酶法生物治疗PKU

          杨顺楷  四川 成都

PKU是一种常见的氨基酸遗传代谢障碍疾病，医学上称为常染色体隐性遗传疾病—苯丙酮尿症。它是新生儿体内因为苯丙氨酸（Phe）羟化酶基因突变缺失，不能消除体内血液中有毒害作用的Phe分子，使得积聚的Phe不能够像正常婴儿那样转化为酪氨酸，导致患儿的高Phe血症，于是Phe及其酮酸蓄积并从尿中大量排出。患儿出生时显得正常，通常3-6个月时开始出现症状，早期可能有神经行为异常，如兴奋，多动或嗜睡，继之可表现为明显的智能发育滞后，严重者出现肌张力低下惊厥等。此外，还可伴有色素减少，皮肤干燥，尿液呈现特殊的鼠尿臭味。

我国发病率约为1/16500。据报道，此病在儿童3岁前没有症状，但3岁后会出现患儿发育个子矮小、智力低下的症状。其原因就是血液中高水平的Phe导致脑部损害；如果不及早筛查PKU，对筛查出的PKU患儿及时治疗，将会给家庭和社会带来一系列问题，不利于我国人口构成的优生优育。我国的《母婴保健法》有关规定，也很重视对PKU的诊治。我国估计现有PKU患儿10万之众，欧美国家现有PKU患儿50,000名。传统的治疗方法是采用膳食疗法，即患儿摄入饮食中，含有很低量或者无L-Phe存在，吃的特制米和奶粉非常昂贵，一般一个患儿每月的膳食费用2000元，这无疑给家庭带来了沉重的经济负担。因此，PKU的临床治疗—饮食疗法一直是一个消极、低效、难于实际运作的方案。因此，寻求一个较饮食疗法治PKU更积极有效的替代疗法—PAL酶法生物治疗PKU成为了中外医药学工作者关注的课题。

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanineammonia-lyase，PAL）是一种广泛存在于植物和某些微生物，即真菌，酵母，及少数简单原核微生物有机体内的生物催化剂—酶，PAL生物催化Phe非氧化脱氨，生成的肉桂酸和氨。迄今未在真细菌和哺乳动物体内发现PAL的存在。这就提示可以借助某些微生物的高活力高产率PAL酶制剂，促成生物催化Phe脱除氨基，生成无毒性肉桂酸和痕微量氨，建立起PAL酶法生物治疗PKU的新疗法。这无疑可给PKU这一世界医学难题带来新的更有效的替代疗法治疗PKU的希望。过去20多年来，国内外生命科学家开展了对微生物，特别是红酵母PAL广泛的基础及应用研究，其中就包括研究开发PAL生物催化前沿技术治疗PKU的不懈探索进取，终于到了临门一足的关键时刻。

前期，开展了关于PAL控制PKU患儿体内L-Phe水平的研究，包括剂型给药途径，临床酶法检验，安全性评价等一系列研究；药理动物模型试验也证明该PAL生物催化降低L-Phe水平的有效性。1995年前后，在前10多年研究工作的基础上，提出了“氨基酸肠道再循环的新理论”，以及使用口服人工酶池，消耗去不需要的氨基酸的研究工作。从产PAL酶菌种分子育种技术着手，即重组工程菌PAL酶基因克隆及遗传重组研究，到多种PAL/PKU的治疗方案的提出。直到1999年春，美国和加拿大一个合作研究团队发表论文在美国顶级科学期刊《国家科学院会议录（PNAS）》上，论文报道称：加拿大已经研制出一个经由插入PAL酶基因到细菌中，可以大量产生PAL的方法，包括该菌的大规模培养、分离细胞物，以及大规模地分离纯化制PAL酶制剂的工艺过程。

同期，国内北京协和医院刘敬忠等人也用植物材料欧芹为PAL基因供体，用大肠杆菌表达系统构建成功PAL基因工程菌；向华等用乳酸乳球菌为基因工程菌，用欧芹PALcDNA通过电穿孔法转化乳酸乳球菌，表达出了PAL活性，但活力不高。这也就表明国内已经开始启动对PAL/PKU酶法治疗项目研究。笔者实验室团队从1988年起，在国家自然科学基金项目资助下，着手微生物PAL酶及生物技术研究。我们从滇西芒果园采集的土壤样品中，借助富集培养/理化诱变/拮抗平板选择等育种技术，选育出高PAL活性的红酵母属菌种（Rhodotorula sp.）CIBASA1401(后鉴定为粘红酵母R.glutanis CIBAS A1401)。分离选育的该红酵母菌种具有独特的PAL特性，部分酶学性质研究表明，该PAL酶活力，在无任何防腐剂和保护剂存在下，4°C保存一周，剩余酶活95%；两周63%，-20°C两周82%；该PAL酶在60°C保温1小时后酶活性几乎完全丧失，但是该PAL酶在50°C以下，尤其是最适反应温度以及更低温度下，都有较高的稳定性，这可能就是粘红酵母CIBAS A1401株系能够借助其PAL逆向催化合成L-Phe的能力，在国内首次成功用于百吨级工业规模生产L-Phe产品，结束了我国长期不能生产Phe的历史，填补国内空白。自然，这就联想到利用该红酵母具有的高PAL活性，高稳定性特征，借助该红酵母菌种CIBAS A1401用于开发PAL/PKU项目是合乎逻辑的发展，自主创新条件成熟。

近年在应用重组红冬孢酵母的PAL，经由PEG（聚乙烯醇）化学修饰，获得的PAL衍生制剂，经动物模型口服各种PAL剂型，结果表明大部分高低剂量实验组，均能够有效降低血液Phe水平60％。这就表明利用来自红冬孢酵母和绿藻的PAL化学衍生制剂，经由口服PAL（非哺乳类酶蛋白）治疗PKU有效。由此可见，应用PAL作为候选生化药酶制剂治疗PKU，是因为PAL酶法对Phe解氨过程不需要辅因子；虽然对PAL蛋白酶解和免疫原性是该酶法替代治疗的障碍，但是这么些年经过学术界的努力，已经成功的一一得以解决。目前美国一家公司已经在加利福尼亚州选定社区签约开展临床试验。

最后，笔者呼吁奋斗在我国生命科学及生命工程前沿阵地的年青一代科技工作者，面对我国10万之众的PKU患儿，努力拼搏，创新出我国特色的PAL酶法生物治疗PKU，解除压在千万个家庭沉重的不可言状的负旦。确实如标题所示，真可谓“生物催化显神威，力克顽疾好前景。”