PAL酶法生物治療：苯丙酮尿癥的希望

　　如今，一群不食人間煙火的孩子——苯丙酮尿癥患兒引起社會越來越多的關注。此前，青海省呼吁將苯丙酮尿癥納入醫保，黑龍江省也決定將苯丙酮尿癥納入城鄉居民基本醫療保險門診特殊治療管理范圍。

　　何為苯丙酮尿癥

　　苯丙酮尿癥為常染色體隱性遺傳疾病，也是一種常見的氨基酸遺傳代謝障礙疾病。目前，我國苯丙酮尿癥發病率約為1/16500，患兒數量超10萬人。據報道，此病在兒童3歲前沒有癥狀，但3歲后會出現個子矮小、智力低下的癥狀。

　　苯丙酮尿癥是新生兒體內因為苯丙氨酸（Phe）羥化酶基因突變缺失，不能消除體內血液中有毒害作用的Phe分子，使得積聚的Phe不能夠像正常嬰兒那樣轉化為酪氨酸，從而導致患兒高Phe血癥，于是Phe及其酮酸蓄積并從尿中大量排出。

　　患兒通常出生時正常，但在3~6月齡時開始出現癥狀，早期可能出現神經行為異常，如興奮、多動或嗜睡，繼而可表現為明顯的智能發育滯后，嚴重者出現肌張力低下驚厥等。此外，還可能伴有色素減少、皮膚干燥、尿液呈現特殊的鼠尿臭味。

　　其原因就是血液中高水平的Phe導致腦部損害；如果不及早篩查苯丙酮尿癥，對篩查出的患兒及時治療，將會給家庭和社會帶來一系列問題，不利于我國人口構成的優生優育。

　　PAL酶法生物治療引關注

　　苯丙酮尿癥傳統的治療方法是采用膳食療法，即患兒攝入含有很低量或者無L-Phe存在的特制米和奶粉，一般一個患兒每月的膳食費用2000元，這無疑給家庭帶來了沉重的經濟負擔。當前，一個較飲食療法更積極有效的替代療法—PAL酶法生物治療法，成為中外醫藥學工作者關注的課題。

　　苯丙氨酸解氨酶（PAL）廣泛存在于植物和某些微生物，以及少數簡單原核微生物有機體內，PAL可生物催化Phe非氧化脫氨，生成肉桂酸和氨。由于迄今未在真細菌和哺乳動物體內發現PAL的存在，這就提示可以借助某些微生物的高活力高產率PAL酶制劑，促成生物催化Phe脫除氨基，生成無毒性肉桂酸和氨，建立起PAL酶法生物治療苯丙酮尿癥的新療法。

　　過去20多年來，國內外生命科學家開展了對微生物，特別是紅酵母PAL廣泛的基礎及應用研究，其中就包括在研究開發PAL生物催化前沿技術治療苯丙酮尿癥上的不懈探索進取，目前到了臨門一腳的關鍵時刻。

　　前期科研人員開展了關于PAL控制苯丙酮尿癥患兒體內L-Phe水平的研究，包括劑型給藥途徑、臨床酶法檢驗、安全性評價等一系列研究；藥理動物模型試驗也證明該PAL生物催化降低L-Phe水平的有效性。

　　1999年春，美國和加拿大一個合作研究團隊在美國頂級科學期刊《國家科學院院刊》（PNAS）上發表論文稱，加拿大已研制出一個經由插入PAL酶基因到細菌中，可以大量產生PAL的方法，包括該菌的大規模培養、分離細胞物，以及大規模地分離純化制PAL酶制劑的工藝過程。

　　同期，北京協和醫院劉敬忠等人也用植物材料歐芹為PAL基因供體，用大腸桿菌表達系統構建成功PAL基因工程菌。還有科學家利用乳酸乳球菌為基因工程菌，用歐芹PALcDNA通過電穿孔法轉化乳酸乳球菌，表達出了PAL活性，但活力不高。這也表明國內已經開始啟動對PAL/PKU酶法治療項目研究。

　　PAL酶穩定性進一步增強

　　筆者實驗室團隊從1988年起，在國家自然科學基金項目資助下，著手微生物PAL酶及生物技術研究。筆者團隊從滇西芒果園采集的土壤樣品中，借助富集培養/理化誘變/拮抗平板選擇等育種技術，選育出高PAL活性的紅酵母屬菌種CIBASA1401。分離選育的該紅酵母菌種具有獨特的PAL特性，部分酶學性質研究表明，該 PAL酶活力，在無任何防腐劑和保護劑存在下，4攝氏度保存一周，剩余酶活95%；兩周63%，零下20攝氏度兩周82%；該PAL酶在60攝氏度保溫1小時后酶活性幾乎完全喪失，但是該PAL酶在50攝氏度以下，尤其是最適反應溫度以及更低溫度下，都有較高的穩定性。

　　株系能夠借助其PAL逆向催化合成L-Phe的能力，在國內首次成功用于百噸級工業規模生產L-Phe產品，結束了我國長期不能生產Phe的歷史，填補國內空白。自然，這就聯想到利用該紅酵母具有的高PAL活性、高穩定性特征。借助該紅酵母菌種CIBAS A1401用于開發PAL/PKU 項目是合乎邏輯的發展，自主創新條件成熟。

　　近年應用重組紅冬孢酵母的PAL，經由PEG（聚乙烯醇）化學修飾，獲得的PAL衍生制劑，經動物模型口服各種PAL劑型，結果表明大部分高低劑量實驗組，均能夠有效降低血液Phe水平60%。這就表明利用來自紅冬孢酵母和綠藻的PAL化學衍生制劑，經由口服非哺乳類酶蛋白治療PKU有效。

　　由此可見，應用PAL作為候選生化藥酶制劑治療PKU，是因為PAL酶法對Phe解氨過程不需要輔因子；雖然對PAL蛋白酶解和免疫原性是該酶法替代治療的障礙，但是這么些年經過學術界的努力，已經一一得以解決。目前美國一家公司已經在加利福尼亞州選定社區簽約開展臨床試驗。

　　最后，筆者呼吁奮斗在我國生命科學及生命工程前沿陣地的年輕一代科技工作者，面對我國10萬之眾的PKU患兒，努力拼搏，創新出我國特色的PAL酶法生物治療PKU，解除壓在千萬個家庭身上沉重得不可言狀的負擔，正所謂“生物催化顯神威，力克頑疾好前景”。