酶在身体组织中的浓度和活性测定有助于疾病诊断

所有的酶（Enzyme）都是蛋白质，起着催化剂的作用。实际上，体内发生的每一种反应，无论是细胞内还是细胞外，都是由一种酶催化的。被某种酶催化反应的分子称为底物（substrate）。酶与底物的相互作用非常特殊，除了密切相关的分子外，酶不与底物以外的任何分子相互作用。血液中不同酶的浓度和/或活性提供了有关特定组织功能的重要信息。此外，许多酶主要存在于特定组织中，而不存在于其他组织中。因此，某些酶可以作为特定组织中疾病的生物标志物。因此，医学实验室的一个重点是确定血液和其他体液中特定酶的浓度兼或活性。一种酶的浓度可以简单地通过向血清或其他体液中加入特定的底物并观察底物消失或反应产物形成的速度来确定。大多数酶表现出绝对的反应特异性（absolute reaction specificity），即不形成次要的副产物。结合特异性允许许多生化反应在同一生物空间内同时发生。绝对的反应特异性节省了能量，因为它减少了不必要的代谢物产生。酶含有一个被称为活性位点（active site）的表面区域，在那里发生结合和催化反应。它形似一种裂缝或缝隙，其中嵌入了特定的基团，它们有适当的取向，起着结合和成键的作用，或称为键裂解。影响酶活性的因素很多，包括pH值、温度、离子强度、酶的辅因子浓度、抑制剂的存在、使用其他酶反应作为指标，以及用正向反应还是反向反应来测定酶的浓度。因此，即使不同的实验室使用相同的底物，酶的参考范围也可能在这些实验室之间存在显著差异。此外，由于不同的分析条件，即使上述因素都相同，参考范围的差异仍然可能存在。在大多数情况下，酶活性是用分光光度法测定的。此外，根据所测量的产品，适当地使用其他检测方法。例如，脂肪酶作用于脂质乳剂，这些通常是浑浊的，因此浊度清除率的测量可以用来确定脂肪酶活性。葡萄糖氧化酶被广泛用于测量葡萄糖浓度，它是一种利用氧作为电子受体的黄素蛋白。可以测量由于受体电荷的改变而引起的电位变化来确定反应速率。脲酶被广泛用于测定尿素浓度，脲酶将尿素分解成碳酸氢盐和铵离子。由于样品中离子的出现而引起的样品电导的变化可以用来确定反应速率。免疫测定法可用于测定酶蛋白的质量。当需要定量样品中一种酶的一种或多种同工酶时，免疫测定是一种选择方法，因为针对每种同工酶产生的特异性抗体将识别和定量样品中存在的每种变体。一般来说，免疫测定法受影响酶活性的因素影响较小，而且往往更精确。然而，与酶活性一样，酶质量的测定可能因所用试剂而异。在不同的方法之间，校准器通常会导致质量活度的不同结果。例如胰腺淀粉酶同工酶、前列腺和骨酸性磷酸酶同工酶。抗体也可以用作捕获抗体，将特定同工酶与其他形式的相同酶分离，然后测量酶的活性。抗体测量游离和结合形式的能力可能不同。与其他免疫测定法一样，通过免疫测定法测量酶可以显示与试剂抗体结合的物质的干扰，例如嗜异性抗体。许多酶在临床上用于识别和监测特定的疾病过程。在除少数情况外的所有情况下，特定组织中的异常情况可通过一种或多种酶活性或酶浓度的升高来识别。引起细胞损伤或死亡的疾病过程导致细胞膜受损，导致特定的细胞内酶释放到组织空间和微血管，导致血清或其他体液中的酶活性增加。组织特异性酶的浓度可以提示特定的疾病，而不具有组织特异性的酶则提供了损伤器官类型的线索。因此，详细改进酶分析对诊断是必要的。

Figure 1. Illustration of enzyme lock-and-key specificity (derived from McPherson, R. A., & Pincus, M. R. 2021)

参考文献：McPherson, R. A., & Pincus, M. R. (2021). Henry's clinical diagnosis and management by laboratory methods E-book. Elsevier Health Sciences.