抗原抗体反应及其应用

抗原抗体反应及其应用

摘要抗原抗体反应指抗原与相应抗体之间所发生的特异性结合反应。免疫印迹，又称蛋白质印迹（Western blotting），是根据抗原抗体的特异性结合检测复杂样品中的某种蛋白的方法。双转印法、天然电泳及western blot 分析等是最近几年出现的新型蛋白印迹技术。单克隆抗体技术是20世纪后20年内最为重要的生物高技术之一。单克隆抗体药物在肿瘤治疗、抗感染等方面具有重要的作用。关键词抗原抗体反应、Western blotting、单克隆抗体技术

一、抗原抗体反应

抗原抗体反应指抗原与相应抗体之间所发生的特异性结合反应。这种反应既可在机体内进行，也可以在机体外进行。抗原抗体反应的过程是经过一系列的化学和物理变化，包括抗原抗体特异性结合和非特异性促凝聚两个阶段，以及由亲水胶体转为疏水胶体的变化[1]。抗原是能够刺激机体产生（特异性）免疫应答，并能与免疫应答产物抗体和致敏淋巴细胞在体内外结合，发生免疫效应（特异性反应）的物质。抗原表位是抗原上与抗体结合的区域。蛋白质抗原的表位是由相邻的连续的或非连续的氨基酸序列形成的局部表面结构[2]，如图1所示。抗体是指宿主对体内存在的外来分子、微生物或其他因子的应答而产生的蛋白质。抗体主要由B淋巴细胞系的终末分化细胞-浆细胞产生，并且循环在血液和淋巴液中，在那里与抗原结合。抗体是具有4条多肽链的对称结构，其中2条较长、相对分子量较大的相同的重链(H链)；2条较短、相对分子量较小的相同的轻链(L链)。链间由二硫键和非共价键联结形成一个由4条多肽链构成的单体分子。整个抗体分子可分为恒定区和可变区两部分。抗体上与抗原表位结合的位点由重链和轻链的可变区构成[3]，如图2所示。抗原抗体复合物通过大量非共价键连接。某些免疫复合物中抗体或抗原的结构未发生改变，而另一些则出现巨大的构像改变。研究抗原抗体复合物最有说服力的的方法是抗体-抗原共结晶的X射线衍射技术。

图1 抗原表位示意图图2 抗体结构示意图

二、蛋白印迹技术

免疫印迹，又称蛋白质印迹（Western blotting），是根据抗原抗体的特异性结合检测复杂样品中的某种蛋白的方法。混合样品经ＳＤＳ-聚丙烯酰胺凝胶电泳后分离,凝胶中的蛋白质用电印迹方法被转移到化学惰性的高分子转移膜上。然后,将目的蛋白的特异性一级抗体(一抗)与转移膜上的目的蛋白进行免疫结合反应,再用标记过(如HRP)的二级抗体(二抗)与一抗结合,用对二抗分子中标记物的检测证明目的蛋白的存在[4]。主要步骤如下：

(1)电印迹———电转移:首先是将分离的蛋白从SDS-PAGE凝胶上转印到硝酸纤维素(NC) 膜、聚偏乙烯氟化物( PVDF) 膜等固相上,PVDF 膜较NC 膜具有更高的蛋白结合性能、物理强度和化学稳定性。目前,最广泛使用的印迹方法是电转印(电转印也称电转移),即在电场作用下将凝胶上的蛋白转移到转移液浸湿的

膜上。电转印又分湿转印和半干转印2种。湿转印(wet transfer) 是将整个夹心式转印体系(支持垫-滤纸-转印膜-凝胶-滤纸-支持垫) 垂直地直接浸入缓冲液内进

行转印。其装置多采用Towbin 设计的垂直式不锈钢/铂电极转印槽。半干转印(semi-dry transfer)是事先将转印体系中的凝胶、膜、滤纸及支持垫浸泡在转移缓冲液中,浸湿片刻后直接进行转印,而无须将其浸入缓冲液内。具体操作为：电泳完毕后对凝胶进行半干转膜(转膜缓冲液为48 mmol/L Tris, 39mmol/L甘氨酸, 1.3 mmol/L SDS, 含20%甲醇, pH 9.2)。半干式转膜槽阴极在上, 阳极在下, 在

半干转移的凝胶“三明治”中, 先准备阳极侧滤纸, 然后重叠放置两张大小完全

一致的0.2 m PVDF 膜, 再铺凝胶及阴极侧滤纸, 缓冲液为连续缓冲液, 蛋白质移动方向由上而下。转移电流50~250 mA, 转移时间15~50min。半干转印优于垂直转印,因为半干式蛋白质电泳印迹具有操作简单、快速、节约缓冲液、印迹条带背景清晰等特点，而且可以一次可以转印多块胶,而且所需电压较低。但也存在一定局限性, 对于分子量过低或者过高的蛋白质的印迹效果不太理想[5]。

(2)封闭:蛋白质分子从胶上转移到膜上后,为减少探针的非特异结合,用非反应活性分子封阻转移膜上未吸附蛋白质的区域,以降低检测的背景信号。应用最多的封阻剂是脱脂奶粉,还有:凝集素、牛血清蛋白、血红蛋白、酪蛋白等。使用时应注意它们各自的特点,如:牛血清蛋白含有碳氢化合物,用外源凝集素作探针时会增加背景;用血红蛋白封闭会对膜产生“负染”。目前,对带正电荷的尼龙膜封闭时,由于尚没有有效的封剂,需要用比ＮＣ膜更加有效的封阻剂,因为尼龙膜有很高的蛋白质结合能力而加深背景,常用10%明胶或牛血清白蛋白在50℃过夜封闭。

(3)免疫结合反应:用目的蛋白的抗体与转移膜上的目的蛋白(靶蛋白)进行特异性免疫结合反应,再用标记过的二抗与膜上的一抗反应。影响免疫印迹成败的主导因素之一是抗原分子中可被抗体识别的表位(抗原决定簇)性质。多数高分辨率的凝胶电泳多会引起抗原样品的变性,只有那些能识别耐变性表位的抗体可与抗原结合。多克隆抗血清多含有这类抗体,所以在免疫印迹实验中常选用多克隆抗体。相反,许多单克隆抗体不能与变性抗原反应,因为它识别的表位依赖于抗原蛋白天然折叠所形成的空间结构。单克隆抗体或多克隆抗体均可用于免疫印迹,但两者各有优缺点,见表1。免疫印迹中最好能使用混合单克隆抗体,兼具多克隆抗体和单克隆抗体的优点,既特异性强,又灵敏度高,是由一组能与特定的耐变性表位结合而不出现交叉反应的单克隆组成。除选择多抗/单抗外,还应注意抗体的种源性,掌握二抗一定要抗一抗的种源原则,如:一抗是兔源的,二抗一定要是能抗兔的抗体。对做成年或大动物时,有些抗体受到限制,应多做调查研究[6]。

表1 抗体的种类

(4)检测:根据连接二抗标识物的检出,如:化学发光、显色和放射性同位素测定等,间接检测出目的蛋白的存在。目前常用的的检测方法是化学发光法,即当结合在膜上的HRP标记过的抗体与荧光底物结合,经HRP酶的化学氧化产生激发

态发光产物。

三、新型蛋白印迹技术

1．双转印法

免疫印迹技术长期存在的一个主要问题,是第二抗体(二抗) 与印迹膜上非特异性蛋白产生的非特异性反应,由此产生了非特异性条带多,结果难以判定。为了降低二抗非特异性吸附所造成的假阳性反应,Lasne等建立了双转印法。大致步骤为:将蛋白条带转印至膜上,经封闭、加第一抗体(一抗) 、洗膜等程序后,将转印膜上的一抗第二次转印至另一张膜即DB 膜上。而抗原及其他干扰蛋白则不会发生转印而保留在转印膜上[7]。

2.天然电泳及western blot 分析

天然电泳即非变性电泳,因整个电泳系统(包括凝胶、缓冲液、样品处理液) 中不含SDS、DTT或二巯基乙醇等成分,样品也不加热,可保留被分离蛋白的结构完整性和生物学活性。在这种条件下,蛋白的迁移率由分子大小和所带电荷决定。非变性电泳的分辨率通常不SDS-PAGE ,但当需要保持分子天然结构和生物学活