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血清学技术

利用抗原抗体反应原理建立的一系列检测技术。在反应时一般需要含有抗体的血清参与,故名。原理抗体分子上的抗原结合点与抗原分子上的决定簇之间的三维结构具有相对应的互补关系,二者能通过非共价键、氢键、静电引力、范德华力及疏水键结合,形成抗原-抗体复合物。这是一种双分子可逆反应,其结合和解离率基本服从质量作用定律。它们之间互补关系越密切

利用抗原抗体反应原理建立的一系列检测技术。在反应时一般需要含有抗体的血清参与,故名。

原理

抗体分子上的抗原结合点与抗原分子上的决定簇之间的三维结构具有相对应的互补关系,二者能通过非共价键、氢键、静电引力、范德华力及疏水键结合,形成抗原-抗体复合物。这是一种双分子可逆反应,其结合和解离率基本服从质量作用定律。它们之间互补关系越密切,结合力越强。

血清学技术

此种结合具有高度特异性和量的关系,并根据抗原抗体性质、反应条件和参与反应的物质不同,表现为各种可见或不可见的反应,如用某些物质(如荧光素、酶、同位素等)标记抗体或抗原,就可将此种结合反应转化为理化信号,而易被检测,这样就极大地提高了反应的敏感性。进行血清学试验时,抗原和抗体二者之一必须是已知的,用已知测未知,既可用于定性,也可用于定量。如应用标记抗体或抗原,就可作探针,用于抗原或抗体的定位。

类型

初级反应

抗原抗体结合的初级阶段,反应发生迅速,瞬间即可达到平衡,但不表现任何可见现象,只有通过理化检测手段才能检出。用于检测的初级反应技术有两大类。

直接测定

即反应发生后迅即用仪器进行测定,包括:①激光免疫测定,抗原抗体结合后,由于分子内构型变化,从而改变了它们的理化特征。通过激光对含有抗原抗体复合物的混合液进行探测,就可以找出其质、量的变化关系。现在使用的有位移光谱法(COC)和激光散射免疫测定法(LSIA)等,前者是通过激光相关光度计测定扩散与散射光子的改变并做相关分析;后者用激光探测仪测定抗原-抗体复合物散射光子的量,这类方法可以在数秒中内完成。②免疫电极又叫电免疫测定(ELIA)。抗体和蛋白抗原为复杂的电解质,若将抗体或抗原共价结合到很薄的疏水性聚合物膜上,然后将该膜与金属导体如铂金、镍、铬丝等紧贴制成免疫电极。将该电极与参考电极插入含有相应抗原或抗体的溶液中,由于反应就会发生溶液中电位的改变,据以测定反应物的含量。

标记后测定

即利用某种易被检测的物质标记抗体或抗原,反应后即可用仪器测出待检物的含量,包括:荧光抗体技术放射免疫测定和酶免疫测定三大标记技术,这些技术已在生命科学研究中广泛应用。此外还有很多新建立的标记技术,主要的有以下3种:①自旋免疫测定法(SIA),用含有配位电子对的氮氧基化合物等标记抗原或抗体,当它们与相应待检物反应后,使标记物上的氮氧化合物电子自旋核磁共振(ESR)波谱发生变化,如波变宽和信息减弱。自旋免疫就是利用这一原理对抗原或抗体进行定性定量分析的。②金属原子免疫测定法(MIA),各种金属原子都有其特征性吸收光谱,用含有金属原子如Fe、Zn、Pt等标记抗原或抗体即可用于免疫测定。③发光免疫测定(LIA),以氧化—还原发光反应(化学发光)和生物体内某些酶催化的发光反应(生物发光)为基础的—大类免疫测定技术。

二级反应

抗原抗体经过初级反应后,由于抗原的多价性导致了二级反应的产生。在介质中的电解质、pH及其他反应参入物的综合作用下,经过一定的时间,反应逐步扩大,出现肉眼可见的第二阶段的反应。大多数经典的血清学试验均属此类,包括:凝集反应、沉淀反应、补体结合反应等。

凝集反应

颗粒性抗原,如细菌、红细胞、精子等与对应抗血清在有电解质时,彼此相联,凝集成簇的现象。可溶性抗原如蛋白质,脂多糖等通过吸附或化学反应与免疫无关的载体颗粒如红细胞、炭粒、乳胶等结合后,形成带有抗原的颗粒,这一过程叫致敏。这种致敏颗粒与相应抗血清结合后,亦可出现凝集现象,谓之间接凝集反应(见图)。用血球作载体的叫间接血球凝集试验,用炭粒作载体的叫间接炭凝试验,依此类推。同样,用抗体也可致敏载体与相应抗原反应,称为反向间接凝集试验。若用相应抗原阻断凝集反应称之为间接凝集抑制试验,用抗体阻断反向间接凝集反应称为反向间接凝集抑制试验。

间接血凝模式图

沉淀反应

可溶性抗原与抗体结合后,形成免疫复合物,此复合物达足够大时,就形成沉淀。沉淀现象的出现与抗原抗体的浓度和比例密切相关。在液相中进行的沉淀反应出现白色絮状和环状沉淀,分别称之为絮状沉淀与环状沉淀反应。抗原抗体在固相琼脂基质中扩散可出现为白色沉淀线或沉淀圈,称为琼脂免疫扩散试验。将琼脂免疫扩散试验置于电场中,抗原抗体在含有电介质的缓冲液中,受电场力等作用,朝一定方向迁移,在最适位置形成沉淀线称为免疫电泳试验。根据试验方式,出现现象的不同,又可分为对流免疫电泳、火箭免疫电泳和免疫电泳等。

部分血清学技术的灵敏度与用途

补体结合反应

补体是存在于人与动物新鲜血清与体液中的一类不耐热的糖-磷脂优球蛋白,共有9个功能类,18种蛋白质成分。它们具有酶原活性,在抗原-抗体免疫复合物的激活下可以发生连锁激活的特性。补体的主要功能为非特异性地杀菌、溶菌、灭活病毒和溶解细胞。有补体渗入的反应可分为两大类:一类为被激活后的直接反应,如溶菌反应、吸附到人O型红细胞表面的免疫粘附反应和胶固素反应等。另一类是以溶血反应作为指示系统的补体结合试验,胶固性补体吸收试验等。根据溶血程度,测出反应系统中抗原抗体的性质与效价。

三级反应

在体内或鸡胚、细胞培养中,由于多种因素参入下所表现的免疫现象。包括:

中和反应

测定抗体与病毒或毒素结合后,使其失去传染力和毒性的生物学试验。中和效力常以中和指数或速率常数K来表示。中和试验通常用实验动物、鸡胚或细胞培养进行。根据中和试验的对象不同,分为病毒中和试验和毒素中和试验等。

被动皮肤过敏反应

PCA

将能引起过敏反应的抗体静脉注射实验动物3~6小时后,皮内注射抗原,同时静脉注射染料(伊文思蓝、墨汁等),10~30分钟后,出现皮肤过敏反应,注射部呈现颜色斑点,此法可用以检测过敏原,十分敏感。

应用

血清学技术具有高度特异性、敏感性、适应面广、方法简单、快速、制样简单等特点,已成为生命科学进入分子水平所不可缺少的工具。在物种鉴定、快速诊断和俭疫、生物活性物质测定、性状标记物及次生代谢物的分析,食品和环境中残毒的监测,生物物质的定位及刑事侦破等各方面已得到了广泛的应用(见表)。