[转帖]免疫学技术

1. 经典的免疫学反应

1.1. 凝集反应

颗粒性抗原与相应抗体结合所发生的凝集反应(agglutination)

　　细菌和红细胞等颗粒性抗原，当与相应抗体特异结合后，在适量电解质存在的条件下，可逐渐聚集，出现肉眼可见的凝集现象称为凝集反应。反应中的抗原称为凝集原（agglutinogen），抗体称为凝集素（agglutinin）。

　　早在1896年，Widal就利用伤寒病人血清与伤寒杆菌发生特异性凝集的现象成功地诊断伤寒病。1900年Landsteiner在特异血凝现象的基础上发现了人类ABO血型，于1930年获得诺贝尔生理学和医学奖。一个世纪以来，这些经典的血清学方法一直沿用至今，并继续造福子人类。根据凝集反应的原理，以后又发展建立了，各种间接凝集试验、间接凝集抑制试验以及固相免疫吸附血凝试验等新方法。

1.2. 沉淀反应

可溶性抗原与相应抗体结合所发生的沉淀反应(precipitation)

　　沉淀反应是指可溶性抗原（细菌培养滤液、细胞或组织的浸出液、血清蛋白等）与相应抗体在液相中特异结合后，形成的免疫复合物受电解质影响出现的沉淀现象。反应中的抗原称为沉淀原（precipitinogen），可以是类脂、多糖或蛋白质等；抗体称为沉淀素（precipitin）。

　　早在1897年，Kmus发现鼠疫杆菌的培养滤液能与相应抗血清发生沉淀反应。-个世纪以来，沉淀反应这一古老的经典抗原抗体反应，经过不断改进和发展，至今仍然是生物医学研究领域和临床检验工作中常用的、简便可靠的一种免疫学试验方法。就广义而言，目前广泛应用的各种高度灵敏和特异的标记免疫检测技术，如免疫荧光、放射免疫分析及酶免疫分析技术等，也都是在沉淀反应的基础上发展建立起来的。

1.3. 补体结合反应和细胞溶解反应抗原抗体结合后激活补体所致的补体结合反应(complement fixation reaction)和细胞溶解反应(cytolysis)

　　溶血试验是将抗红细胞的抗体(通常称为溶血素)与相应的红细胞混合，当补体存在时，红细胞即被溶解。此种特异性溶血现象肉眼可见，广泛用于血清总补体活性测定及单个补体组分功能活性的检测。此外，溶血试验常用于补体结合试验中作为指标系统。

　　补体结合实验（complement fixation test，CFT）的原理是根据补体的作用无特异性，能与任何一种抗原抗体复合物结合；但当抗原与抗体不相对应时，补体则不被结合而游离存在。此时如在上述反应系统中．加入绵羊红细胞(抗原)和溶血素(抗体)系统，即可与游离的补体结合而出现溶血现象。因此，绵羊红细胞和溶血素是CFT的指示系统(亦称溶血系统)。试验结果根据溶血现象是否产生，即可得知检测系统中有无相应的抗原或抗体存在。

1.4. 中和反应

细菌外毒素或病毒与相应抗体结合所致的中和反应 (neutralization)

　　中和试验是免疫学和病毒学中常用的一种抗原抗体反应试验方法，用以测定抗体，中和病毒感染性或细菌毒素的生物学效应。凡能与病毒结合，使其失去感染力的抗体又称中和抗体。能与细菌外毒素结合，中和其毒性作用的抗体称为抗毒素。中和试验可以在敏感动物体内(包括鸡胚)，体外组织(细胞)培养或试管内进行。观察特异性抗体能否保护易感的试验动物死亡，能否抑制病毒的细胞病变效应或中和毒素对细胞的毒作用；以及测定抗体的其他生物学效应。

2. 免疫电泳技术

免疫电泳技术是将琼脂电泳与免疫扩散相结合的-种常用的免疫学实验方法，由Crabar与Williams于1953年创立，此项技术由于具有抗原抗体反应的高度特异性，电泳分离技术的快速，灵敏和高分辨力，以及实验设备和操作简便等优点，至今仍作为免疫学的一种基本技术，广泛用于科学研究和临床实验诊断。数十年来，根据不同的实验目的和要求，在经典的免疫电泳技术基础上，又衍生出对流免疫电泳、火箭电泳、交叉免疫电泳及免疫固定电极等许多新技术和新方法出现。

2.1. 免疫电泳

免疫电泳(immunoelectrophoresis，IEP)是将区带电泳与双向免疫扩散相结合的一种免疫化学分析技术。先将蛋白质抗原在琼脂平板上进行电泳，使不同的抗原成分因所带电荷、分子量及构型不同，电泳迁移率各异而彼此分离。然后在与电泳方向平行的琼脂槽内加入相应抗体进行双向免疫分散。分离成区带的各种抗原成分与相应抗体在琼脂中扩散后相遇，在二者比例合适处形成肉眼可见的弧形沉淀线。根据沉淀线的数量、位置和形状，与已知的标准(或正常)抗原抗体形成的沉淀线比较，即可对样品中所含成分及其性质进行分析、鉴定。

2.2. 对流免疫电泳

对流免疫电泳(counter immunoelectrophoresis, CIEP) 是将双向免疫扩散与电泳相结合的一种技术。在pH8.6的缓冲液中，蛋白质抗原带负电荷向正极泳动；而抗体大部分属于Ig，由于分子量大，暴露的极性基团较少，在离子琼脂中泳动缓慢，同时受电渗作用的影响向负极泳动 (电渗是指在电场中液体对于一个固定固体的相对移动。琼脂是一种酸性物质，在碱性溶液中带负电荷，而与它接触的溶液带正电荷，因此液体向负极泳动，产生电渗) 在抗原抗体相遇的最适比例处形成乳白色沉淀线。由于电场的作用，限制了抗原、抗体的自由扩散，而使其定向泳动，因而增加了试验的灵敏度，并缩短反应时间。此法操作简便，仅需30～60分钟，灵敏度比双向扩散高10～15倍；但缺点是特异性不如双向琼脂扩散高。

2.3. 火箭免疫电泳

火箭免疫电泳(rocket immunoelectrophoresis，RIEP)是将单向免疫扩散和电泳相结合的一种定量检测技术。电泳时，含于琼脂凝胶中的抗体不发生移动，而在电场的作用下促使样品中的抗原向正极泳动。当抗原与抗体分子达到适当比例时，形成一个形状如火箭的不溶性免疫复合物沉淀峰，峰的高度与捡样中的抗原浓度呈正相关。因此，当琼脂中抗体浓度固定时，以不同稀释度标准抗原泳动后形成的沉淀峰为纵坐标，抗原浓度为横坐标，绘制标准曲线。根据样品的沉淀峰长度即可计算出待测抗原的含量；反之，当琼脂中抗原浓度固定时，便可测定待测抗体的含量(即反向火箭免疫电泳)。

3. 免疫微粒技术

　免疫微粒技术是利用高分子材料合成一定粒度大小的固相微粒作为载体，包被上具有特异性亲和力的各种免疫活性物质(抗原或抗体)，使其致敏为免疫微粒，用于免疫学及其他生物学检测与分离的一项技术。作为载体的微粒通常是以某种高分子有机单体为原料，经过乳液聚合、悬浮聚合及辐照聚合等高分子聚合方法制备而成。由于制备材料及工艺不同，微粒的种类繁多，现已制成惰性微粒如聚苯乙烯胶乳微粒、活性微粒如羧化聚苯乙烯微粒、磁性微粒及标记微粒(用同位素、荧光素或酶标记)等四大类微粒，数量多达几十种。将制备好的微粒与抗原(或抗体)经物理吸附、化学偶联及生物素亲合亲桥联法等致敏方法形成免疫微粒。广泛应用于各种可溶性大分子物质的检测、分离与纯化、细胞标记与识别等。近年来，微粒技术在核酸分子杂交、DNA与RNA的分离及PCR等研究领域亦显示出广阔的应用前景。

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3.1. 胶乳微粒免疫检测技术

胶乳微粒免疫检测技术是在胶乳凝集定性试验基础上发展建立的-种非放射性均相免疫测定法，可以对各种微量的抗原物质和小分子半抗原(加药物、团体激素等)进行精确的定量测定。根据特异性抗体致敏的胶乳微粒(一般为直径约1μm的聚苯乙烯胶乳)，与待测标本中的相应抗原相遇时发生凝集反应，胶乳凝集程度与被测物的浓度呈函数关系，由此可测出标本中待测物的含量。测定方法主要有粒子计数法和浊度法两种。

3.2. 免疫磁性微粒分离与纯化技术

磁性微粒(magnetic microspheres, MMS) 是80年代初，用高分子材料和金属离子为原料，聚合而成的一种以金属离子为核心，外层均匀地包裹高分子聚合体的固相微粒。在液相中，受外加磁场的吸引作用，MMS可快速沉降而自行分离，无需进行离心沉淀。因此，将MMS应用于免疫检测，可使操作过程大为简化。经过特异性抗体包被制成免疫MMS，与检样中的抗原结合形成免疫MMS-靶分子(或靶细胞)复合体，通过外加磁场的作用即可与其他成分分离开来。再以适当方式使复合体解离，在磁场吸引下除去游离的免疫MMS，即可获得纯化的靶分子或细胞。

4. 免疫组织化学技术

免疫组织化学又称免疫细胞化学，是指带显色剂标记的特异性抗体在组织细胞原位通过抗原抗体反应和组织化学的呈色反应，对相应抗原进行定性、定位、定量测定的一项新技术。它把免疫反应的特异性、组织化学的可见性巧妙地结合起来，借助显微镜(包括荧光显微镜、电子显微镜)的显像和放大作用，在细胞、亚细胞水平检测各种抗原物质(如蛋白质、多肽、酶、激素、病原体以及受体等)。

　　免疫组化技术近年来得到迅速发展。50年代还仅限于免疫荧光技术，50年代以后逐渐发展建立起高度敏感，且更为实用的免疫酶技术。

　　免疫组织化学的全过程包括：①抗原的提取与纯化；③免疫动物或细胞融合，制备特异性抗体以及抗体的纯化；③将显色剂与抗体结合形成标记抗体；④标本的制备；③免疫细胞化学反应以及呈色反应；⑧观察结果。

4.1. 免疫荧光细胞化学技术

免疫荧光细胞化学技术是采用荧光素标记的已知抗体(或抗原)作为探针，检测待测组织、细胞标本中的靶抗原(或抗体)，形成的抗原抗体复合物带有荧光素，在荧光显微镜下，由于受高压汞灯光源的紫外光照射，荧光素发出明亮的荧光，这样就可以分辨出抗原(或抗体)的所在位置及其性质，并可利用荧光定量技术计算抗原的含量，以达到对抗原物质定位、定性和定量测定的目的。

4.2. 免疫酶细胞化学技术

抗体与靶抗原结合之后，形成的抗原抗体复合物在显微镜下是不可见的，如将抗体(或抗原)与某种显色剂偶联，抗原与抗体结合形成的复合物就由不可见而成为可见，从而可以确定组织中是否存在某种抗原(或抗体)。免疫酶技术就是用酶(如辣根过氧化物酶)标记已知抗体(或抗原)，然后与组织标本在一定条件下反应，如果组织中含有相应抗原(或抗体)，抗原抗体相互结合形成的复合物中所带酶分子遇到底物时，能催化底物水解、氧化或还原，产生显色反应，这样就可以识别出标本抗原(抗体)分布的位置和性质，通过图像分析并可达到定量的目的。

　　免疫荧光技术虽已广泛应用于免疫学的研究与诊断，但是荧光抗体染色标本不能长期保存，对组织细胞的细微结构分辨不清，免疫酶技术则能克服上述不足，标记免疫酶技术的敏感性更优于免疫荧光法，对石蜡切片标本尤为适用，为免疫病理研究开辟了一条新途径，酶显色产物具有较高的电子密度，经过适当处理还可以进行免疫电镜观察，免疫酶组化技术分为酶标记法与非标记抗体技术，前者是将酶通过交联剂结合在抗体分子上，形成酶标记抗体。后者是将酶作为抗原与相应的特异性抗体连接进行的免疫反应，称为非标记抗体酶技术。

5. 免疫电子显微镜技术

　免疫电镜技术(Immune electron microscopy，IEM)是将抗原抗体反应的特异性与电子显微镜的高分辨力相结合，在亚细胞和超微结构水平上对抗原物质进行定位分析的一种高度精确、灵敏的方法。特异性抗体用电子致密物质，如铁蛋白、胶体金等标记后，使之与组织超薄切片中的抗原结合，在电镜下观察到标记物所在位置，即为抗原抗体反应的部位。首创此项技术的是Singer (1959)，他最先使用铁蛋白标记抗体的方法。30多年来，经过许多学者的不断改进和发展，目前用于免疫电镜的示踪物，除铁蛋白外，主要有过氧化物配和胶体金；标记物除抗体外，发展为使用葡萄球菌A蛋白(SPA)、生物素和亲合素、凝集素等；检测方法也由标记抗体法改进为应用双功能抗体法、搭桥法及不标记抗体的过氧化物酶-抗过氧化物酶(PAP)法等；免疫电镜技术也从最初的透射免疫电镜发展为扫描免疫电镜技术等。

5.1. 铁蛋白标记技术

铁蛋白是-种含铁23％，分子量约750kDa，直径为12-14nm的球形蛋白。其核心是由4个亚基组成的高电子密度氢氧化铁胶态分子团，外层由24个蛋白质亚单位组成近似球形的外壳。在电镜下，铁很容易和其他粒子相区别，显像清晰。通过双功能交联剂可与抗体、SPA等共价结合；用于免疫电镜检测的优点是标记物呈颗粒状，分辨率高；但其缺点是Fe的分子量太大，难以透过细胞膜和组织，只适用于细胞表面抗原定位；而且Fe染色标本只适合电镜检查，不能用普通光学显微镜观察。因此，在近年来逐渐被免疫酶和胶体金取代。

5.2. 酶标记技术

Nakane和Plerce将酶标抗体用于免疫组化技术，以HRP标记抗体，通过H2O2／DAB底物系统被酶分解的呈色反应，来显示抗原抗体反应部位：DAB分解产物为不溶性的棕色吩嗪衍生物，经过Os04处理后变黑，具有高电子密度，十分适合于电镜观察。而且HRP的分子量(40kDd)比铁蛋白(750kDa)将近小20倍，酶标抗体较易透过经适当处理后的组织细胞膜，能用于定位细胞内抗原。但酶反应产物的分辨率不如颗粒性标记物高(如铁蛋白，胶体金)。

5.3. 胶体金标记技术

1971年Faulk和Taylor首创胶体金标记免疫电镜技术。胶体金是氯金酸(HAuCl4)的水溶胶颗粒，如同铁蛋白一样具有高电子密度，在电镜比铁蛋白颗粒更致密，易于辨认，定位比酶反应物精确。胶体金容易和多种大分子物质、包括抗体、A蛋白、凝集素等结合。根据制备方法不同，可以得到直径在3-150nm之间的各种大小的胶体金颗粒；分别使用不同直径的胶体金颗粒制备标记物，可以在同-标本片上显示两种或多种抗原物质，即所谓双标记或多标记。胶体金标记物还可代替铁蛋白作为扫描免疫电镜电镜的标记物。因此，胶体金成为当前免疫电镜工作者最感兴趣的标记物。

5.4. 凝集素标记技术

凝集素是一类从各种植物种子和动物组织中提取的糖蛋白或结合糖的蛋白。因其能凝集红细胞，故名凝集素，亦称外源凝集素。除红细胞外，还能凝集淋巴细胞、纤维细胞、精子等。常用的为植物凝集素。通常以其提取的植物命名，如刀豆素A、麦胚凝集素、植物血激素、花生凝集素等，凝集素(Ietin)是其总称。日前已纯化并鉴定的植物凝集素有近100种。凝集素最大的特点是能识别糖蛋白和糖脂中，特别是细胞膜中复杂的碳水化合物结构，即细胞膜表面的糖基。一种凝集素具有只对某一种特异性糖基专一性结合的能力．如刀豆素A与吡喃糖基甘露糖结合。因此，凝集素可以作为研究细胞膜结构的探针。另一方面，凝集素具有多价结合能力，能与荧光素、酶、生物素、铁蛋白及胶体金等结合、而不影响其生物活性，可用于光镜或电镜水平的免疫细胞化学研究工作，在探索细胞分化、增生和恶变的生物学演变过程，显示肿瘤相关抗原物质，以及对肿瘤的诊断评价等方面均有一定的价值。

6. 流式细胞术

流式细胞仪(Flow cytometer，FCM)能快速、精确地测量通过检测区液流中的各种粒子。这些粒子可以是细胞、大分子、乳胶滴或其他粒子。流式细胞术是对单细胞定量分析和分选的新技术。通常是应用一个激光和有关的光学检测系统来收集这些信号以供分析。其检测速度之快，统计学精度之高，是其他方法无法比拟的。它可以研究一个细胞从新生到死亡，从细胞膜到脑浆和核内物质及染色体，还可以探讨不同物质之间的关系。同时它还可以从一个细胞中测得多种参数(如DNA、RNA、蛋白质和细胞体积等)，进行多信息分析，为细胞生物学和生物医学研究提供强而有力的手段。从80年代以来，已广泛地应用于基础和临床医学研究，并使之成为切实可行的有效研究方法。它在免疫学、肿瘤学、细胞遗传学、病理学、放射生物学等学科中已形成了独立的学科分支。FCM主要可定量分析细胞表面和细胞内抗原，以及对细胞分子水平的核酸含量的测量，这些参数的定量变化已被用于确定正常和异常细胞的分化和生长，预示各种病理状态下细胞的生物行为。

　　FCM是集现代电子物理技术、激光技术、电子计算机技术于一身的先进科学仪器，开创了荧光技术的又一个崭新的领域。近年来此项技术发展十分迅速，不断有更新换代产品出现，具有更高灵敏度、高分辨率、双激光、多参数分析的仪器不断问世，并在朝着经济实用、操作简便、小巧精制、自动化程度高的方向发展。