免疫质谱技术及其临床研究应用前景

免疫质谱技术及其临床研究应用前景
胡朝军;李永哲
【期刊名称】《临床检验杂志》
【年(卷),期】2010(028)004
【总页数】2页(P303-304)
【关键词】免疫质谱技术;蛋白质组学;生物标志物
【作者】胡朝军;李永哲
【作者单位】中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院风湿免疫科,北
京,100032;中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院风湿免疫科,北京,100032【正文语种】中文
【中图分类】R446.1
免疫质谱技术(immunologic mass spectrometry, IMS)是新近发展起来的联合抗体分离技术与生物质谱技术的一种分析技术，除具有传统的放射免疫技术、酶免疫技术和荧光免疫技术的高度特异性和高度灵敏性外，还具备原子级的高度准确性独特优势，将推动医学诊断进入原子级诊断时代，具有非常广阔的应用前景。

1 免疫质谱技术的概况
IMS以蛋白质指纹图谱技术为基础，对抗体特异性捕获的分子进行生物质谱的精确分析。

主要操作步骤与上述传统免疫分析技术类似，首先将抗体固定到固相载体表面，常用的固相载体为化学表面(羰基二咪唑、环氧基)或生物表面(蛋白A)的芯
片或磁性微球，以特定pH的缓冲液活化固相表面活性基团后，即可把待测蛋白质的特异抗体包被到固相表面；第二步是固相表面的抗体特异性地捕获待检分析物，洗除非特异性结合；最后对捕获物质进行生物质谱检测分析。

由于通过抗体捕获的物质多为大分子蛋白质或者肽段，因此用于免疫质谱分析的质谱仪不同于分析肽指纹或氨基酸序列的二级质谱或多级质谱，而是适用于生物大分子测定的生物质谱如SELDI-TOF-MS或MALDI-TOF-MS。

2 免疫质谱技术的特点及优势
IMS也是基于抗原抗体反应的原理，具有高度的敏感性和特异性，以及原子级高
度准确性和快速的独特优势。

传统免疫分析技术通过标记信号间接分析被检测物质，所谓抗原抗体的特异性反应只是分子层面的、空间构象相同或相似前提下的特异，无法直接分析同种抗体捕获的变异或修饰抗原，得到的检测结果不能准确代表实际分析物质的种类或者含量，而是具有相同或相似空间结构的一类物质的总和。

质谱分析能精确到H原子质量，因此准确度可以达到1道尔顿，是原子级的准确度。

IMS采用生物质谱技术直接分析抗体捕获的待测分析物，能准确区分同一抗体捕
获抗原的各种变异和修饰，准确地反映待测物的实际情况，避免各种抗原抗体交叉反应导致的假阳性结果。

因此，IMS的准确性是传统免疫分析技术无法媲美的。

IMS还具有经济、快速的特点。

传统免疫分析方法一般一次只能进行一种靶物质
的分析，IMS则可把多种抗体同时包被到固相表面，一次捕获多种分析物，并对
其进行精确分析，检测时间等于单项测定时间，检测速度远超过传统免疫分析技术。

3 免疫质谱技术的临床应用
3.1 用于探讨疾病的发病机制 IMS的准确性达原子级，而传统免疫技术准确性限
于分子级。

1987年Ikeda等用单克隆抗体技术研究表明，β-淀粉肽在大脑的沉积是导致阿尔茨海默症的主要原因[2]。

但随后十几年的研究并没有找到表明β-淀粉肽的量与AD病情间确切关系的证据。

直至2001年，Terai等[3]采用IMS研究
发现，AD患者沉积的β-淀粉肽是3种分泌酶作用于淀粉肽产生的3种异质体(38、40和42个氨基酸序列的β-淀粉肽)的混合物，患者病情变化与含42个氨基酸序
列的β-淀粉肽的含量密切相关，而与其他两种无关。

由于3种异质体的氨基酸序
列改变并没有影响蛋白质空间结构，因此传统的ELISA检测到的结果是3种异质
体的总量，主要取决于占绝对优势的含40个氨基酸序列的β-淀粉肽含量变化。

但未发现含40个氨基酸序列的β-淀粉肽含量与AD病情相关，这正是用经典免疫测定技术长久找不到满意结果的原因。

而IMS能区分有分子基团改变的不同蛋白质，找到与AD病情密切相关的42个氨基酸序列的β-淀粉肽。

目前，蛋白质指纹图谱技术广泛用于寻找与疾病诊断治疗相关的蛋白质标志物，但发现很多候选标志蛋白质是人体的反应蛋白质，无疾病特异性。

Fung等[4]发现，用IMS可以定量检测
这些反应蛋白质经剪切、氨酰化等改变产生的异质体，这些改变在不同肿瘤存在差异，故而这些异质体可用于区分不同肿瘤。

3.2 检测具有相同空间结构的蛋白质异质体对于空间结构相同但存在点突变的蛋
白质若处于生物样品的复杂环境，对它们进行检测很困难。

IMS可以快速准确地
对复杂样品中的变异蛋白质进行精确分析，是研究蛋白质变异、剪切、修饰十分有效的技术[5]。

Bleijlevens等[6]用IMS成功地在戈谢病(Gaucher′s disease)患者
复杂的生物样品中直接检测到葡糖脑苷脂酶的不同突变体，避免了对复杂的蛋白质进行分离纯化的过程。

Peronnet等[7-8]用IMS分析心肌梗死患者血清中的心肌
肌钙蛋白I(cTnI)，发现cTnI被剪切、降解、修饰而产生多种异质体，其中一个异质体发生磷酸化与cTnI从受损心肌释放入血的过程密切相关。

这些改变用传统分
析方法无法发现。

3.3 IMS富集蛋白并对蛋白质进行鉴定和定量检测传统的蛋白质鉴定方法的关键
是得到待测蛋白质的纯品。

但由于许多疾病相关标志物含量极低且大多处于血清等复杂物质之中，现有的蛋白质分离纯化技术很难得到相应的纯品，鉴定更无从谈起。

IMS提供了一种简单方便的富集和鉴定蛋白质的方法[9]。

从血清等标本中发现的疾病相关蛋白质通过生物质谱检测能得到准确的分子量，通过搜索蛋白质数据库能估计出最有可能的蛋白质。

然后采用相应的抗体捕获该蛋白质，通过生物质谱对捕获的蛋白质进行检测分析。

捕获后的血清中相应蛋白质会显著减少。

但IMS对蛋白质进行鉴定只是一种辅助的手段，其应用范围非常有限。

由于质谱存在抑制效应，传统质谱技术无法对生物大分子进行直接分析，IMS则使生物大分子的质谱定量检测成为现实。

IMS对生物大分子蛋白质定量检测的灵敏度可达ng/ml级，而且具有较高的检测精密度(CV<10%)[10]。

随着生物制剂广泛用于疾病治疗，及时检测分析患者血清中生物制剂及其代谢产物的含量十分重要。

IMS可在分析靶物质的同时获得这些物质在人体代谢修饰等改变的信息，对于了解这些生物制剂的性能非常有用。

4 参考文献
[1]胡朝军,李永哲.蛋白指纹图谱技术在临床疾病研究中的应用[J].临床检验杂志，2008，26(3)：232-234.
[2]Ikeda S, Wong CW, Allsop D, et al. Immunogold labeling of cerebrovascular and neuritic plaque amyloid fibrils in Alzheime′s disease with an anti-beta protein monoclonal antibody[J]. Lab Invest, 1987,
57(4):446-449.
[3]Terai K, Iwai A, Kawabata S, et al. Beta-amyloid deposits in transgenic mice expressing human beta-amyloid precursor protein have the same characteristics as those in Alzheimer′s disease[J]. Neuro science, 2001, 104(2):299-310.
[4]Fung ET, Yip TT, Lomas L, et al. Classification of cancer types by measuring variants of host response proteins using SELDI serum assays[J].
Int J Cancer, 2005, 115(5): 783-789.
[5]Schweigert FJ, Wirth K, Raila J. Characterization of the microheterogeneity of transthyretin in plasma and urine using SELDI-TOF-MS immunoassay[J]. Proteome Sci, 2004, 2(1):5.
[6]Bleijlevens B, van Breemen MJ, Donker-Koopman WE, et al. Detection of mutant protein in complex biological samples: glucocerebrosidase mutations in Gaucher′s disease[J]. Anal Biochem, 2008, 372(1):52-61. [7]Peronnet E, Becquart L, Poirier F, et al. SELDI-TOF MS analysis of the cardiac troponin I forms present in plasma from patients with myocardial infarction[J]. Proteomics, 2006, 6(23):6288-6299.
[8]Bovenkamp DE, Stanley BA, Van Eyk JE. Optimization of cardiac troponin
I pull-down by IDM affinity beads and SELDI[J]. Methods Mol Biol, 2007, 357:91-102.
[9]Gregson BP, Millie DF, Cao C, et al. Simplified enrichment and identification of environmental peptide toxins using antibody-capture surfaces with subsequent mass spectrometry detection[J]. J Chromatogr A, 2006, 1123(2):233-238.
[10]Whiteaker JR, Zhao L, Zhang HY, et al. Antibody-based enrichment of peptides on magnetic beads for mass-spectrometry-based quantification of serum biomarkers[J]. Anal Biochem, 2007, 362(1):44-54.。