免疫化学技术

8 免疫化学技术

8.1 免疫化学技术简介

现代免疫化学是研究抗原与抗体的组成、结构以及抗原和抗体反响的机制。此外，还研究体内其他免疫活性物质，如补体分子的组成、结构及其功能。目前，免疫化学已应用于免疫性疾病发病机制的根底研究和临床检测等。

随着免疫化学、细胞生物学及分子生物学的进展，免疫学实验技术也迅猛开展，并已成为当今生命科学研究的重要手段，尤其是在医学根底研究和临床实践中得到广泛应用。

免疫学检测方法可分为体液免疫测定及细胞免疫测定。前者主要是根据抗原与相应抗体能在体外发生特异性结合，并在一些辅助因子的参与下出现沉淀、凝集及溶化等反响，从而采纳抗原检测未知抗体，或用抗体检测未知抗原。此外，尚包含检测体液中各种可溶性免疫分子，诸如补体、各类免疫球蛋白、循环免疫复合物、溶菌酶、各种细胞因子等。细胞免疫测定则是根据各种免疫细胞〔T细胞、B细胞、K细胞、NK细胞及巨噬细胞等〕外表所具有的独特标志及其各自的特别功能，在体外〔有时亦可在体内〕测定上述各种细胞及其亚群的数量和功能，以援助了解机体的细胞免疫水平。

本章节仅限于介绍几种主要的免疫化学实验技术的根本原理及实验操作方法。

8.2 抗原的免疫原性和专一性

抗原与免疫原：抗原〔antigen,Ag〕是一类能刺激机体免疫系统使之产生特异性免疫应答，并能与相应免疫应答产物即抗体和致敏淋巴细胞在体内或体外发生特异性结合的物质，也称为免疫原〔immunogen〕。前一种性能称为免疫原性〔immunogenicity〕或抗原性〔antigenicity〕，后一种性能称为反响原性〔reactogenicity〕或免疫反响性〔immunoreactivity〕。

抗原的分类：根据抗原物质所具备的性能可分为完全抗原〔complete antigen〕和半抗原〔hapten〕两类。同时具有免疫原性和免疫反响性的抗原称为完全抗原，如细菌、病毒、异种动物血清等。仅具有与相应抗原或致敏淋巴细胞结合的免疫反响性，而无免疫原性的物质称为半抗原，如大多数的多糖、类脂及一些简单的化学物质，它们本身不具免疫原性，但当与蛋白质大分子结合后形成复合物，便获得了免疫原性，这种与半抗原结合并给予它免疫原性的蛋白质大分子称为载体〔carrier〕。根据抗原的来源不同可分为外源性抗原与内源性抗原。外源性抗原是从外界引入体内而刺激机体发生免疫应答的。内源性抗原是指体内的自身成分，如机体的组织或细胞因理化因素作用或病毒感染使这些成分发生改变或修饰，成为一种自身抗原或称新生抗原，使机体发生免疫反响。而根据抗原的化学组成可分成蛋白质、糖类、脂类与核酸等抗原。

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构成免疫原的条件：异物性是抗原物质的首要性质。免疫活性细胞在正常情况下具有高度精确的识别能力，能识别“自己〞和“非己〞，将非己物质加以排斥。免疫应答就其本质来说，就是识别异物和排斥异物的应答，故激发免疫应答的抗原一般需要是异物，具有异物性的物质可分为以下几种：1〕异种物质：马血清、异种蛋白质、各种微生物及其代谢产物，对人来说是异种物质，均为良好抗原。2〕同种异体物质：高等动物同种不同个体之间，由于遗传基因不同，其组织成分的化学结构也有差异。因此，同种异体物质也可以是抗原物质。例如人类红细胞A、B、O血型物质和人类白细胞抗原〔human leukocyte antigen, HLA〕即属此类。3〕自身抗原：自身组织成分通常无抗原性，但在某些异常情况下，自身成分也可成为抗原物质。

抗原一般为大分子物质，其分子量在10kD以上。在肯定范围内，分子量越大，其抗原性越强。分子量在5kD以下的肽类，一般无抗原性，分子量为5－10kD的肽类为弱抗原。抗原须是大分子物质的原因为：1〕分子量越大，外表的抗原决定簇越多，而淋巴细胞要求有肯定数量的抗原决定簇的刺激才能活化。2〕大分子胶体物质的化学结构稳定，不易被破坏和去除，在体内停留时间较长，能延续刺激淋巴细胞。

大分子物质并不肯定都有抗原性。例如明胶是蛋白质，分子量达100kD以上，但其免疫原性很弱。因明胶所含成分为直链氨基酸，不稳定，易在体内水解成低分子化合物。如在明胶分子中参加少量酪氨酸则能增强其抗原性。因此，抗原物质除应为大分子外，其外表必须有肯定的化学组成和结构。此外，抗原分子的构象〔conformation〕即抗原分子中一些特别化学基因的三维结构，它决定该抗原分子是否能与相应淋巴细胞外表的抗原受体互相吻合，从而启动免疫应答。抗原分子的构象变化，可导致其抗原性的改变。抗原的物理性状与免疫原性的强弱有关。一般具有环状结构的蛋白质其抗原性比直链分子强；聚合状态的蛋白质较其单体抗原性为强；颗粒性抗原较可溶性抗原为强。

具备上述性状的物质须经非消化道途径进入机体〔包含注射、吸入、混入伤口等〕，并接触免疫活性细胞，才能成为良好抗原。

抗原特异性的物质根底：抗原决定簇〔antigenic determinant, AD〕是存在于抗原外表的特别基团，又称表位〔epitope〕。抗原通过抗原决定簇与相应淋巴细胞外表抗原受体结合，从而激活淋巴细胞，引起免疫应答，抗原也藉此与相应抗体或致敏淋巴细胞发生特异性结合。因此，抗原决定簇是被免疫细胞识别的靶结构，也是免疫反响具有特异性的物质根底。一个抗原分子可具有一种或多种不同的抗原决定簇，每种决定簇只有一种抗原特异性。抗原决定簇的大小相当于相应抗体的抗原结合部位。一般蛋白质的决定簇由5－6个氨基酸残基组成，

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一个多糖决定簇由5－7个葡萄糖残基组成，一个核酸半抗原的决定簇包含6－8个核苷酸。

抗原结合价〔antigenic valence〕指能与抗体分子结合的决定簇的总数，包含抗原外表功能价及其内部非功能价。

8.3 抗体的结构和功能

抗体是机体受抗原刺激后，由淋巴细胞特别是浆细胞合成的一类能与相应抗原发生特异性结合的球蛋白，因其具有免疫活性故又称作免疫球蛋白〔Immunoglobulin〕。在免疫应答过程中，抗体主要由分化的B淋巴细胞产生，但有时也需要其他类型的细胞，如T淋巴细胞和巨噬细胞的协同作用。抗体主要分布在体内血清中或外分泌液中，对体液免疫应答起主要作用。目前已发觉的人免疫球蛋白有五类，分别为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE。免疫球蛋白最显著的特点是与抗原特异性结合以及其分子的不均一性。

各种不同类别的免疫球蛋白分子都含有四条多肽链组成的根本结构单位，即由两条重链〔heavy chain, H链〕和两条轻链〔light chain, L链〕通过不同数目的二硫键结成Y形〔见图8-1〕。在抗体分子的N端，不同抗体分子的氨基酸组成和顺序都是不同的，此区为“多变区〞〔variable region, V区〕，它是抗体分子与抗原决定簇的结合部位。由于抗体多变区这一结构特点，决定了它对抗原分子“识别功能〞的多样性；不同抗体分子的C端结构根本恒定，称为“稳定区〞〔constant region, C区〕。当抗原与抗体结合时，抗体分子发生变构效应和集聚作用，使稳定区的某些部位暴露出来，并马上发生一系列免疫生理效应，如固定补体，促进对抗原分子的吞噬、溶化和去除作用。

图8-1 IgG1的根本结构

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