第四章 单克隆抗体-杂交瘤技术

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能与糖类专一地非共价结合,凝集细胞和沉淀聚糖和复合糖。

而将能刺激机体产生抗体的物质称为抗原.
抗原与抗体—定义

抗原(antigen, AG):能引起机体发生免疫反应、 使之产生抗体或致敏淋巴细胞,并能发生特异 性结合反应的各类物质称“抗原”。 抗体(Antibody, Ab):机体在抗原物质刺激下, 由B淋巴细胞分化的浆细胞产生的一类能与抗 原发生特异性结合反应的球蛋白---免疫球蛋白 (Immunoglobulin,Ig)。
下篇:
动物细胞工程实践应用
第四章 单克隆抗体-杂交瘤技术
本章主要内容



4.1 免疫反应基础知识 4.2 单克隆抗体的研发 *** 4.3 杂交瘤技术工艺流程 *** 4.4 人源性单克隆抗体的制备 4.5 单克隆抗体面临的主要风险与对策
4.1 免疫反应基础知识


免疫反应:-机体本身对自己或异己的物质 (包括细胞、组织和器官)的识别并引发一 系列反应。 抗体:由抗毒素、 凝集素发展而来。 最初(法国人贝尔,1889)发现血清中存在 一种能特异性中和外毒素的组分,称之为 “抗毒素(antitoxin)”。使细菌发生特异性凝 集的组分称为“凝集素(lectin) ”。后来将其 称为抗体。实际上,lectin是一类非抗体的蛋白质或糖蛋白,它




实验:采用间接免疫酶技 术、间接免疫荧光技术, 检测小鼠皮肤、胃及肠组 织中的微管蛋白。 组织切片:石蜡包埋组织 切片、冰冻组织切片。 抗体(一抗):Rabbit anti beta-tubulin(兔抗 β-微管蛋白抗体; 标记抗体(二抗):免疫 酶技术——HRP标记山羊抗 兔免疫球蛋白G(IgG)抗 体;免疫荧光技术—— FITC标记山羊抗兔IgG抗体。
①体液免疫与细胞免疫的区别
体液免疫 humoral 细胞免疫cellular
immunity
immunity
作用对象 清除游离在寄主细胞 摧毁侵入到寄主细胞 外的抗原及其产生的 内的病毒、胞内寄生 有毒物质 菌或外来的组织团块、 癌变的细胞等 作用方式 通过效应B细胞(浆 细胞)分泌抗体,并 与抗原发生特异性结 合来清除抗原 通过效应T细胞(杀伤 T细胞)分泌穿孔素 (perforin)使靶细胞 溶解死亡
4.2.2 杂交瘤细胞筛选的基本原理


---骨髓瘤细胞的基因型为特别建成的 HGPRT-/TK+骨髓瘤细胞株,在体外培 养条件下能增殖,但不产生抗体; ---B淋巴细胞的基因型为HGPRT+/TK-型 脾细胞株。难以在体外培养(在体外存 活6~10d自行死亡),但能产生抗体。


--没有融合的骨髓瘤细胞和脾细胞DNA的主要 合成途径在HAT选择培养基培养中被A所阻断; 加之遗传型为 HGPRT-/TK+或HGPRT+/TK-,不 能经旁路合成DNA。所以,亲本细胞在离体培 养条件下均不能存活。 ---融合细胞 虽然不能经全合成途径合成DNA, 但因为细胞融合后,形成HGPRT+/TK+,所以能 利用培养基中的“H”和/或“T”合成DNA,生长 增殖,并能分泌抗体。从而选择出杂交瘤细胞。
4.2 单克隆抗体的研发



4.2.1 概述 (1)单克隆抗体(Monoclonal Antibody, McAb): ---指由某个特定的B淋巴细胞培养繁殖出 大量细胞群体所分泌的具有大量专一性的 抗体。 ---由一种抗原决定簇产生的抗体;---由同 一B细胞克隆所产生的、具有单一特异性 的均一抗体 . McAb具专一性、誉为 “生物导弹”。
机体自动免疫的原理



B、T细胞受抗原刺激后,增殖分化,产生大量 的效应性细胞(effector cell )和少数的记忆 性细胞(memory cell )。 Effector cell的寿命较短,几天至几十天;而 memory cell的寿命较长,存活数月甚至终生。 当相同的抗原再次侵入机体时, memory cell 能比B细胞和T细胞更快地作出反应,引起相应 的免疫应答,这也正是自动免疫的道理和人工 自动免疫所依据的原理(疫苗)。
二抗,羊抗兔
一抗,兔抗鼠 鼠源
4.1.2 体内免疫系统
包括:体液免疫和细胞免疫。二者均由骨髓产 生的两类淋巴细胞(B和T)实现的。


经淋巴结的淋巴母细胞→B, 经胸腺的→T。成熟B和T细 胞再进入血液在淋巴结或脾 脏中克隆或作为 “防御卫士” 在体内游弋,寻找外来抗原。 B →浆细胞→抗体。T →吞噬 细胞直接参与细胞免疫,同 时,T还可以帮助B产生抗体。
(2)单Βιβλιοθήκη Baidu隆抗体技术




McAb发源于杂交瘤技术(hybridoma technology),所以也称“杂交瘤技术”。 由G.Kohler和C.Mülstein始创于1975年。 他们使用的方法:利用细胞融合技术,成功地 将经过绵羊红细胞免疫的小鼠脾脏,获得的脾 细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞融合在一起, 得到了能生产特异性抗羊红血球的杂交瘤细胞。 这一成果,导致了免疫学技术的巨大突破,获 得1984年诺贝尔医学及生理学奖。
②体液免疫与细胞免疫联系




体液免疫和细胞免疫之间既各自有其独特作用,又相互 配合,共同发挥免疫效应。 ---当细菌、病毒等病原体侵入身体后,首先诱发体液免 疫;因为执行细胞免疫的T细胞不能识别入侵的病毒等 抗原; ---当病毒或胞内寄生菌侵入宿主细胞后,在细胞表面出 现来自病原体的小分子蛋白质抗原,并与细胞表面的受 体结合成复合物时,T细胞才能识别,进而引发细胞免 疫,使靶细胞裂解,暴露出隐藏于其中的病原体,再通 过体液免疫将其清除。假若病原体不是胞内寄生物,则 只能诱发体液免疫。 先行体液免疫,再行细胞免疫。
抗体包括在免疫球蛋白内,而免疫球蛋白并不都是抗体。抗体是生物学 概念,免疫球蛋白是化学结构概念。


4.1.1 抗体结构与功能
•Ig分子的基本结构是一个 四肽链:两条较大的重链 (Heavy chain, H链) 和两 条较小的轻链(Light chain,L链); •每条重链和轻链都分为 氨基端(N端)和羧基端 (C端),排列形似“Y” 分子,称为Ig分子的单体, 是构成Ig分子的基本单位。
4.3 杂交瘤技术工艺流程



在单抗制备方面,根据B淋巴细胞来源,B淋巴 细胞杂交瘤技术体系可分为小鼠、大鼠和人体 系。各体系所涉及的工艺流程大体一致。 小鼠骨髓瘤细胞容易获得和培养,筛选的杂交 瘤细胞比较稳定,是当前最成熟、应用最广泛 的杂交瘤技术。 工艺流程包括:①亲本细胞的准备、②制备单 抗、③检测单抗、④克隆化培养、⑤单抗的大 量制备等。
外源蛋白质
病毒
细菌
寄生虫
真菌类
体液免疫应答
细胞免疫应答
辅助T细胞
cytotoxic T cell 细胞毒性T细胞
细胞因子
抗原-主要组织相容性 复合体1类分子
cytotoxic lymphocyte,CTL 细胞毒性T细胞
细胞因子分泌
图4-4 细胞免疫与体液免疫示意图
(2)体液免疫与细胞免疫的区别与关系
(1)体液免疫与细胞免疫过程


①体液免疫(humoral immunity)过程:抗原 多为相对分子量在10000以上的蛋白质和多糖 大分子,存在于病毒颗粒、细菌表面等。 抗原刺激→B细胞→浆细胞→抗体;抗原→ T 细胞→ B细胞→浆细胞→抗体。 由抗原刺激产生抗体后,抗体和抗原结合形成 沉淀或细胞集团,然后被吞噬细胞吞噬。 ②细胞免疫(cellular immunity)过程抗原→T 细胞→效应T细胞→与靶细胞接触→靶细胞裂 解→抗原释放→抗体与之结合……。
图4-1 Ig 抗体分子结构
•重链(H链): --组成Ig四条对称肽链中的二条 相同长链,称为重链,约有440个 氨基酸组成。 --根据重链恒定区氨基酸排列顺 序的不同,构成五种不同类别的 重链:γ、μ、α、δ和ε。将 具有相应类别重链的免疫球蛋白 分为五类,分别称为IgG(γ链)、 IgM(μ链)、IgA(α链)、IgD (δ链)和IgE(ε链)。 --五种Ig的特点和功能各不相同。 IgG含量最多,占全部Ig的70%以 上。
抗原决定簇
Antigenic determinant
•Antigenic determinant
图4-5 抗原决定簇 Fig. Antigenic determinant
是决定抗原性的特 殊化学基团。 •抗原分子越大,决 定簇的数目越多。 •如白喉类毒素有8 个抗原决定簇,流 感病毒有40多个抗 原决定簇。




由于一个抗原有多各决定簇,所以用抗原免疫 动物后获得的免疫血清均为多克隆抗体。 有时抗原上某些决定簇是很强的免疫反应触发 剂,使同一抗原上其他决定簇可能引发更强的 免疫反应,所以每次制备的多克隆抗体效价各 不相同; 前一次制备的多克隆抗体对某一决定簇的抗体 含量高,下次制备的真对该决定簇的抗体又可 能较低。 如果用两次制备的抗体进行检验和治疗,结果 可能有很大差别。
筛选杂交瘤细胞



骨髓瘤细胞和淋巴细胞融合后的混合物中,存 在三大类五种细胞:未融合的两种亲本细胞、 两种亲本细胞的同核体、杂交瘤细胞。 不适于体外条件下生长的亲本细胞(淋巴细胞) 及其同核体,一般在体外培养6-10d后便会自 动死亡,不会影响杂交瘤细胞的生长; 剩余的骨髓瘤细胞及其同核体,则必须将其杀 死以便于杂交瘤细胞的纯化和生长。


Antigenic determinant 大多存在于抗原 的表面,也有隐藏在抗原内部的,如牛 血清蛋白的抗原决定簇多于18个,但只 有6个暴露在抗原表面,隐藏在抗原分子 内部的抗原决定簇一般是无功能的。 抗原分子在酶的作用下,将内部的抗原 决定簇暴露出来,才能发挥抗原决定簇 的作用。
实现获得纯净单一抗体(McAb)一直是人类梦想!
高变区
骨架区
图4-2 免疫球蛋白IgG1抗体分子结构模式图
(2)恒定区(Constant region,CR/C区)



在此区的氨基酸种类、排 列顺序和构型相对稳定, 故称为稳定区(C区)。 C区包括CL区(轻链稳定 区)和CH区(重链稳定 区) ; CL区在L链的C端 1/2处,105个氨基酸; CH 区在H链的3/4-4/5处, 331-431个氨基酸。 恒定区(C区)在同一种属 动物比较恒定,是制备第 二抗体的基础。
轻链(L链): 组成免疫球蛋白四条对称肽链中 的二条相同短链,称为轻链,约有 214个氨基酸组成,以二硫键连接 于H链的上端外侧。 根据轻链恒定区氨基酸组成的差 异可分为两种型:κ型和λ型。每 种Ig只含一种型别的轻链。
•一个抗体分子结构: 可变区和恒定区
(1)可变区




可变区(Variable region,VR/V区)--在Ig四条肽链的N端 (上端),即L链的1/2和H链的1/4区。V区包括VL区 (轻链可变区)和VH区(重链可变区)。V区是抗体结 合抗原的部位。 可变区又分为高(超)变区(hyper-variable region, HVR)和骨架区(Framework region, FR)。 Ig在VL区和VH区内各有三个区域的氨基酸组成、排列 和构型更易变化,故称为高变区( HVR )。轻链可变 区的高变区HVR在24~34,50~56,89~97氨基酸位 臵;重链可变区的HVR在31~35,50~56,95~102氨 基酸位臵。 又分别称为VL和VH的HVR1,HVR2,HVR3。



McAb--顾名思义与“多克隆抗体”相对而 言. 多克隆抗体(polyclonal antibody):由同一 抗原诱导而产生的针对多个不同抗原决定 簇的抗体即称为多克隆抗体。 动物机体一生会接触到许多种抗原物质, 同时一个抗原分子表面也会有几个抗原决 定簇。每一个抗原决定簇都会使机体产生 一种特异性的抗体。
①高变区(HVR)-是抗体与抗原的结合位臵, 在构型上与抗原互补,因此又称为互补决定区 (complementarity-determining region,CDR); 所以,抗体分子的VL和VH的HVR1,HVR2, HVR3又分别称为CDR1,CDR2,CDR3。其中 CDR3具有更高的高变程度。 ②骨架区(FR)-在免疫球蛋白的可变区内, 高(超)变区之外的区域,氨基酸改变频率较 低,称为骨架区。
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