基因工程试剂对免疫测定技术发展的影响
 
  众所周知,免疫测定的基础在于抗原抗体之间的特异结合反应。以前,用于免疫测定的抗原通常为各种纯化抗原,而抗体则为纯化抗原免疫动物后所获得的多克隆抗体和使用杂交瘤技术得到的单克隆抗体,而抗原或抗体的标记物如酶标结合物则通过各种化学合成方法制备。近年来,随着分子生物学技术的发展,使用基因工程方法制备各种特殊的抗原或抗体及其酶结合物等免疫测定试剂已成为现实,各种新型实用的测定方法不断出现。
    1.基因工程抗原  较早用于免疫测定的基因工程抗原是乙型肝炎病毒核心抗原(HB—:Ag)和乙型肝炎病毒e抗原(HBeAg),这两种基因工程抗原的出现,较好地解决了抗HBc和吭HBe的测定问题,因为要从病毒本身去大量获取这两种纯抗原是较为困难的,并且这一点对于难于培养的病原微生物来说,具有共性。如乙型肝炎病毒(hepatitisBvirus,HBV)、丙型旰炎病毒(hepatitisCvirus,HCV)和梅毒螺旋体等。
    最早在HIV抗体免疫测定中所使用的HIV抗原为用去垢剂裂解HIV感染的细胞后所提取的病毒抗原,这样得到的抗原纯度相对较差,因此,影响测定的特异性和敏感性。现在国内外用于HIV抗体检测的酶联免疫吸附试验(enzyme-linkedimmunosorbentassay,
ELISA)均使用基因工程抗原如gp41,gpl20,gpl60等,大大提高了测定的特异性和敏感性。
    HCV目前尚不能体外培养,只能用基因工程或化学合成的方法获得HCV结构区和非结陶区的各种抗原片段,已知HCV基因组由7个功能区组成:核心,E1,E2/NSl,NSz,NSa,NS4和NSs区。合成肽抗原的优点是易于纯化,特异性好,但由于其片段短,分子量小,可能会缺乏立体构型决定簇,而基因工程抗原覆盖抗原位点多,抗原抗体反应强。第一代抗HCV ELISA试剂盒所使用的HCV抗原为在酵母中表达的Qoo-a抗原,其为克隆的HCV几个片段与过氧化物歧化酶(SOD)基因融合后的产物,测定的特异性和灵敏度均较差.第二代试剂则主要以病毒核心区(C2。)及NSa区抗原(Caac)为主,亦有NS4区(C5…1+和Cio。)抗原,C22和C,ac早期检测能力及灵敏度和特异性方面均优于Qoo-a抗原。第三代试剂比第二代试剂更灵敏,更特异。适当降低了易产生非特异交叉反应的C::抗原的比例,相应增加了C3ac的比例;此外,还增加了NS5区抗原。最近,美国Chiron公司Chien等研制了一种包括HCV基因组7个功能区所有免疫决定基的单一融合蛋白,称为多决定基融合抗原—6(mutiple-epitopefusionantigen,ME—FA-6),使用该融合蛋白建立的化学发光免疫测定方法,其测定敏感性较使用由NSa—NS4—核心(C2,)区组成的融合蛋白所建立的酶免疫测定方法要高2—4倍。
    临床上最常用的梅毒抗体血清学试验是快速血浆反应素环状卡片试验(rapidplasmarea—
gindrciecardtest,RPR).RPR是以牛心磷脂作为抗原,测定的是梅毒非特异性抗体。而验证试验——螺旋体血球凝集试验(treponemalpallidumhemagglutinationassay,TPHA)则使用梅毒螺旋体裂解抗原。凝集反应试验一般测定的灵敏度较差,但由于病原体裂解抗原纯度较差,难于建立特异性和灵敏度均好的ELISA方法。因此,近年来,不少研究者采用基因工程技术重组表达了梅毒螺旋体的具有高度免疫原性的膜脂蛋白TpNl7,TpN44.5(TmpA)和TpN47等,用其建立梅毒抗体检测的ELISA方法,表现了很好的测定特异性和敏感性,将已成为取代RPR的梅毒抗体理想的筛查试验。
    由上述可见,基因工程抗原对建立高灵敏高特异的免疫测定方法具有不可替代的作用,已成为难以培养的病原体抗原的最佳来源,亦解决了病原体裂解提取抗原纯度差的问题。综观未来,基因工程抗原在免疫测定中的应用,有其独特的魅力,有着无限广阔的应用前景。其发展趋势如下:
    (1)由单一病原体蛋白向多决定簇融合蛋白转变,并尽可能地包括病原体基因组功能区的所有能引起机体强免疫应答的决定簇。
    (2)所表达的重组抗原将不含或尽可能少含非特异性抗原或共同抗原。
    (3)为某一目的如病原体基因型确定而设计表达特定的多肽抗原片段等。总而言之,将围绕改善免疫测定的特异性和敏感性来制备基因工程抗原。
    2.基因工程抗体及其双功能试剂  在免疫测定中使用最多和最为广泛的抗体是多克隆和单克隆抗体,这两种抗体都是通过将抗原免疫动物得到。20世纪80年代末90年代初,人们开始使用基因工程技术制备抗体,并进而将抗体分子片段与其他蛋白(或另一种抗体分子)融合得到多功能试剂。最初,促使人们研究基因工程抗体的动力来自于抗体在临床疾病治疗中的应用,因为异源性动物(如鼠)抗体作为治疗制剂反复使用时会引起人抗鼠抗体,后者将改变抗体的合理分布及疗效并可能引起变态反应。此外,抗体为大分子,难于通过渗透进入肿瘤等靶器官,所以研究人源性的小型化的抗体就显得极有必要,基因工程技术为解决这一问题提供了手段。到目前为止,基因工程抗体在免疫测定上的应用尚处于一个初级阶段,且主要是将抗体与其他蛋白以融合蛋白形式表达而得的多功能试剂,如澳大利亚学者应用基因工程技术制备了抗人红细胞抗体与HIV-1 gp41的融合蛋白。其构建了重组的单链FV(singlechainFv,scFv)抗体片段,scFv由抗红细胞膜血型糖蛋白抗体重链可变区(Vh)和轻链可变区(V1)组成,其间由15个残基—(GGGGS),—连接体相连,在轻链可变区末端有来自HIV—1 gp41表面糖蛋白C末端8肽(FLAG)或35肽.将此构建物克隆人大肠杆菌表达载体pHFA,培养后,得到重组蛋白,即基因工程双功能试剂,在此基础上,建立了快速,灵敏和特异的自身红细胞凝集试验(autologous erythocyteagglutination,AGEN)。
    基因工程抗体及其双功能试剂由于抗体分子小型化,因而具有较好的测定灵活性,无疑具有很好的应用前景,并且由于基因工程技术不但可将两种不同的蛋白分子以融合蛋白形式同时表达,而且可将多种功能的蛋白基因构建在一起,因此,多功能(三种以上)免疫测定试剂不应该是一个梦想,其研究应用将使得多项标志物的快速方便的同时检测变为现实。
    3.基因工程酶及其融合蛋白  除了基因工程抗原抗体外,与标记免疫测定有关的另一种重要的基因工程试剂就是酶及其融合蛋白。以重组酶建立免疫测定方法较为成功的是CEDI—ATM均相酶免疫试验。大肠杆菌p—半乳糖苷酶是由四个相同的亚基组成的四聚体,研究者将大肠杆菌乳糖操纵子上编码p—半乳糖苷酶亚基的Z基因用限制性内切酶切成一大一小两个肽段,大肽段称为酶受体(enzymeacceptor,EA),小肽段称为酶供体(enzymedonor,ED),两个肽段本身并无酶活性,但EA和ED可自动装配成亚基,并聚合成具有酶活性的四聚体。使用ED标记半抗原小分子或抗原大分子后,不影响其与EA的装配及聚合,但当相应抗体存在时,抗原抗体结合后所致的空间位阻使得酶装配受阻,因此,使用竞争结合模式即可检测未知半抗原或抗原。该测定方法的建立,对于均相酶免疫测定是一个突破,其最大的特点是具有较高的测定敏感性和线性化的剂量反应曲线,这是一般竞争均相酶免疫测定方法所没有的,现已有商品试剂盒供应。
    使用基因工程技术生产免疫测定标记用酶,是得到符合标记要求的高纯度酶的一条新途
径,如直接以与其他蛋白(抗体或抗原)融合的方式表达,不但避免了繁琐且低效率的酶与蛋白的化学交联,而且无需得到纯化的酶和抗体或抗原。随着分子生物学技术的发展,将有越来越多的酶免疫测定方法建立在基因工程酶或其融合蛋白的基础之上。