3.Maleinmide法 上述酶标抗体(IgG)的分子量较大,对抗体的穿透性有一定影响,而在制备过程中,需经两次纯化,即多聚体与单体及单体与非标记抗体的分离。已知单体(1个HRP分子标记1个IgG分子)的分子量为190~200kD,非标记抗体为146~150kD,用凝胶过滤法很难将二者分开。所以,Sternberger等进行了抗体片段Fab的标记。用植物性蛋白酶---木瓜酶(Papain)水解抗体蛋白,可获得一个无抗体活性稳定的Fc段结晶和两个相同的抗原结合片段(Fab),此Fab段为单价,分子量50kD,HRP标记后,单体分子量为90kD,较容易将单体和非标记的Fab段分离。在此基础上,Imagawa(1982)又进行了改良,引入了N-羟基丁二酰酯(Maleinmide),标记抗体的特定部位---Maleinmide法。该方法的主要原理是:(1)借助双功能试剂Maleinmide活化HRP,使其具有与—Hs 基反应的能力;(2)利用胃蛋白酶水解IgG,IgG重链在近羧基端被切断,这样在绞链区(Hinge region)至少可以保留一个S-S键,从而得到一个具有双价抗体活性的F(ab')2段。该S-S键与抗体活性无关。可以通过加入硫基乙醇(2(β)-Mercapto ethanol, HSCH2CH2OH)使其断裂,被还原成—HS基 。如此双价抗体活性的F(ab')2片段即变为带有—Hs 基的单价Fab’片段,后者再与活化的HRP结合,便制成了酶标抗体Fab'。由于空间遮蔽的关系,绞链区即使存在两个—HS基,也只能有一个能与酶结合,另一个—HS基不能与酶反应,即酶与抗体Fab’段结合比例为1:1,因此酶标抗体Fab’段绝大多数是单体,很少形成多聚体。在标记过程中,应用过量的活化HRP,还能避免非标记抗体Fab'段的存在。Fab'段的分子量与Fab段相似(50kD左右),所以酶标后Fab'亦较容易与未标记的Fab'分离。此标记方法多用于酶免疫分析研究,其步骤为:
①6mg HRP溶于1.0ml PBS(pH7.0)中。
②4mg Maleinmide 溶于0.5ml N, N二甲基酰胺(N,N-dimethylformamide)中。
③将上述两种液体充分混合,持续搅拌1h,30℃。
④离心取上清,经0.1mol/l PB(pH6.0)平衡的Sephadex G-25柱层析,收集含有蛋白部分的洗脱液,浓缩,制得活化HRP。
⑤每1.8mg活化HRP,加入已被还原的Fab'2mg,4℃20h持续搅拌。
⑥ Sephadex G-200/Sephacryl S-200分离酶标抗体Fab'片段,保存同前。
(三)酶标抗体的纯化
上述各种方法制备酶标抗体时,除产生酶标抗体外,还有未标记的抗体蛋白、游离酶、酶二聚体及偶联剂等。这些均可使酶标抗体的敏感性下降,故酶标抗体须经纯化后应用。现简介几种常用的纯化方法。
1.多聚体的分离 实验中,不同的试剂形成的多聚体的数量各异,即使同样的实验药物和程序,在不同的时间制备的酶标抗体中,多聚体的数量亦不相同。多聚体较单体含酶量多,与组织的非特异吸附增强,使方法的敏感性下降,故用前必须除去多聚体。以凝胶过滤法分离多聚体的效果较好。
2.非标记抗体的分离 非标记抗体与标记抗体具有相同的免疫学特征,能竞争与组织特异抗原结合,而且亲和力较标记抗体强,优先与组织抗原结合。一般认为每个抗体连结1~2个酶分子,并不影响抗体的两个(Fab)抗原结合点,但因存在空间遮蔽现象,一个Fab段与组织特异性抗原结合。非标记抗体则不存在这种现象,两个Fab段均与抗原结合,因而亲合力较强。所以酶标抗体在应用前须用琼脂糖亲合层析等方法去除非标记抗体。
3.亲合层析 利用蛋白A(Protein A)/琼脂糖-刀豆素A/琼脂糖亲合层析柱能制得较纯的酶标抗体。因为蛋白A与抗体(标记和未标记)间有较强的亲合力,不与HRP结合。而刀豆素A与HRP(标记和游离)间的亲合力非常强,不与抗体结合。据此二者并用,能获得较纯的HRP酶标抗体。该方法省时,分离能力强(约为凝胶层析的600倍)。但有一定的局限性,因为蛋白A并非与所有种属的免疫球蛋白亲合力均较强,例:不能与羊的免疫球蛋白结合,所以难以用于纯化羊的酶标抗体。而刀豆素A与HRP的亲合力极强,甚至呈不可逆性结合,可使部分酶标抗体的活性丧失。
(四)染色原理及步骤
1.基本原理 酶标抗体与荧光色素标记抗体的染色相同,亦分直接法和间接法。直接法是将酶直接标记在每一抗体上,间接法是将酶标记在第二抗体上,检测组织细胞内的特定抗原物质。间接法所用的第一抗体是对组织细胞内某种抗原的特异性抗体(80%~90%的抗血清系由家兔制得,而绝大数单克隆抗体系由小鼠制备);第二抗体则为第一抗体(家兔/小鼠的IgG)的抗体。所以,只要不同的第一抗体均来自同一种属,同一标记的第二抗体就能用来显示其不同特异性抗原的存在,这样可避免了直接法中标记每一种第一抗体的麻烦,并且提高了方法的敏感度。目前的ICC染色中,以间接法为常用,在此着重介绍间接法的染色程序。
2.染色程序
(1)切片准备:见第一章 。
①石蜡切片经二甲苯或Hemo-De脱蜡,下行酒精至水。②固定/无固定新鲜组织冰冻切片,室温干燥2h以上。
(2)未固定的新鲜组织切片,丙酮固定20~30min(fretrieval ),简而言之,即用蛋白酶处理,去除固定剂交联造成的空间遮蔽(室温),风干15~30min.;已固定的组织冰冻切片及石蜡切片,根据需要可进行组织抗原的激活。
(3)用蜡笔沿切片周围勾划一道屏障,以避免孵育液流失及孵育过程中切片干燥,同时也能节 省抗体用量,保持切片与抗体的充分接触,风干。石蜡切片(滴少量PBS,以防其干燥)直接进行步骤(6)。
(4)切片经PBS或其它缓冲液漂洗3次,每次2min,溶解除去冰冻切片上的OCT包埋剂。但应用ALP标记抗体时,禁用二甲胂酸钠缓冲液漂洗,因后者可使ALP失活。
(5)根据需要,用甲醇+0.3%H2O2处理切片15~30min(室温),封闭内源性过氧化酶的活性。应用ALP标记抗体时,此步可省略。
(6)PBS漂 洗2min(共两次),移至0.05%Tween-20/PBS(或0.22~1%Triton X-100)中5min(室温)。Tween-20为一种表面活性剂,除具有清洁作用外,还可增加组织的通透性,有利于组织细胞内抗原的显示。
(7)4%Block Ace或0.1%~1%BSA湿盒内孵育15~25min(室温),然后;轻轻弃去孵育液(不冲洗);以阻断组织与抗体的非特异性结合,降低背景染色。
(8)根据需要,可用1/5~1/30正常来活兔/羊血清孵育15~20min(室温,以酶标抗体相同种属正常血清为宜,最好是同一动物免疫前的血清)。或者省略此步,而在稀释酶标抗体时,加入1%~2%的同一种属正常血清。
(9)轻轻弃去孵育液, 滴加含0.2%BSA/0.05 NaN3/PBS稀释的第一抗体(抗体用量:每张切片一般为50~80μl),湿盒内孵育1~2h(20~25℃);免疫电镜用标本,4℃过夜。
(10)PBS充分冲洗(3次×2min),以去除切片上非特异吸附的抗体。应用不同的第一抗体或同时进行对照标本染色时,需分别冲洗,以防相互污染。
(11)经0.05%Tween-20/PBs 2min后,滴加含0.2%BSA/1%正常血清/PBS稀释的HRP酶标记的第二抗体,湿盒内孵育45~60min(20~25℃)。
(12)PBS漂洗(3次×2min),此处不需分别漂洗,因所有切片均系同一酶标抗体孵育。
(13)未固定或固定较弱的冰冻切片,此处可轻微固定。首先将切片从PBS移至TBS中3~5min,去除PBS,以防其中的磷酸与后面使用的固定液中的CaCl2形成磷酸钙而沉淀后,然后用Baker氏固定液固定5min(室温)此时轻微固定,既不影响抗原抗体结合,又较有利于保存第一抗体孵育前的组织抗原,尤其适用于单克隆抗体的ICC染色。
(14)呈色:HRP标记抗体的呈色液为0.01%~0.1%H2O2 0.01%~0.05% DAB 0.05~0.1mol/L Tris –HCl(pH7.4)。切片经PBS或Tris-HCl液漂洗后,置上述呈色液内10~15min(室温、暗处),亦可镜下控制显色速度。终产物为棕褐色沉淀。用于电镜观察的标本,呈色3~5min即可,防止DAB终产物向周围扩散,影响超微结构定位。另外,显色液应于用前新鲜配制,避免DAB本身氧化变质。新配制的DAB为无色透明液体。若DAB液已氧化变为紫红色,应换新药重新配制。
(15)将切片置流水中(仅光镜观察)或PBS(电镜标本)内,终止呈色反应。
(16)未固定的冰冻切片,可用1%戊二醛-PBS液加强固定5~10min(室温),流水冲洗。
(17)细胞核轻度染色,以甲基绿和苏木精为常用。前者细胞核呈绿色,与HRP/ALP等终产物对比度尤佳,但不适于微波照射的标本。苏木精是组织学、病理学研究中普遍应用的核染色方法,与HRP、ALP的终产物对比度比较好。
(18)DAB呈色的标本,可以系列酒精脱水、Hemo-De透明、DPX封固。其它物质呈色的标本,在有机溶剂中沉淀物易溶解,褪色,所以用水溶性封固剂如明胶甘油等封固,次日,于盖玻片周围涂少许女士用指甲油,可使切片保存时间更长。
(19)镜检、观察记录同一般形态学研究。
(20)免疫电镜用标本,经OSO4后固定,按电镜标本要求处理(参见本书第七章 )。亦可OSO4固定,喷碳(Carbon Coating),利用扫描电镜观察抗原的存在部位。
3.酶标抗体及发色剂的选择
HRP特异底物为H2O2,在分解H2O2过程中,与H2O2形成复合物,无电子供体存在时,反应不再进行,当电子供体存在时,迅速生成水,酶被还原,电子供体被氧化环化,形成苯乙胼聚合体(图4-2)。在酶反应部位,形成不溶性棕褐色沉淀,与组织对比清晰。
图4-2 DAB反应产物形成过程
HRP催化的酶促反应第一步是特异性的—酶催化底物H2O2,其余反应是非特异的,可用各种电子供体介导,所以选用不同的电子供体,可使终产物呈不同颜色,例如:CN(4—Chloro—1– N aphthol)为蓝黑色,TMB(Tetramethyl—Benzidine )为深蓝色,AEC(3—amino—9– ethyl--carbazole)为红色。市售试剂盒所配显色液以AEC居多,室温下较稳定,但不能进行脱水等处理,且时间长易褪色。DAB是广泛应用的电子供体之一,较敏感,切片可脱水透明、半永久保存,且终产物具有嗜饿性,经O2O4处理,电子密度增加,适于电镜下确定抗原的存在部位。但是DAB被认为可能具有致癌性,所以应尽量减少吸入和接触次数,最好将DAB制成10倍贮存液,分装于-20℃保存,应用时稀释、过滤。与DAB比较,CN敏感性略差,但因其终产物较局限,很少弥散,光镜观察较为适合。