ELISA是Enzyme Linked ImmunoSorbent Assay的简称,即酶联免疫吸附测定,是研究蛋白抗体的重要方法。它采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶进行直接或间接结合,然后通过酶与底物产生颜色反应,进行定性和定量分析。1971年Engvall和Perlmann发表了该方法用于IgG定量测定的文章,使得1966年开始用于抗原定位的酶标抗体技术发展成液体标本中微量物质的测定方法。我们一起聊聊有哪些常用的ELISA技术以及它们各自的优势和用途:
ELISA大致分为五种类型:直接法、间接法、竞争法、夹心法、捕获包被法。
其中夹心法是用得比较多的一种,我们先谈谈它吧:
夹心法(Sandwich ELISA)分为双抗体夹心法和双抗原夹心法:
双抗体夹心法中抗原的2个不同的抗原表位被两个抗体——捕捉抗体和检测抗体,分别结合。捕捉抗体固定于载体即酶标板上,检测抗体通过结合抗原进行显色分析。应用于双抗体夹心法检测的捕捉抗体通常是单抗,偶尔有用多抗做为捕捉抗体的情况,但很少见,因为以多抗作为捕捉抗体容易出现交叉反应而降低特异性。检测抗体通常为多抗,在商业化的科研试剂盒中经常用到生物素标记的山羊多抗,再让生物素标记的多抗与HRP标记的亲和素或者链霉亲和素结合,然后再加HRP也就是辣根过氧化物酶的底物,通常是TMB反应显色,这种方法是在传统的HRP酶标记抗体的双抗体夹心法ELISA中引入了生物素-亲和素放大系统。不过也有用单抗做检测抗体的情况,尤其是在科研中。
双抗体夹心法具有高灵敏度、高专一性的优势,但该法只适用于有多个结合位点的抗原检测,主要用于检测各种大分子抗原——例如在医学检测中测定HBsAg、HBeAg、AFP等疾病相关的,以及在科研中检测细胞因子等。由于双抗体夹心法特异性高,在检测过程中有时会将样本和酶标抗体同时加入进行反应,称为双抗体夹心一步法,因为操作时间短,在商业化生产中有很大优势。但双抗体夹心一步法要特别注意ELISA中的钩状效应(hook ffect),因为此时如果样本中抗原含量过高会导致其与固相抗体和酶标抗体均有结合而无法形成“夹心复合物”,此时测出的结果将低于实际含量甚至是阴性结果。因此,如果使用双抗体夹心一步法测定样本中抗原含量时要注意测量的线性范围,另外使用高亲和力的单抗也可削弱钩状效应。
双抗原夹心法中抗原被包被于固相,检测样本中的抗体结合于抗原后,使用酶标的抗原进行结合及后续反应,可以用来测定样本中的抗体。双抗原夹心法的关键在于酶标抗原的制备,需要根据抗原结构进行设计,在医学检验上测定抗HBsAg抗体采用的就是此法,检测时被测样本不需要稀释即可直接进行测定,故此灵敏度相对而言高于我们随后要说的间接法。
竞争法也是一种很常用的方法,一起看看:
竞争法(Competitive ELISA)是用样本中的游离抗体/抗原与固相的酶标抗体/抗原竞争性结合的分析方法。当游离抗体(或抗原)浓度越高,则能与固定抗原(或抗体)结合的酶标抗体(或抗原)就越少,后续显色就越浅,即与对照相比,显色越浅,表示检测样本中抗体(或抗原)含量越高。该法特别适合小分子物质的检测也可用于检测比较不纯的样本,且重复性好,但是检测的灵敏度和专一性较差。竞争法测抗原常用于检测小分子抗原及半抗原,这类抗原通常缺乏两个以上的识别位点,不适用于双抗夹心法进行测定。该方法在商业化ELISA试剂盒中被广泛运用。竞争法测抗体常常用于检测某些干扰物质不易去除的样本及难以纯化得到抗原等情况。下图以固相酶标抗原为例,固相酶标抗体类似。其实竞争法在实际运用中有很多的花样和变种,以后我们再一一细说。
接下来聊聊上面提到的间接法,不过说间接法之前要先讲下它的哥哥直接法,有请直接法和间接法两兄弟登场:
直接法(Direct ELISA)仅需要抗原和酶标一抗,操作简便,可避免交叉反应,然而该方法要求酶标一抗有较高的特异性要求,同时也并非所有的一抗适合标记处理。直接法在实际运用中并不多见,它并不能对样本中抗体进行定量分析,因为样本中抗体是非酶标抗体,无法进行后续显色,但是该法经过改进就是竞争法。
间接法(Indirect ELISA)使用了二抗增加信号强度,也使抗体的选择多样化,然而间接法容易产生交叉反应。间接法只能用于测定抗体,主要用于疾病的诊断,其优点是只需要改变包被抗原,酶标抗体是通用的。
在体外诊断中有时需要准确测定血清中某类抗体亚型,为此开发了一种称为捕获法的方法:
捕获法全称捕获包被法也称为反向间接法,主要用于测定血清中某类抗体亚型如IgM。为排除血清中IgG的干扰,用抗IgM抗体包被后用于捕捉样本中的IgM,然后加入特异性结合抗原进行后续检测。捕获包被法常用于对病毒性感染的早期诊断。在测定IgM的实验中常受到类风湿因子(RF,一种能结合多种动物IgG Fc的自身IgM抗体)的干扰,导致假阳性反应。采用F(ab')或Fab片段制备酶标抗体可以消除RF的干扰,这一方法在双抗体夹心法中也具有同样的效用。
除了这五种检测方法,新兴的ELISA检测技术不断被开发出来,例如基于细胞的ELISA(cell-based ELISA),是将细胞接种于微孔板中取代原来的抗原,该方法可以对一些处理造成的实时动态的蛋白含量变化进行测定,无需裂解细胞,可减少目的蛋白的损失,而其缺点即不能对抗原进行定量分析。
关于ELISA还有很多很多的特殊变种,我们以后慢慢给大家详细介绍。