用細胞融合技術將免疫的 B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合成雜交瘤細胞,通過篩選,經單個細胞無性繁殖(克隆化)後使每個克隆能持續地產生隻作用於某一個抗原決定簇的抗體的技術。

  單克隆抗體簡稱單抗(McAb),由於具有特異性、均一性、高效性和無限供應性,以及能利用不純的抗原製備純的單一的抗體等特點,在免疫學、醫學、生物學等領域的基礎研究和臨床醫學上,對疾病(包括癌癥)的診斷、預防和治療等方面,均顯示出巨大的的生命力。

  脊椎動物身體受到外來抗原的刺激後,通過液體免疫系統產生出抗體──免疫球蛋白,分佈於血清中,但由於抗原分子表面有許多不同的抗原決定簇,每一個抗原決定簇隻能刺激機體中相應的 B淋巴細胞產生相應種類的抗體。而一種抗體隻能和它相對應的抗原決定簇結合,所以,帶有多種抗原決定簇的抗原免疫動物,其血清中會出現多種抗體的混合物,因而抗體的特異性、均一性、有效性都很低,並且產量也有限。這樣的抗體產物即使用物理化學和生物化學手段也難以分離和純化,因而不能適應醫學和生物學對單一純抗體的需求。

  發展簡史 20世紀60年代初有人觀察到小鼠和大鼠體細胞融合後可得到雜交細胞;70年代初又有人建立瞭小鼠骨髓瘤細胞系;1973年C.米爾斯坦等人在研究抗體合成的遺傳機制時發現融合細胞的“共顯性”,即來自兩個親本的信息在子代身上均能顯現;這個發現使G.克勒和C.米爾斯坦在1975年成功地建立瞭淋巴細胞雜交瘤技術。此後,世界各國科學傢用這個技術研制出數以千計的單抗。目前已實現商品化生產。

  基本步驟 細胞融合 將鼠或人(目前多用小鼠)的處於對數生長期的骨髓瘤細胞(漿細胞的腫瘤細胞)與經過免疫的同系動物的脾細胞(脾是大量B淋巴細胞的來源)在有促融合劑聚乙二醇的情況下混合,使之彼此融合。

  雜交瘤的選擇 將融合後的細胞分放到含HAT(次黃嘌呤、氨基喋呤和胸腺嘧啶核苷)選擇性培養液中,在96孔或24孔組織培養板中培養。由於氨基喋呤(aminop-terin)能阻斷核酸生物合成的主要途徑,而骨髓瘤細胞又缺少次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶(HGPRT)或胸腺嘧啶核苷激酶(TK),因而不能利用外源的次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷通過補救旁路進行核酸合成。所以骨髓瘤細胞自身融合的雜交瘤全部死亡;脾細胞雖具有這些酶,但在體外培養條件下隻能存活數日,隻有脾細胞與骨髓瘤細胞融合的雜交瘤細胞繼承瞭脾細胞分泌 HGPRT和TK的特性,通過補救旁路,利用外源的次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷合成DNA而增殖。

  分泌特異性抗體雜交瘤的篩選和克隆化 利用血凝、放射免疫和酶聯免疫等技術測試各培養孔的上清液,以確定哪些孔內含有能分泌特異抗體的雜交瘤克隆,即找出陽性孔。陽性孔中往往含有多個雜交瘤克隆,因而含有多種針對不同抗原決定簇的抗體,采用有限稀釋〔也稱十倍遞增(減)稀釋〕等方法可使一個培養孔中僅有一個雜交瘤細胞,這一個細胞經無性繁殖而生成一個純系的細胞群(克隆),經多次克隆化後,每一個克隆能持續分泌大量單一的高純度抗體,被稱為單抗。

  McAb大量制備和純化 雜交瘤細胞培養液McAb的含量隻有每毫升10微克。如將雜交瘤細胞註射到與細胞同系的小鼠〔預先註射過降植烷(nor-hhytane)〕腹腔內,小鼠產生的腹水中McAb含量就可高達每毫升5~20毫克。雜交瘤可冷凍保存在液態氮中,以便隨時復蘇制備腹水McAb。用純的抗原做成免疫親和層析柱可從腹水中直接分離到純的McAb,而用羥基磷灰石的高效液相層析能從細胞培養液的上清液或腹水中大量制備純的McAb。

  在生物學上的應用 分離純化酶、蛋白質和多肽等 生物大分子 用McAb可以從混合物中一步純化某一種所需的物質。如幹擾素是治療病毒病和癌癥的非常有希望的藥物,但難以分離提純,用抗幹擾素單抗做成免疫吸附柱可一步把幹擾素純化5000倍。

  研究蛋白質、酶、核酸的結構與功能及其基因定位 用McAb能檢測、分離和研究難以純化的復雜生物系統抗原膜蛋白和激素受體;分析人血清脂蛋白 B抗原決定簇;用於人Ⅲ型溶膠原細胞內的定位;識別溶酶體酶不同形式和轉譯後被修飾的形式;研究胎盤的堿性磷酸脂酶的遺傳變異;用與“帽子”相聯的蛋白質McAb去研究真核5’- 帽子結構(指大多數真核細胞的 mRNA 在轉錄之後在5’端加上一個甲基鳥苷酸殘基的分子結構,後者就是“帽子”);用 Z-DNA的McAb做成免疫吸附柱去分離含Z-DNA質粒等。

  病毒學中的應用 用於病毒的快速診斷、定型、區分野生株和疫苗株;純化低濃度的難以分離的病毒;病毒抗原結構的分析;分析病毒毒力的分子基礎;研究病毒蛋白質促細胞融合功能,以及抗原變異的分子基礎(僅一個氨基酸的替換)等。此外,在用McAb選擇變異株類制備流感病毒的疫苗方面也進行瞭探索性研究。

  在生物技術中的應用 McAb技術與重組DNA技術已被相提並論,用McAb可以先確定感染原上特異的具有免疫優勢的決定簇,然後把相應的基因插入載體,利用體外轉譯體系和McAb檢測該基因是否被插入;利用McAb尋找高效的表達系統和檢測基因表達產物;基因克隆在表達系統高效表達後,McAb做成的免疫吸附柱可以從復雜的表達產物中進一步純化該抗原。McAb技術和基因工程的有效結合已用來生產幹擾素及亞單位疫苗等生物制品。

  在醫學上的應用 用於傳染性、免疫性疾病和癌癥的診斷、定位、預防和治療。McAb猶如“生物導彈”帶有放射性同位素的McAb或帶有抗癌藥物的McAb能定向地與癌細胞相結合,它們所帶的藥物就能準確地殺死癌細胞,而正常細胞安然無恙;標記的放射性同位素能定位病灶,便於手術治療;大劑量的放射性同位素還可用於放射治療。

  McAb還能作為臨床檢驗的標準化試劑,用於ABO血型、妊娠、激素和藥物的測定。

  在器官移植方面McAb也有廣闊的前景,一旦被測試人的組織配型的一套McAb商品化,在器官移植中就可選擇匹配的組織配型供體,以保證移植的成功。

  在免疫學方面 McAb已用於確定和分離人的T細胞群,識別T細胞表面抗原,研究T細胞的分化和免疫球蛋白本身的結構和基因分析。

  McAb技術的新進展 體外免疫法制備McAb 將抗原加入正常小鼠脾細胞懸液,體外培養4天後取體外免疫過的脾細胞進行融合或采用麻醉手術切開小鼠腹腔,將抗原直接註射到脾臟內,80小時後取脾細胞進行融合。優點是抗原用量極微,免疫時間短,分泌抗體的雜交瘤比例高。

  體外產生人的McAb 由於某些抗原不能直接註射到人體內,人-小鼠雜交瘤不穩定,人的攜帶分泌抗體基因的染色體容易丟失;來自小鼠的McAb對人體會引起有害的免疫反應。因此,科學傢們設法從體外產生人的McAb,用抗原刺激人的離體外周血液單核細胞,將這些被抗原刺激的細胞經傳染性單核增多癥病毒轉化成淋巴母細胞,再經克隆化後可以繼續生長並分泌相應的McAb。也可以將已轉化的淋巴母細胞與骨髓瘤細胞融合,再制備McAb。

  基因工程技術生產McAb 把抗體基因插入載體並在表達系統中表達,然後取出抗體片段在實驗室中再構成有功能的McAb。也可以制備一個嵌合體,即結合抗原的可變區來自小鼠,穩定區來自人,這樣的抗體很少對人產生有害的免疫反應。

  微膠囊技術生產人的McAb 將人-人雜交瘤細胞在液體培養基中的多孔糖類微膠囊裡生長,它們代謝產物中的小分子可以通過微膠囊膜逸出,而細胞本身和McAb則留在裡面。將微膠囊從培養液中分離出來,洗滌破碎後就能得到高濃度的McAb。

  最近采用中空纖維生物反應器,能大規模培養雜交瘤細胞,每月可生產20~40克McAb。以生物素-親和素為介導的選擇性電融合技術,使產生的雜交瘤均能分泌特異性抗體,而且親和力高,從而大大縮短篩選過程。

  McAb的抗個體基因型抗體將是制備完全疫苗的新途徑。科學傢們預測,到1990年McAb將取代50%的現有多克隆抗體(抗血清)。

  

參考書目

 顧方盤:《淋巴細胞雜交瘤技術的應用》,人民衛生出版社,北京,1985。

 H.Kennett Roger et al.,Monoclonal Antibodies Hybridomas,A New Dimension in Biological Analyses,Plenum Press,New York,1980.