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编号:10279296
单克隆抗体在农药免疫分析中的应用进展
http://www.100md.com 《中华劳动卫生职业病杂志》 1998年第6期
     作者:王刚垛

    单位:王刚垛 何凤生 100050 北京 中国预防医学科学院劳动卫生与职业病研究所;荣康泰 军事医学科学院毒物药物研究所

    关键词:

    单克隆抗体在农药免疫分析中的应用进展何凤生 荣康泰 审校

    农药免疫分析是利用抗原、抗体的特异性反应来检测农药含量,此方法的关键就是要制备高特异性的抗体,以提高检测的特异性和灵敏性。杂交瘤技术的问世为其提供了可能性,近年来国外已将单克隆抗体(McAb)技术用于农药免疫分析,本文就其应用进行综述。

    一、农药McAb的制备及优点

    农药属于小分子物质,是一种半抗原,无免疫原性。首先根据农药的结构选择合成路线,人工合成抗原。然后免疫BALB/c小鼠,利用杂交瘤技术则可制备出针对农药小分子的McAb[1,2]
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    既往农药的检测多采用气相和液相色谱法,不仅仪器昂贵、提取纯化费时,还需要专业人员操作,给技术普及带来困难。因此,急需建立一种简便、快速、灵敏、特异的分析方法。McAb的问世及其在农药免疫分析中应用,就使上述要求成为可能,因为它具有独特的优点:首先McAb可以大量产生,且它们来自统一细胞,质地均一,易于标准化管理,可以用于制备免疫分析试剂盒,使操作简便、快速;其次,由于McAb是作用于同一抗原决定簇的、完全均一的单一抗体,不易产生交叉反应,使检测具有较高的特异性;再者,杂交瘤技术得到特异的抗体,不易被无关的抗体干扰,因此有高的灵敏度。

    二、McAb在农药免疫分析中的应用

    1.有机磷农药:1982年Vallejo等[3]用半抗原对硫磷与载体蛋白牛血清白蛋白(BSA)结合后对兔免疫,结果发现兔产生的抗血清可以识别用来免疫的半抗原,但用放射免疫(RIA)和酶联免疫吸附分析(ELISA)检测时,检测不到对硫磷与抗血清的反应。作者认为由于对硫磷分子量小,制备特异性抗原有一定困难,但也不能排除与抗血清(多克隆抗体)缺乏灵敏性有关。1994年Ibrahim等[4]采用杂交瘤技术制备了对硫磷特异性McAb,用ELISA法检测对硫磷含量,其灵敏度和特异性可以和气相色谱法(GC)相媲美,在水和牛奶中最低检测限量达1 ng/ml。
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    Hill等[5]用半抗原杀螟硫磷(FN)与载体蛋白结合,制备了一系列兔多克隆抗体和小鼠McAb,用于ELISA法检测,结果发现McAb的灵敏度比多克隆抗体高,且抗体与固相结合方法比用FN轭和物包被检测板灵敏度要高,检测限为2~3 μg/L。ELISA法分析谷物中的FN,用McAb固定在微型槽中的检测效果最好,灵敏且不受甲醇等溶剂影响。而多克隆抗体用同样方法检测,在作其浓度反应曲线时各点不集中。Hill等[5]的研究提示:FN特异性抗体与其代谢产物有一定的交叉反应,近年来发展起来的免疫分析与色谱技术相结合的方法解决了这一难题。Kramer等[6]将液相色谱(LC)与ELISA方法相结合来检验有机磷农药中毒代谢产物硝基酚类的交叉反应,把2-甲基苯酚与等摩尔量的2-氨基-4-硝基酚和3-甲基-4-硝基酚混合,采用ELISA-LC联合分析,发现2-甲基苯酚与后两者的特异性抗体无交叉反应,即使把2-甲基苯酚的量增加到很大时,检测时也只显示出两个峰,看不到2-甲基苯酚与抗血清的反应。该技术充分利用了LC的高识别性和IA的高特异性和灵敏度,非常适合于多组分分析物(特别是几种成分结构相似的组分)的分析。
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    2.氨基甲酸酯类农药:氨基甲酸酯类农药免疫检测发展迅速,但多用多克隆抗体技术[7~9],可能与其多抗检测灵敏性、选择性都较好有关。如Itak等[7]用抗体磁颗粒ELISA法检测水中西维因,此技术可使颗粒均匀分布在反应混合物中,较酶标仅结合在孔壁中反应要快,检测限为0.22~0.25 μg/L,且与LC检测结果有极好的相关性。应用该技术还可以检测水、果汁和土壤中的多菌灵(苯菌灵的酸分解产物)、涕灭威等[10]

    近年来,西维因McAb技术已成功地应用于免疫分析。Abad等[10]用西维因与牛血清白蛋白结合免疫小鼠,制备了McAb,同时制备多抗血清进行比较,用竞争和非竞争ELISA法检测西维因。西维因McAb与几种N-甲基氨基甲酸酯及西维因主要代谢物萘酚无交叉反应,西维因多抗血清与萘酚交叉反应达12%,认为McAb是将来ELISA法定量分析西维因灵敏、特异的理想检测手段。随后,Abad等[1,11] 在对西维因结构分析的基础上,用不同载体蛋白制备McAb和多克隆抗体,发现其灵敏性和特异性不受载体蛋白的影响,McAb技术具有极好的特异性和灵敏性,用之检测水样,检测限达0.01 μg/L,而西维因的主要代谢物萘酚一点也检不出,再次证明McAb技术是水中低含量西维因免疫分析的理想方法。
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    3.拟除虫菊酯类农药:拟除虫菊酯类由于其杀虫效果好而对人体毒性小,近年来得到迅速发展。拟除虫菊酯类常与有机磷农药混配使用,其环境、食物残留量较低。液相色谱等传统的检测方法对其不够特异、灵敏,因此,需要建立更灵敏、快速、特异且价廉的免疫分析方法。Stanker等[12]用McAbIA法检测肉中氯菊酯的含量,其检出范围为50~500 μg/kg,但由于存在相关化合物氯氰菊酯、溴氰菊酯的交叉反应,因而只能作为这一类化合物总量测定的方法。Skerrit等[13]用拟除虫菊酯类半抗原氯菊酯与载体蛋白BSA结合制备特异性McAb,用三种免疫分析方法检测小麦和面粉中的氯菊酯,发现McAb结合到微滴度板上效果最好,最低检出量为1.5 μg/L,用甲醇是最有效的提取办法。拟除虫菊酯类农药的免疫分析,尤其McAb应用较少,其方法尚待于进一步探讨。

    4.有机氯类农药:Deschamps等[14]用毒莠定与牛血清白蛋白(BSA)结合免疫兔和小鼠,分别制备多克隆抗体和McAb,来比较两者的灵敏度和特异性。兔抗血清的线性范围为5~5?000 ng/ml,最低检出限为5 ng/ml;小鼠McAb的线性范围为1~20 ng/ml,最低检出限为1 ng/ml。二者与结构相似农药及代谢物均无交叉反应。用两种方法分析水、尿样、土壤提取物,McAb检测比多抗血清更灵敏、更精确。他们认为只有McAb技术分析才适合毒莠定的定量检测。
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    Lawruk等[15,16]用兔多克隆抗体包被磁珠作为固相,用竞争ELISA法测定甲草胺、乙基丙草胺与二氯烯丹等,水中检出限为0.05 μg/L;土壤中检出限为3.0 μg/L,土壤回收率达90%。ELISA法检测与GS结果有良好的相关性,但仍有较轻的交叉反应。而Schlaeppi等[17]制备了甲草胺特异性McAb来检测甲草胺、乙基丙草胺、呋霜灵及其代谢物,未发现交叉反应,直接和间接ELISA法检测回收率分别为98%和89%。近年来有机氯农药免疫检测试剂盒较多,Van Emon等[18]用McAb评价了试剂盒的效果,ELISA法检测发现假阳性近10%,无假阴性,虽精确度不及气相色谱法(GC),但省时、价廉,是一种较为理想的检测手段。

    从以上研究可见:McAb技术免疫分析比多克隆抗体技术更特异、灵敏,更适合于有机氯农药免疫检测。

    5.三嗪类农药:三嗪类农药免疫分析研究较多,近几年McAb技术已被广泛应用。Schneider等[19]探讨了McAb在三嗪类检测中的应用,采用酶标半抗原ELISA法测定,发现莠去津McAb与西玛津、莠天净和扑灭津存在交叉反应。
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    新的检测手段不断被采用,三嗪类农药的分析逐渐达到满意效果。Muldoond等[20]进一步研究和评价了McAb技术ELISA法进行三嗪类的多组分分析物检测。他们制备了5种McAb并采用3种ELISA法来检测对莠去津、西玛津、氰草津的反应和灵敏度,发现有3种抗体对分析物的反应相同,其它两种抗体有各自的反应特征。于是选用3种反应各异的抗体来检测三种物质的量和三者总量,以探讨多种农药的同时检测,并与高效液相色谱(HPLC)检测值进行比较。莠去津、西玛津、氰草津及三者总量用ELISA与HPLC两种方法检测的相关系数分别为0.94,0.90,0.96和0.85。Wittmann等[21]将免疫技术与流动注射分析结合起来形成流动注射免疫分析(FIIA),分别用多克隆抗体和McAb检测了水和土壤提取物中的莠去津含量,其结果与GC结果有良好的相关性。Jiang等[22]将EIA与电化学技术结合起来,利用莠去津与碱性磷酸酶标记的莠去津竞争性与有限的抗体结合,来测定水样中莠去津的量,检测限为0.10 μg/L。
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    三、应用中存在的问题及展望

    McAb在农药免疫分析中已显示出了明显的优越性,但在应用中仍发现存在一些问题。首先,不是所有的农药小分子都能制备出McAb,而用于免疫分析,它受农药的结构和载体蛋白的连接位置等诸多因素影响;其次,有的McAb用于免疫检测时存在一定的交叉反应,只能检测一类结构相似的化合物[5,11],从而影响检测的特异性,同时检测的灵敏度也有待于进一步提高;再者,从制备人工抗原到纯化获得McAb周期长,且操作也较为复杂;第四,近年来,尤其在中国,由于农药产生抗性及知识产权限制,混配农药生产和使用剧增,给McAb制备和农药免疫分析提出了新问题。

    随着免疫分析技术的快速发展,农药免疫分析中存在的问题正在或将会很快得到解决。如分析农药小分子的结构,深入探讨其抗原决定簇的位置,通过化学方法封闭或突出某个(某些)特定的抗原决定簇,就可制备该决定簇的特异性抗体,以增加检测的特异性,避免交叉反应;也有人提出可以考虑用能产生部分交叉反应的结构类似物,制造成合适的免疫抑制原,对动物进行选择性免疫抑制,然后用相应的抗原进行免疫,可提高抗原对该物质识别的特异性;把免疫分析与其它技术联用,如免疫分析与流动注射系统相结合就形成流动注射免疫技术,免疫分析与气相、液相色谱联用等,都充分利用了两种技术的优势,既可增加检测的灵敏度又可降低交叉反应;多组分分析物免疫分析[20]的应用,为多种农药暴露检测以及混配农药分析创造了条件;利用分子生物学技术进行DNA序列重组,制备具有抗原完整功能的抗体片断,并在生长繁殖迅速的生物体如大肠杆菌上进行足够量表达,就可大大缩短特异性抗体制备时间等等,均利于McAb技术在农药免疫分析中不断得到完善。
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    总之,由于McAb独特的优点,已广泛应用于医学、生物学等各个领域,在农药的免疫分析中也得到了初步应用,随着对其深入研究,必将有广阔的应用前景,如果能充分应用于农药代谢动力学和毒效动力学研究、农药中毒的病因学诊断以及农药疫苗和农药中毒的免疫学治疗,将会对职业医学的发展具有推动作用。

    参考文献

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    收稿:1998-03-24

    修回:1998-04-28, http://www.100md.com