Citation: ZHOU You-Jun, LI Jiao-Xia, CHENG Hui-Jun, YANG Qiao-Fen, HE Mei-Qiong, GUO Li-Ping, DENG Zhi-Yong. Chemiluminescence Immunoassay for Quantitative Analysis of Prostate Specific Antigen Complexed to α1-Antichymotrypsin in Human Serum[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2016, 44(8): 1209-1214. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150937
化学发光免疫分析法检测血清中前列腺特异抗原复合物
English
Chemiluminescence Immunoassay for Quantitative Analysis of Prostate Specific Antigen Complexed to α1-Antichymotrypsin in Human Serum
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1. 引言
前列腺癌(Prostate cancer,PCa)是男性最常见的肿瘤之一,近年来其发病率呈明显的上升趋势[1~3]。早期诊断和治疗对控制PCa尤为重要。前列腺特异抗原(Prostate specific antigen,PSA)是目前临床广泛采用的PCa检测标志物[4~10]。PSA在精液里以游离态(Free-PSA,F-PSA)存在,血液中通常为结合态(Complexed-PSA,C-PSA),正常男性血液中可检测到的PSA(T-PSA)一般低于4 ng/mL。当T-PSA>10 ng/mL时,患者患前列腺癌的几率极高,但T-PSA含量为4~10 ng/mL时,PSA检测的特异性仅为59.2%,假阴性率即漏诊率可达38%~48%[11]。因为PSA不具有肿瘤特异性,除PCa外,良性前列腺增生、炎性病变和梗死等前列腺病变,甚至年龄的增长,都能引起T-PSA含量的升高,因此,T-PSA含量4~10 ng/mL成为了临床诊断灰区。
研究者提出了不同的PSA指数,用于校正T-PSA检测值,提高PSA检测的准确率。目前,临床上应用最多的是采用测定F-PSA水平并计算F-PSA/T-PSA(F/T)比值的方法进行进一步筛查[12~14]。但是,F-PSA在血清中不稳定,且F/T比值在诊断前列腺癌时缺乏统一标准,亦难以根据这一范围内的PSA筛查和诊断PCa[15]。
血清中C-PSA主要以前列腺特异抗原-α1-抗胰凝乳蛋白酶(PSA-α1-antichymotrypsin complex,PSA-ACT)的形式存在。研究表明,以血清中PSA-ACT含量作为检测指标,可提高对PCa早期诊断的特异性和准确性[16~19]。与同时检测T-PSA和F-PSA相比,PSA-ACT检测具有稳定、简单、成本低、不受年龄因素影响等优势,其敏感性和特异性均优于T-PSA检测,且可以降低PCa的筛查成本[15, 20~22]。
PSA-ACT的检测方法与F-PSA及T-PSA类似,酶联免疫分析法(ELISA)是最常用的方法[23, 24],但目前还没有检测PSA-ACT的商业化试剂盒。
与ELISA法相比,化学发光酶免疫分析法(CLEIA)具有灵敏度高、线性范围宽、操作简单且易于实现高通量检测等特点[25, 26]。本研究制备了抗PSA-ACT单克隆抗体(单抗),采用辣根过氧化物酶(HRP)催化鲁米诺(lumino)-H2O2化学发光体系,建立了双抗体夹心化学发光酶免疫分析方法,用于PSA-ACT的高灵敏度检测,为开发可用于临床检验的PSA-ACT试剂盒奠定了实验基础。
2. 实验部分
2.1. 仪器与试剂
BHP 9540微孔板发光分析仪(北京滨松光子技术有限公司);MX-F型固定式混匀仪(上海大龙医疗器械有限公司);WZ-2A型微量振荡器(北京海淀电子医疗仪器厂) Sp2/0骨髓瘤细胞(国家生物医学分析中心病毒安全检测实验室提供);6~8周龄的雌性Balb/c小鼠(军事科学院实验动物中心);RPMI 1640培养基、牛血清蛋白(BSA)(美国Gibco公司);PSA-ACT Antigen(加拿大Biospacific公司);PSA Antigen F-PSA Ag protein(英国Biorbyt公司);弗氏完全佐剂、弗氏不完全佐剂和HAT/HT培养基(美国Sigma公司);单克隆抗体分型试剂盒(Southern Biotech公司);rProtein A蛋白纯化试剂盒(美国GE公司);BCA蛋白浓度试剂盒(江苏碧云天生物技术研究所);辣根过氧化物酶(HRP,美国MP Biomedicals公司);鲁米诺化学发光底物液(苏州贝尔达生物医药科技有限公司);其它试剂均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)。
2.2. 动物免疫和细胞融合
采用免疫原PSA-ACT对6~8周龄的雌性Balb/c鼠进行背部皮下免疫,初次免疫剂量为20μg/只;15日后进行初次加强免疫(10μg/只),此后每隔28天进行一次加强免疫。第4次加强免疫10天后断尾取血,以1μg/mL PSA为包被原,采用间接ELISA法[20]检测血清中抗PSA抗体的效价。取抗血清效价大于1:8000的小鼠的脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞进行细胞融合,采用HAT培养基对杂交瘤细胞进行培养,去除未融合的脾细胞和骨髓瘤细胞。
2.3. 杂交瘤细胞株的筛选及培养
2.4. 单克隆抗体的制备
对可分泌单一抗PSA-ACT抗体的细胞株进行扩大培养,用体内诱生法制备腹水。选取10周龄的雌性小鼠,接种杂交瘤细胞前7天注射石蜡油,抑制自身免疫功能。将阳性杂交瘤细胞稀释后注入小鼠腹腔,7天后收集小鼠腹水,以间接ELISA法测定腹水效价。利用rProtein A亲和柱法纯化腹水,得到的纯化抗体用PBS透析3次,-20℃保存。
2.5. 单克隆抗体的鉴定
采用SDS-PAGE测定抗体的纯度,采用BCA法测定抗体的浓度。以甲胎蛋白(Alpha Fetoprotein,AFP)、癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen,CEA)、广谱肿瘤标志物(Carbohydrate antigen 50,CA50)、卵巢癌相关抗原(Carbohydrate antigen 125,CA125)、乳腺癌相关抗原(Carbohydrate antigen 153,CA153)、F-PSA等为包被原,采用间接ELISA进行交叉反应检测。采用间接ELISA相加实验,分析抗体针对的抗原表面决定簇。以1μg/mL PSA包被酶标板,先分别加入所有单抗,测定450和630 nm处的吸光度比值(OD450/OD630)[27],再将所有单抗两两配对加入,测定OD450/OD630,比较前后吸光度值的变化,进而对单抗按作用位点进行分类。
2.6. 单克隆抗体配对
在单克隆抗体分类的基础上,选择针对抗原上不同决定簇的两个单抗进一步配对分析,分别用一个抗体作为包被抗体,另一个作为酶标抗体,PSA-ACT抗原稀释梯度0,5,10,20,40和60 ng/mL,采用间接ELISA检测,每组抗体对均要进行正配与反配,挑选具有高灵敏度和良好线性的一对抗体,建立化学发光酶免疫分析法。
2.7. PSA-ACT化学发光酶免疫分析方法的建立
用包被缓冲液将纯化后的PSA-ACT单抗稀释至适当的浓度,加入96孔板中,100μL/孔,4℃包被过夜。PBS洗涤3次,每孔加入300μL含1% BSA的磷酸盐-吐温缓冲溶液(PBST),室温封闭3 h,弃封闭液,干燥,4℃密封保存[21]。采用改良的过碘酸盐氧化法[28]制备HRP标记的抗体(HRP-IgG),加入等体积甘油,密封冷冻保存。以质控血清作为标准品基质,按比例将适量的PSA-ACT加入到基质血清中,得到浓度分别为0 (S0),5 (S1),10 (S2),20 (S3),40 (S4)和60 ng/mL(S5)的系列标准品,4℃保存。
在包被抗体板每孔中加入50μL样品或标准品、50μL酶标抗体,振荡混匀,37℃温育1 h,洗涤5次,按化学发光底物试剂盒说明书加入适量发光底物,避光反应一定时间后,测定各孔的相对发光强度(Relative light unit,RLU),绘制PSA-ACT浓度和对应RLU值间的双对数标准曲线。
2.3.1. 抗体亚类鉴定
按Southern Biotech单克隆抗体分型试剂盒说明书,以浓度为1μg/mL PSA抗原包被酶标板,依次加入细胞培养上清(100μL/孔)和1:500稀释的HRP标记二抗进行反应。根据OD450值最高的孔所对应的酶标二抗确定该孔抗体的亚类。
2.3.2. 抗体特异性筛选
分别以T-PSA,F-PSA,PSA-ACT为抗原进行包被,采用间接ELISA法对杂交瘤细胞进行筛选,随后对阳性细胞株进行克隆。多次筛选、克隆后,获得可分泌单一抗PSA-ACT抗体的细胞株。
3. 结果与讨论
3.1. 单克隆抗体制备
3.2. PSA-ACT化学发光酶免疫分析方法建立
3.3. 实际血清中的回收率
在3份临床采集的人血清样品中,分别加入5,10和20 ng/mL PSA-ACT标准品,在最佳实验条件下测定,计算回收率。结果见表 3。与已报道的采用免疫技术原理检测PSA-ACT的方法[19]相比,本方法灵敏度稍低,稳定性和重现性好,用于实际样品检测,结果令人满意。本研究结果为进一步开发检测PSA-ACT的CLIA试剂盒奠定了基础。
表 3
血清样品Serum sample 本底值Found (ng/mL) 加标量Added (ng/mL) 测定值Total found (ng/mL) 回收率Recoveries (%) 样品1 Sample1 1.53 5.0 6.74±0.07 104.2 10 11.48±0.26 100.4 20 21.09±0.31 97.8 样品2 Sample 2 3.67 5.0 8.71±0.12 100.8 10 13.21±0.45 95.4 20 23.56±0.25 99.5 样品3 Sample 3 17.46 5.0 22.25±0.18 95.8 10 27.36±0.29 99.0 20 37.77±0.35 101.5 3.1.2. 单克隆抗体亚类鉴定及效价测定
8株杂交瘤细胞的培养上清间接ELISA检测结果显示,2株属于IgG1类,2株属于IgG2a类,4株属于IgG2b类,无IgG3及IgM类。轻链均为κ类。杂交瘤细胞扩大培养,制备腹水后,以ELISA法检测腹水效价。抗体亚类及腹水效价见表 1。
表 1
表 1 单克隆抗体亚类及腹水效价Table 1. Subtypes, light chain types and ascites titer of 8 monoclonal antibodies (mAb)抗体编号Number 亚类/型Subtype 效价Ascites titer PSA2 Ig G2b/κ 1:256000 PSA9 Ig G1/κ 1:256000 PSA13 Ig G1/κ 1:512000 PSA17 Ig G2b/κ 1:512000 PSA21 Ig G2b/κ 1:512000 PSA28 Ig G2b/κ 1:256000 PSA36 Ig G2a/κ 1:512000 PSA44 Ig G2a/κ 1:512000 PSA:前列腺特异抗原(Prostate specific antigen)。 3.1.1. 杂交瘤细胞株筛选
共进行6次细胞融合,细胞融合率在78%~92%之间。初次筛选得到17株阳性细胞株,经过多次克隆,共得到8株能稳定分泌PSA-ACT单抗的细胞株,分别为PSA2,PSA9,PSA13,PSA17,PSA21,PSA28,PSA36和PSA44。
3.1.5. 单克隆抗体配对
8组备选抗体对配对实验结果显示,PSA17/PSA28线性良好(R=0.991),灵敏度高,所以选择这对抗体建立化学发光酶免疫分析法。
3.1.3. 单克隆抗体浓度及纯度
腹水经rProtein A纯化后,用BCA法测得8个单克隆抗体蛋白浓度为1.25~5.00 mg/mL,SDS-PAGE电泳检测结果(图 1)表明,抗体PSA17和PSA28的纯度较高。
图 1
3.1.4. 单克隆抗体特异性
(1) 交叉反应8株单抗的交叉反应实验结果如表 2所示。8株单抗与所测试的肿瘤标记物的反应很微弱,可以认为没有交叉反应。(2) 抗原结合位点分析用相加系数(Additivity value,AV)评价位点分析结果。AV=[(ODMcAb1+2)/(ODMcAb1+ODMcAb2)]×100%。当AV<50%时,认为两种抗体针对抗原的同一位点,或两种抗体结合不同位点但相互抑制;当AV>50%时,认为两种抗体针对抗原的不同位点。
表 2
抗原Number PSA2 PSA9 PSA13 PSA17 PSA21 PSA28 PSA36 PSA44 阳性Positivecontrol 阴性Negativecontrol 甲胎蛋白Alpha fetoprotein, AEP - - - - - -- - - + -- 癌胚抗原Carcinoembryonic antigen, CEA -- - - -- - - - -- + -- 广谱肿瘤标志物Carbohydrate antigen 50, CA50 - - - - - - - -- + -- 卵巢癌相关抗原Carbohydrate antigen 125, CA125 - -- - - - -- - - + -- 乳腺癌相关抗原Carbohydrate antigen 153, CA153 - -- - - - - - - + -- 游离前列腺特异抗原Free-prostate specific antigen, F-PSA - - -- - - - - - + -- 前列腺特异抗原Prostate specific antigen, PSA + + + + + + + + + -- 前列腺特异抗原PSA背景Background -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 注:PSA(背景)是背景值,加相同体积的封闭液代替抗体溶液,其它条件完全相同。
Note: PSA(background), Adding the same volume of blocking solution instead of antibody, other conditions are identical (+) represents OD450/630 > 1.0;(-)represents 0.02 < OD450/630 < 1;(--) represents OD450/630 < 0.02.实验结果表明,PSA2与PSA13、PSA17识别不同的抗原位点,PSA9与PSA13、PSA17识别不同的抗原位点,PSA13与PSA21、PSA28识别不同的抗原位点,PSA17与PSA28、PSA44识别不同的抗原位点。因此,共得到8对识别不同的PSA-ACT位点的单抗细胞株PSA2-PSA13,PSA2-PSA17,PSA9-PSA13,PSA-9-PSA17,PSA13-PSA21,PSA13-28,PSA17-PSA28和PSA17-PSA44。
3.2.1. 实验条件的优化
本实验选择的最佳实验条件为:0.06 mol/L柠檬酸缓冲液(pH 7.4)作为包被缓冲液;抗体包被浓度5μg/mL,37℃包被120 min;酶标抗体稀释度1:500,37℃恒温不振荡温育1 h;加入发光底物10 min后测量。
3.2.3. 方法的分析性能
在最佳反应条件下,以化学发光酶免疫分析法测定PSA-ACT浓度,标准曲线如图 2所示。相对发光强度的对数和PSA-ACT浓度的对数在PSA-ACT浓度5~40 ng/mL范围内线性关系良好(R2=0.9943),线性方程为y=2.2504x+2.5142,以(x+2SD)对应的浓度值为方法的检出限[29],测得检出限为0.53 ng/mL。
图 2
以含低(5.0 ng/mL)、中(9.0 ng/mL)、高(40 ng/mL) 3种浓度PSA-ACT的血清进行8孔平行测定,重复3次,测得批内相对标准偏差(RSD)为4.6%~6.6%,批间RSD为5.7%~8.0%。
采用建立的CLEIA法对5,10,20,40和60 ng/mL的F-PSA进行检测,计算得到F-PSA与PSA-ACT的交叉反应率为0.6%,表明本方法的特异性良好。
3.2.2. 免疫反应步骤
在化学发光酶免疫分析测定体系中,可选择一步法和两步法免疫反应步骤,所建立方法的灵敏度和操作时间会有差别。一步法的基本操作程序如2.7所述;两步法是指将样品或标准品与酶标抗体分别温育,即在包被抗体板孔中加入50μL样品或标准品,37℃温育1 h,洗板后加入50μL酶标抗体,37℃温育1 h。其它步骤与一步法相同。
本实验中两种方法分析的灵敏度基本一致,线性关系良好,但两步法耗时150 min,一步法耗时90 min,所以最终选择一步法进行测定。
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Table 1. Subtypes, light chain types and ascites titer of 8 monoclonal antibodies (mAb)
抗体编号Number 亚类/型Subtype 效价Ascites titer PSA2 Ig G2b/κ 1:256000 PSA9 Ig G1/κ 1:256000 PSA13 Ig G1/κ 1:512000 PSA17 Ig G2b/κ 1:512000 PSA21 Ig G2b/κ 1:512000 PSA28 Ig G2b/κ 1:256000 PSA36 Ig G2a/κ 1:512000 PSA44 Ig G2a/κ 1:512000 PSA:前列腺特异抗原(Prostate specific antigen)。 Table 2. Cross-reactivity t of 8 mAb
抗原Number PSA2 PSA9 PSA13 PSA17 PSA21 PSA28 PSA36 PSA44 阳性Positivecontrol 阴性Negativecontrol 甲胎蛋白Alpha fetoprotein, AEP - - - - - -- - - + -- 癌胚抗原Carcinoembryonic antigen, CEA -- - - -- - - - -- + -- 广谱肿瘤标志物Carbohydrate antigen 50, CA50 - - - - - - - -- + -- 卵巢癌相关抗原Carbohydrate antigen 125, CA125 - -- - - - -- - - + -- 乳腺癌相关抗原Carbohydrate antigen 153, CA153 - -- - - - - - - + -- 游离前列腺特异抗原Free-prostate specific antigen, F-PSA - - -- - - - - - + -- 前列腺特异抗原Prostate specific antigen, PSA + + + + + + + + + -- 前列腺特异抗原PSA背景Background -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 注:PSA(背景)是背景值,加相同体积的封闭液代替抗体溶液,其它条件完全相同。
Note: PSA(background), Adding the same volume of blocking solution instead of antibody, other conditions are identical (+) represents OD450/630 > 1.0;(-)represents 0.02 < OD450/630 < 1;(--) represents OD450/630 < 0.02.Table 3. Recovery of PSA-ACT spiked in human serum samples (n=3)
血清样品Serum sample 本底值Found (ng/mL) 加标量Added (ng/mL) 测定值Total found (ng/mL) 回收率Recoveries (%) 样品1 Sample1 1.53 5.0 6.74±0.07 104.2 10 11.48±0.26 100.4 20 21.09±0.31 97.8 样品2 Sample 2 3.67 5.0 8.71±0.12 100.8 10 13.21±0.45 95.4 20 23.56±0.25 99.5 样品3 Sample 3 17.46 5.0 22.25±0.18 95.8 10 27.36±0.29 99.0 20 37.77±0.35 101.5 -
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