在生物科研中,免疫学相关实验是必不可少的技术手段。最常见的WB、ELISA、免疫组化、免疫荧光、流式分选等相关实验都涉及到了免疫相关的实验原理。
1. 免疫印迹(Western Blot,WB)
蛋白免疫印迹是生物研究中最基础最常见的一种技术手段,其原理是将蛋白质混合物通过SDS-PAGE电泳按分子量大小分离,转移到膜上,用特异性抗体识别目标蛋白,通过化学发光或显色进行检测。常应用于蛋白的定量分析、抗体特异性验证以及蛋白修饰分析
2. 酶联免疫吸附试验(Enzyme linked immunosorbent assay ,ELISA)
ELISA 是一种间接检测抗体与抗原结合的方法,通过酶催化底物显色或发光进行定量或定性检测。根据方法类型不同,ELISA可分为直接法、间接法、夹心法以及竞争性/抑制性 ELISA。
应用:
检测抗体: 如血清中针对特定病原体(病毒、细菌)的抗体(IgG, IgM, IgA等)、自身抗体。检测抗原: 如病原体抗原(乙肝表面抗原)、细胞因子、激素、肿瘤标志物。
3. 流式细胞术(Flow Cytometry, FC)
原理: 使单个细胞在液流中高速通过检测区,用激光照射,通过检测细胞产生的散射光和荧光信号来分析细胞的物理特性(大小、颗粒度)和生化特性(表面或胞内蛋白表达)。
应用:
免疫表型分析: 鉴定和分群血液、组织或培养细胞中的免疫细胞亚群(如T细胞、B细胞、NK细胞、树突状细胞及其亚群)。
细胞周期与凋亡分析:通过荧光染料分析DNA含量、细胞周期状态、凋亡标志物。
胞内因子检测: 检测细胞因子(IFN-γ, IL-2, TNF-α等)、转录因子、磷酸化信号蛋白。
细胞分选: 根据特定标记分选纯化目标细胞群体。
细胞功能分析: 如钙流检测、活性氧检测、增殖标志物(如CFSE稀释)检测。
4. 免疫组织化学 (immunohistochemistry,IHC)
原理: 在组织切片或细胞涂片/爬片上,利用特异性抗体与组织/细胞内的抗原结合,通过酶促显色反应或荧光标记使抗原位置可视化。
应用:
定位抗原表达: 确定特定蛋白(如CD3, CD20, Ki-67, 病毒抗原)在组织或细胞中的空间分布和表达水平。
疾病诊断与分型: 如肿瘤标志物检测、病原体鉴定。
亚细胞定位: 观察蛋白在细胞内的位置(胞膜、胞浆、胞核)。
5. 免疫荧光(Immunofluorescence,IF)
原理: 与IHC/ICC类似,但使用荧光素标记的抗体(或二抗),通过荧光显微镜观察抗原位置。
应用:
共定位研究: 同时标记多个抗原,观察它们在细胞内的空间关系。
活细胞成像: 动态观察活细胞中分子的运动和相互作用(常需更温和的固定或使用活细胞染料)。
高分辨率成像: 如共聚焦显微镜、超分辨显微镜下进行精细结构观察。
6. 免疫沉淀 / 免疫共沉淀(co-inmunoprecipitation,co-IP)
免疫沉淀: 利用抗体特异性结合溶液中的目标抗原(蛋白),并通过与固相支持物(如Protein A/G 磁珠)结合将其沉淀下来,用于纯化或富集特定蛋白。
免疫共沉淀: 在IP基础上,用于检测与目标蛋白存在相互作用的蛋白。如果蛋白B与蛋白A有相互作用,当用抗A抗体沉淀蛋白A时,蛋白B也会被一同沉淀下来。
应用:
蛋白纯化富集: 为后续分析(如质谱、WB)做准备。
验证蛋白相互作用: 经典方法验证两个蛋白是否在生理条件下结合。
研究蛋白复合物: 鉴定与目标蛋白相互作用的伴侣蛋白。
Pull-down: 用GST融合蛋白或生物素标记分子作为“诱饵”,捕获相互作用蛋白。
7. 酶联免疫斑点试验(ELISPOT )
原理: 在包被了特定抗原(或捕获抗体)的微孔板中培养细胞,细胞分泌的抗体(或细胞因子)被捕获在细胞周围的膜上,通过酶联反应形成可见的斑点,一个斑点代表一个分泌该物质的细胞。
应用:
检测抗原特异性B细胞: 分泌抗体的B细胞。
检测抗原特异性T细胞: 分泌细胞因子(如IFN-γ, IL-4)的T细胞。
评估细胞免疫功能: 如疫苗免疫后特异性T细胞的应答频率。
8. 中和试验(neutralization test)
原理: 检测抗体(如血清)阻断病原体(病毒、细菌毒素)感染细胞或产生毒性的能力。
应用:
评估抗体功能: 检测中和抗体滴度,是评价疫苗效果和感染后免疫保护力的金标准之一。
抗体药物筛选与评价。
9. 淋巴细胞增殖实验(Lymphocyte proliferation assay)
原理: 检测淋巴细胞在特异性抗原或有丝分裂原刺激下发生增殖的能力。
方法:
³H-胸腺嘧啶核苷掺入法: 检测DNA合成,放射性标记。
MTT/XTT/CCK-8法: 检测细胞代谢活性。
CFSE稀释法: 用荧光染料标记细胞膜,细胞分裂时染料平均分配到子代细胞,通过流式检测荧光稀释程度来追踪增殖。
应用: 评估T细胞、B细胞对刺激物的反应性,反映细胞免疫功能状态。
10. 细胞毒性试验(cytotoxicity test)
在药物筛选及毒理学相关研究中,通过测定细胞的存活、膜完整性和细胞死亡等参数来评估毒性,可以检测效应细胞(如CTL、NK细胞)杀伤靶细胞的能力。
方法:
铬释放试验: 用放射性铬标记靶细胞,检测效应细胞杀伤后释放的铬。
LDH释放试验: 检测靶细胞被杀伤后释放的乳酸脱氢酶。
流式细胞术检测凋亡/坏死: 用Annexin V/PI等染料标记靶细胞,通过流式区分活细胞、凋亡细胞和坏死细胞。
应用: 研究CTL、NK细胞的杀伤功能,评估免疫治疗(如CAR-T)效果。
总结:
免疫学实验体系庞大且多样,涵盖从基础机制研究到临床应用诊断的广泛领域, 这些免疫实验技术相互补充,共同构成了免疫学研究强大的技术工具箱。免疫学实验技术日新月异,相互结合使用是常态(如流式+分选+scRNA-seq)。理解每种技术的原理、优势和局限性,是设计严谨实验方案和解读数据的基础。