Literature
Home医源资料库在线期刊中华医学研究杂志2005年第5卷第8期

IgY技术及其在医学领域的应用

来源:中华医学研究杂志
摘要:【摘要】随着对卵黄免疫球蛋白(IgY)研究的逐步深入,卵黄抗体技术(IgY技术)正在成为生物技术领域和医药研究中的新热点,由于IgY化学性质稳定,产量高、成本低,以及动物种系发生学距离的优势,更适于生产特异性抗体,具有开发功能性食品和新药的潜能。【关键词】IgY技术。卵黄抗体。临床应用与产生于哺乳动物的Ig......

点击显示 收起

  【摘要】  随着对卵黄免疫球蛋白(IgY)研究的逐步深入,卵黄抗体技术(IgY技术)正在成为生物技术领域和医药研究中的新热点,由于IgY化学性质稳定,产量高、成本低,以及动物种系发生学距离的优势,更适于生产特异性抗体,具有开发功能性食品和新药的潜能。      

  【关键词】  IgY技术;卵黄抗体;临床应用

  与产生于哺乳动物的IgG相比,IgY具有许多独特的优点:(1)无需采血,只需收集免疫母鸡产下的鸡蛋即可获得抗体;(2)使用少量的抗原免疫禽类既可获得大量的质量均一的特异性IgY;(3)由于种系发生距离相差很大,禽类IgY与哺乳动物免疫球蛋白之间不会发生交叉血清学反应;(4)不激活哺乳动物的补体系统,不与类风湿因子或Fc受体相结合,避免在免疫检测过程中产生假阴性或价阳性结果;(5)耐热、耐酸,巴氏灭菌温度下也不会失活并且在pH值小于3时仍能保持稳定活性 [1] 。   

  20世纪80年代以来IgY抗体开始广泛应用,Dr.C.Staak在1995年首先使用IgY技术这一术语。1996年,IgY抗体的生产和应用被定义为IgY技术 [2] 。如今,它已是一个世界性的标准化技术。1996年,欧洲实验方法替换确认中心(European Centre for the Validation of Alternative Method,ECVAM)推荐使用IgY来替代哺乳动物IgG,以减少由于抗体采集而造成对动物的伤害,该中心还提供有关实验鸡饲养、鸡免疫获得办法、免疫佐剂应用、IgY提纯和储存办法等方面的信息 [3] 。1999年,基于对动物权益的保护,IgY技术被瑞士联邦政府兽医办公室接受为可行的替代办法。不断增长的文献数目显示,IgY技术正成为医药领域的新热点。   

  由于卵黄抗体(IgY)化学性质稳定,产量高、成本低,以及动物种系发生学距离的优势,更适于生产特异性抗体,其被动免疫功能可以用于抗病毒和细菌性疾病,具有开发功能性食品和新药的潜能,用特异性IgY治疗腹泻等胃肠道疾病已经在兽医学中获得应用,许多治疗人腹泻方面的临床前和临床研究正在开展中 [4,5] 。目前国内IgY技术的研究和应用主要在兽医和功能食品方面,在医药方面的基础工作还比较薄弱。随着IgY技术在南美等发展中国家和地区的迅速推广和成功应用及国内多项相关研究工作的开展,这一技术预计将得到迅速发展 [6] 。

  1 卵黄抗体的提取与纯化卵黄作为特异性抗体IgY的来源有许多优点:母鸡易于饲养,费用不高;收集鸡蛋方便,无需抽动物血,无损伤,符合现代动物保护原则;产生有效免疫反应所需抗原量小,尤其是高度保守的哺乳动物蛋白质对种系发生学上距离较远的禽类通常有较强的免疫原性。Carroll和Stollar [7] 仅用总量30~475μg的增殖细胞核抗原,成功地产生鸡抗弱免疫原性RNA多聚酶Ⅱ的抗体。Gottestein和Hemmeler [8] 的实验表明,在1个月内收集的提纯IgY产量比兔血清高18倍。Gassmann等用20~30μg增殖细胞核抗原初次免疫20天后出现特异IgY抗体,30天达高峰,并持续81天以上。卵黄中无其它Ig类,使得IgY易于提纯等。此外,某些病原微生物如轮状病毒,衣原体等可在鸡胚中增殖。用这些感染的鸡胚组织为抗原免疫鸡获取相应抗体时,可省去抗原提纯的复杂过程。台湾学者苏和平等以酸、碱、酒精、食盐及加热等五种加工条件处理市售鸡蛋,结果显示室温下以酸(pH值2.73)处理壳蛋48h,蛋黄中IgY已丧失99%;碱(4.2%w/v氢氧化钠)处理14天或饱和食盐水处理28天,可保留蛋黄中IgY24%~33%;而以酒精(16%v/v)处理4天或加热处理成溏心蛋,则可保留47%以上。另以不同加热条件处理免疫鸡蛋,显示在使蛋黄中心温度低于70℃下加热,依加热时间的长短,蛋黄中IgY可保存21%~81%。   

  在国内,鸡是率先实现SPF化和产业化的实验动物,有利于规模化生产;禽类与以人为代表的哺乳动物亲缘关系较远,有利于疾病控制,用鸡生产人用的免疫球蛋白,不会将导致人类疾病的病原微生物引入到病人的体内,可以解决治疗上的后顾之忧。   

  卵黄中的主要成分是蛋白质和脂肪,其比例为1:2。大部分蛋白质都是脂蛋白质,存在于卵黄颗粒中,不溶于水,只有卵黄球蛋白(α、β、γ)是水溶性的,而IgY是γ卵黄球蛋白。因此IgY的分离纯化首先需有效地去除卵黄中的脂类,从水溶性蛋白中分离IgY。近十几年来,已建立了许多较为高效而经济的方法。这些方法大多以PEG、硫酸葡聚糖、自然胶,如藻酸钠、角叉菜胶 [9] 或乙醇沉淀等方法初步纯化蛋白质,产量约为每ml卵黄提取IgY5~7.5mg,纯度87%~89%。   

  1980年,Polson首先提出聚乙二醇(PEG)两步沉淀法,分别用终浓度为3.5%和12%的PEG分步沉淀,用硫酸铵盐析法去除PEG [10] 。1985年,在此基础上提出了冷乙醇沉淀的改良方法,使产量提高,而且能有效地去除残留PEG。1981年,Jensensius等提出了硫酸葡聚糖沉淀法(DS法)。Bade和Stegemann(1984)用预冷的丙烷和丙酮(-20℃)沉淀蛋白质并去除脂质,经DEAE柱层析进一步纯化,方法简便、省时。其IgY抗体活性与用Polson法提纯的IgY之间无明显差别。且稳定性好,经3次以上冻融,抗体活性未见改变。此实验中以PEG代替硫酸盐沉淀,可进一步提高产量。Akita等在此基础上建立了水稀释法(WD法)。即以9份水稀释1份卵黄,离心去除颗粒,再用硫酸盐沉淀法浓缩,并经超滤或乙醇沉淀或盐沉淀进一步纯化、浓缩,再经凝胶过滤提纯,产量达9.8mg IgY/ml卵黄,纯度94% [11] 。此后,Akita等比较了WD法、PEG法、DS法和黄原胶法的提纯效果,结果表明WD法产量最高,其次为DS法,WD法更适合大规模生产。   

  IgY的进一步提纯可用提纯其它蛋白质的方法。常见的有凝胶过滤、DEAE纤维素阴离子交换柱层析和亲和层析等方法。必须指出,许多动物IgG均可用蛋白A亲和分离。但IgY不能与蛋白A结合。McCannel和Nakai [12] 用DEAE离子交换层析分离IgY亚群。在提高磷酸盐离子浓度的同时,始终维持一定的pH值。固相金属离子亲和层析是一种蛋白质纯化技术。最常用的金属离子有Cu 2+ 、Ni 2+ ,Co 2- 、Zn 2+ 。研究表明Fe 3+ 离子与磷酸化氨基酸有很强的亲和力。结合于离子柱上的蛋白质常通过降低pH值或提高盐浓度或二者合并进行洗脱。Greene和Holt用固相金属离子(Fe 3+ )亲和层析,通过改变pH值梯度,根据4个洗脱峰将IgY分为4个亚群。Bizhanov比较了氯仿、萄聚糖蓝(dextranblue,DB)和PEG三种提取IgY的方法,前者IgY产量比后二种方法高2~4倍;用SDS-PAGE分析其相应产物,发现DB法提纯获得三种主要的蛋白成分:34.7KDa、41KDa和66KDa,并含少量45KDa成分;氯仿法提取主要含两种蛋白成分:45.7KDa或75.2KDa;而用PEG提取获得以66KDa为主的蛋白成分,氯仿及PEG法提取的蛋白质中也包含少量41-80KDa的IgY [12] 。

   2 IgY抗体在医学方面的应用    

  2.1 IgY在人类疾病诊断中的应用 随着实验室和临床研究对抗体需求的增加,廉价大规模抗体制备技术已成为新的研究课题。利用超免疫鸡将特异性抗体稳定持续地传至卵黄中,制备特异性多克隆抗体,成本低且产量高,有望成为规模制备特异性抗体的有效手段。由于IgY的许多优点,其在免疫学检测诊断方面正越来越被广泛应用。致病性大肠杆菌(enteropathogenic escherichia coli,EPEC)是引起婴幼儿腹泻的常见病原体,而菌毛中的结构重复蛋白A亚单位(structural repeating protein A subunit,BfpA)是EPEC发病机制中的主要致病因子,制备BfpA的IgY可以筛选人排泄物标本中EPEC的存在。2003年,De-Almeida CM [13] 等制备了抗BfpA的IgY用于免疫吸附,发现IgY可以特异性地 鉴定EPEC。   

  荫俊等采用MA-104细胞转瓶培养技术,制备人型轮状病毒Wa和猴型轮状病毒SA11,以纯化病毒+佐剂对SPF纯系莱航产蛋母鸡进行强化免疫,通过盐析、柱层析和超滤方法从卵黄中制备特异性免疫球蛋白,结果表明,免疫鸡卵黄中产生高滴度特异性抗轮状病毒免疫球蛋白,其ELISA免疫效价达1.5×10 5 ,在定期加强免疫条件下,卵黄抗体效价维持在高滴度可达12个月以上。经脱脂盐析和层析纯化的IgY抗体,在4℃条件下其免疫效价可稳定保存6个月以上。体外细胞病变抑制实验结果表明,批量制备的IgY抗体具有高效价的特异性轮状病毒中和活性 [5] ,可用于常规实验室和其他医学实验。   

  2.2 IgY对检测方法的改进 胶乳凝集试验是将可溶性抗原(或抗体)吸附于聚苯乙烯胶乳载体颗粒的间接凝集试验。根据此原理,将胶体金标记抗体固定于特制的载体,则为免疫金标记法。这种方法简便、快速、敏感、特异,因此广泛用于疾病的快速诊断。试验中常用的抗体是哺乳动物IgG。然而,聚苯乙烯胶乳吸附蛋白质存在结合不牢固的问题,影响了检测效果。由于IgY具有更高的特异性和敏感性,可用IgY代替哺乳动物抗体作胶乳凝集试验及制作胶体金。Davalos Pantoja L [14] 等对此做了初步研究。他们对IgY胶乳复合物进行了蛋白质吸附和解离、等电点、电场迁移率和胶体金稳定性等研究,并与IgG进行比较,发现IgY是一种疏水性更强的蛋白质,它与乳胶的结合力更强,用它包被乳胶颗粒制作的胶体金比IgG稳定性更好。   

  由于IgY本身具有良好的稳定性,用于亲和层析柱纯化制备所需蛋白,可以反复使用,提高了亲和层析法分离蛋白的效率,这使IgY用于疾病的相关性蛋白的检测更快速、价廉。Akita EM [15] 等用IgY制备的亲和层析柱分离乳清和初乳中的IgG,一年多的时间内使用了50多次,其结合力只略有下降,说明用IgY制备的亲和层析柱相当稳定。2.3 IgY在人类疾病防治中的应用   

  2.3.1 抗细菌感染 幽门螺旋杆菌(Helicobacter.Pylori,Hp)是引起慢性胃炎和消化性溃疡等胃肠疾病的病原菌,感染率极高。也是世界卫生组织认定的胃癌致病因子,在溃疡患者中Hp的感染率为80%,健康人群为60%,60岁以上人群为70%,胃癌、胃溃疡均属消化道疾病。Weeks等(2000)发现,位于Hp细胞膜表面存在一种专门负责调节胞质内尿酶产生的蛋白质-Urel,Urel起“质子通道”作用,可控制进入细胞的胃酸量。研究表明,含抗Hp特异性IgY的高免蛋黄可破坏Urel,使菌体失去酶保护膜,无法在胃中强酸环境下存活,从而有效消灭Hp。   

  沙门氏菌是肠道感染的常见病原菌,Lee EN [16] 等在体外实验中发现,特异性抗沙门氏菌的IgY能有效防治人类沙门氏菌性肠炎。   

  变形链球菌被公认是引起龋齿最主要的病原菌。Smith DJ [17] 等用变形链球菌葡萄糖结合蛋白B(glucan-binding protein B,GBP-B)免疫鸡获得特异性抗GBP-B的IgY,研究发现该IgY可以预防变形链球菌引起的龋齿。美国已于1999年首先生产出了抗龋病IgY产品(健齿露),目前已通过我国生物制剂的安全评价,进入我国市场。   

  阴道加特纳杆菌是引起妇科疾症的主要致病菌,林元藻等用加特纳杆菌作为抗原免疫Leghon鸡,得到高纯度特异性IgY,具有良好的生物学活性 [18] 。  

  2.3.2 抗病毒感染 轮状病毒是引起秋冬季婴幼儿腹泻的主要病原体之一,目前尚无有效的疫苗。荫俊(2000)、郭立君等(2001) [4,5] 分别对抗轮状病毒IgY的研制及生物学活性等方面进行了研究。目前抗轮状病毒IgY(如百贝宁)是我国已商品化的治疗和预防该病的生物制品。聂荣庆等对抗SARS-CoV鸡卵黄免疫球蛋白进行了研究 [19] 。   

  乙型肝炎是一种全世界广泛流行的传染病,每年全球有约25万人死于与乙肝有关的肝病。乙肝表面抗体是预防乙肝病毒感染的保护性抗体,采用乙肝表面抗体阳性人血液制备成乙肝免疫球蛋白(注射)可中和入侵的病毒,使新生儿免受感染,机体迅速获得被动性保护免疫,但人血中提取的乙肝免疫球蛋白价格昂贵。研究表明,乙肝卵黄抗体与目前商品化的人血提取抗体有很多相同的生物活性和理化性质,如能高效研究出廉价的乙肝蛋黄抗体,则市场前景广阔。   

  2.3.3 抗肿瘤治疗 Hensel T [14] 等制备了鸡抗金属蛋白酶的IgY。在小鼠体外试验中,这种抗体可中和金属蛋白酶的蛋白分解活性,特异地抑制C6胶质瘤细胞在视神经外植体中的扩散和浸润。这为神经系统肿瘤的治疗开辟了前景。近年来,IgY还作为药物载体用于胃肠道癌症的治疗。Yang J [15] 等从人胃癌MGC-803细胞中提取P110蛋白作抗原免疫鸡,制备了抗胃癌蛋白P110的IgY,将之作为运送抗癌药物的载体,发现该抗体能特异地识别胃肠系统的癌组织,这为胃肠系统癌症的治疗开辟了一条新的途径,也为其他肿瘤的治疗提供了新思路。   

  2.3.4 功能性食品 IgY可作为婴幼儿食品或中、老年人的保健食品添加剂,提高人体对各种疾病的抵抗力。美国食品和药品管理局(FDA)认为,卵黄免疫球蛋白作为食品比作为药物更有利,并将其列入“一般公认安全物质(Gen-erally Accepted as Safe,GRAS)”范畴,因此,如同每日饮用牛奶一样,消费者可放心食用卵黄抗体。   

  Chae等(2000)研究了利用产蛋母鸡生产抗大肠杆菌O157:H7对抗体的方法,并已取得专利。分离大肠杆菌O157:H7,于90℃灭活5~10min,制成抗原免疫母鸡,获得抗大肠杆菌O157:H7的IgY。含抗大肠杆菌O157:H7的全蛋可直接应用于食品,亦可从鸡蛋中分离卵黄,冻干制成粉末,添加到待加工的粮食中。王忠泽等(2002)采用大肠杆菌O157:H7933菌株免疫SPF莱杭鸡,制备抗O157:H7特异性IgY,动物被动保护实验结果表明,口服IgY对乳鼠肠道感染模型具有明显的保护作用;动物毒性实验表明,口服抗体安全可靠,无毒性作用。   

  2.3.5 其他 在器官移植中,患者接受移植物后是否产生异种排斥反应是影响移植成功与否的最重要因素。补体抑制是一种有效的防止超急性排斥反应的策略。但这种方法又会引起一种急性血管异种移植排斥反应(acute vascular xenograft rejection,AVXR)。相关模型的大量证据显示,这个过程是抗体介导的与异种移植物内皮发生相互作用的结果。因为单核细胞、自然杀伤细胞、中性粒细胞和血小板有Fc受体和C1q受体,可与结合在内皮细胞上的哺乳动物抗体相互作用,促进AVXR的发生。而IgY不与人的Fc受体   

  结合,也不与C1q受体结合而激活补体,因此可以用于 AVXR的防治。有研究者制备了鸡抗猪大动脉内皮细胞的IgY,结果显示IgY可阻断或限制AVXR发生。因此,IgY用于器官移植可能为提高其成功率带来新希望。

  【参考文献】    

  1 王炯,龚春梅,赵树栋,等.鸡卵抗体(IgY)理化特性的研究.中国生物制品学杂志,1997,10(3):140-143.   

  2 Schade R,Hlinak A.Egg yolk antibodies,state of the art and futureprospects.ALTEX,1996,13(Suppl):5-9.   

  3 Schade R,Staak C,Hendriksen C et al.The production of avian(egg yolk)antibodies:IgY.The report and recommendations of ECVAMworkshop21.ATLA,1997,24(6):925-934.   

  4 郭立君,李春晖,赵锋,等.抗轮状病毒IgY的研制.中国生物制品学杂志,2001,14(1):24-26.   

  5 荫俊,侯晓军,张松乐,等.抗轮状病毒卵黄免疫球蛋白制备工艺及生物学活性研究.解放军药学学报,2000,16(2):59-61.

  6 Rüdiger.Schade.张小莺,郑礼.IgY技术及其医药应用:理论基础.中国药理学通报,2004,20(5):491-495.   

  7 Carroll SB,Stollar BD.Antibodies to calf thymus RNA polymeraseⅡfrom egg yolk of immunized hens.J Biol Chem,1983,258:24-28.   

  8 Gottstein B,Hemmeler E.Egg yolk immunoglobulin Y as an attemative antibody in serology of echinococcosis.Z Parasitenkd,1985,71:273-276.   

  9 McCannel AA,Nakai S,Separation of egg yolk immunolobulins:a two step procedure using hydrophobic interaction chromatography and gel fil-tration.J Immunol Methods,1988,110:225-228.   

  10 Polson A,Coetzer T,Kruger J,et al.Isolation of viral IgG antibodies fromyolk of immunized hens.Immunol Commun,1980,9(6):475-478.   

 11 Akita EM,Nakai S.Immunoglobulins from egg yolks:Isolation andpurification.Journal of Food Science,1992,57:629-634.   

  12 Bizhanov G,Vyshniauskis G.A comparison of three methods for ex-tracting IgY from the egg yolk of hens immunized with Sendai virus.Vet Res Commun,2000,24(2):103-113.   

  13 De-Almeida CM,Quintana-Flores VM,Medina-Acosta E et al.Egg yolk anti-BfpA antibodies as a tool for recognizing and identifying enteropathogenic Escherichia coli.Scand J Immunol,2003,57(6):573-582.   

  14 Hensel T,Amberger VR,Schwab ME.A metalloprotease activity fromC6glioma cells inactivates the myelin-associated neurite growth in-hibitors and can be neutralized by antibodies.Br J Cancer,1998,78(12):1564-1572.   

  15 Yang J,Jin Z,Yu Q,et al.,The selective recognition of antibody IgY for digestive system cancers.Chin J Biotechnol,1997,13(2):85-90.

  16 Lee EN,Sunwoo HH,Menninen K,et al.In vitro studies of chicken egg yolk antibody(IgY)against Salmonella enteritidis and Salmonella typhimurium.Poult Sci,2002,81(5):632-641.   

  17 Smith DJ,King WF,Godiska R.Passive transfer of immunoglobulin Y antibody to Streptococcus mutans glucan binding protein B can confer protection against experimental dental caries.Infect Immun,2001,69(5):3135-3142.   

  18 林元藻,黄清松,李春梅,等.抗加特纳杆菌卵黄免疫球蛋白(IgY)的研究.广东药学院学报,2004,20(5):517-519.   

  19 聂荣庆,胡国柱,张进,等.抗SARS-CoV鸡卵黄免疫球蛋白的制备.中国生物制品学杂志,2004,17(6):398-399.    

  作者单位:100021北京,中国医学科学院实验动物研究所(Δ 通讯作者)

  (编辑:秋 实)

作者: 王婷宋怀燕 2006-8-19
医学百科App—中西医基础知识学习工具
  • 相关内容
  • 近期更新
  • 热文榜
  • 医学百科App—健康测试工具