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牛乳铁蛋白多克隆抗体的制备、纯化及定量检测

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动物营养学报2018,30(1):100—106 Chinese Journal of Animal Nutrition doi:10.3969/j.issn.1006-267x.2018.01.014 牛乳铁蛋白多克隆抗体的制备、纯化及定量检测 王建郝丽媛魏婧雅孙鹏 (中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,动物营养学国家重点实验室,北京100193) 摘要:本试验旨在制备高纯度和特异性的牛乳铁蛋白多克隆抗体,为鉴定并定量检测牛奶样 品中及奶牛乳腺组织中合成的乳铁蛋白提供试验材料。选用4只健康新西兰大白兔,初次免疫 乳铁蛋白4周后进行加强免疫,每2周加强免疫1次,待血清达到抗体效价后,对兔进行心脏采 血并分离血清,利用饱和硫酸铵法和蛋白A树脂纯化抗体,十二烷基硫酸钠一聚丙烯酰胺凝胶电 泳(SDS—PAGE)和免疫印迹(Western—blot)法分别用于鉴定纯化后抗体的纯度和特异性。测定 纯化后抗体效价,并绘制抗体抑制曲线。最后利用所得抗体对市售液态奶、奶牛乳腺组织匀浆 液、奶粉样品中的乳铁蛋白进行定量检测。结果表明,本试验制备的兔抗牛乳铁蛋白多克隆抗 体纯度较高、特异性较强,抗体浓度为l1.02 mg/mL,效价达到l:128 000;采用该抗体测定的乳 腺组织样品中乳铁蛋白浓度为16.13 lxg/g,液态奶中接近于0 I.zg/g,奶粉中为5.28 抗牛乳铁蛋白多克隆抗体,可以用于牛奶等产品的乳铁蛋白鉴定。 关键词:乳铁蛋白;多克隆抗体;抗体纯化 g。总 之,本试验采用经过饱和硫酸铵法和蛋白A树脂2步纯化后得到了纯度较高、特异性较强的兔 中图分类号:¥852.2 文献标识码:A 文章编号:1006—267X(2018)01—0100—07 酶联免疫吸附测定(enzyme—link immunosor— bent assay,ELISA)方法是检测特定蛋白质的有效 近年来,人们对乳品质的要求越来越高,乳蛋 白作为衡量乳品质的重要指标,其合成的营养调 控已经成为奶牛营养学研究的热点。乳铁蛋白 (1actoferrin,Lf)也称为乳运铁蛋白,是牛奶中重要 生物活性物质之一,具有调节铁吸收,广谱抗细菌 感染的作用 i-2],可以调节机体免疫反应,还具有 方法,具有快速、灵敏、简便、载体易于标准化等优 点。ELISA方法结合十二烷基硫酸钠一聚丙烯酰 胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate—polyacrylamide gel electrophoresis,SDS—PAGE)可用于针对特定抗 抗氧化、抗癌、抗病毒等作用 J。乳铁蛋白在初乳 中浓度较高,人初乳中浓度为6~8 mg/mL;奶牛 初乳中浓度为l~2 mg/mL;而在常乳中浓度较 原的定性和定量检测。利用此种方法检测生鲜乳 及乳制品中的乳铁蛋白浓度需要用到相应的乳铁 蛋白抗体,而Sigma公司出售的商品化抗体价格 低,人常乳中浓度为1~2 mg/mL,奶牛常乳中浓 度为0.02~0.35 mg/mL。由于人乳来源有限,因 昂贵,不适合大批量样品检测。因此,本试验通过 免疫新西兰大白兔来制备兔抗牛乳铁蛋白多克隆 抗体,旨在为研究奶牛乳铁蛋白的合成提供 有效的试验材料。为得到纯度较高、特异性较强 的抗体,通过饱和硫酸铵法和蛋白A树脂对抗血 清进行纯化,纯化后得到的抗体用ELISA方法测 定其效价以及与乳铁蛋白的抑制率,以期为定量 此牛奶即成为人们获取乳铁蛋白的最直接途径。 为检测牛奶与乳制品中乳铁蛋白的浓度,有效降 低牛奶加工过程中造成的损失,需要建立一种快 速、准确的方法测定生鲜乳及乳制品中乳铁蛋白 的浓度 收稿日期:2017—06—12 基金项目:国家重点研发计划(2016YFD0500507);中国农业科学院科技创新工程(ASTIP—IAS07);国家高层次人才特殊支持计划 作者简介:王通信作者:孙建(199O一),女,山东潍坊人,硕士研究生,从事反刍动物营养研究。E—mail:wangjian一1884@163.corn 鹏,副研究员,硕士生导师,E—mail:sunpeng02@caas.cn 1期 王建等:牛乳铁蛋白多克隆抗体的制备、纯化及定量检测 101 检测牛奶中以及奶牛乳腺中合成的乳铁蛋白提供 有效研究材料。 1材料与方法 1.1试验材料 试验材料包括乳铁蛋白标准品(美国Sigma 公司,纯度≥85%)、弗氏完全佐剂(美国Sigma公 司)、弗氏不完全佐剂(美国Sigma公司)、蛋白A 树脂(美国Genscript公司)、羊抗兔辣根过氧化物 酶标记的免疫球蛋白G(immunoglobulin G—horse— radish peroxides,IgG—HRP)(武汉博士德生物工程 有限公司)。乳腺组织样品采自中国农业科学院 北京畜牧兽医研究所昌平试验基地;液态奶样品 为市售超高温灭菌乳;奶粉样品为市售品牌普通 奶粉。 1.2试验动物及饲养管理 试验选取4只健康纯种新西兰大白兔,单笼 饲养,每日饲喂颗粒饲料(饲料中不含酪蛋白),自 由采食和饮水。饲养前对兔舍进行彻底清扫和消 毒,待兔适应饲养环境l周后,耳缘静脉采血,测 定其血清是否与乳铁蛋白有反应,血清与乳铁蛋 白无反应性的合格兔子按免疫程序进行免疫。 1.3免疫程序及抗血清的制备 乳铁蛋白抗血清的制备参考You等 的方 法。试验第l周,将弗氏完全佐剂与乳铁蛋白溶 液等比例乳化完全后,采用皮下多点注射法,每只 兔注射l mL乳化液(含500 txg乳铁蛋白),4周 后,同样方法背部皮下多点注射经弗氏不完全佐 剂乳化完全的乳铁蛋白(含250 txg乳铁蛋白),以 后每2周重复1次,每次免疫后的第7天耳缘静脉 采血,ELISA方法检测抗血清效价。第4次免疫 后的第7天进行心脏采血。待血液凝结后,于 940xg离心20 min,取上清液分装后置-80 oC保存 备用。 1.4饱和硫酸铵法纯化抗血清 饱和硫酸铵纯化参考庞学燕等 的方法配 制,取500 L血清加入等体积的磷酸盐缓冲液 (phosphate-buffered saline,PBS)(0.01 mol/L,pH 7.4),冰浴下逐滴加入250 L饱和硫酸铵溶液, 旋涡混匀,4℃静置30 rain,4℃、1 550 xg离心 15 rain,取上清液。在上清液中逐滴加入l 000 L 饱和硫酸铵溶液,旋涡混匀,4℃静置30 min,离心 弃上清液。沉淀用500 PBS溶解,在溶液中逐 滴加入250 L饱和硫酸铵溶液,边加边搅拌,4℃ 静置30 min,4℃离心,保留沉淀。沉淀继续用 PBS溶解,滴加饱和硫酸铵溶液,静置,离心,保留 沉淀。将沉淀溶于PBS中,装入透析袋中4℃透 析过夜。 1.5 蛋白A树脂纯化抗血清 参考庞学燕等 的方法,采用蛋白A树脂纯 化抗血清。向纯化柱中加入l mL结合/洗涤缓冲 液,将1 mL混匀的蛋白A树脂加入柱中,再向柱 中加入5 mL结合/洗涤缓冲液以平衡柱子,流速 约1 mL/min。将结合/洗涤缓冲液稀释后的血清 样本加入柱中,保持流出速度约为l mL/min。用 30 mL结合/洗涤缓冲液冲洗柱子并使缓冲液流出 速度约2 mL/min,用15 mL洗脱缓冲液洗脱抗 体,保持洗脱液流速约1 mL/min。将含有抗体的 洗脱液收集到含平衡缓冲液的烧杯中以中和洗脱 液pH至7.4。洗脱出来的抗体溶液装入透析袋中 4℃透析过夜。 1.6 SDS—PAGE鉴定纯化后抗体纯度 配制12%的分离胶和5%的浓缩胶,取80 L 抗体样品与20 L 5×上样缓冲液混匀,在沸水中 煮沸5 min。每孔上样12 L,电压调为80 V开始 电泳(PowerPac 3000型电泳仪,美国Bio.Rad公 司),当指示染料进入分离胶后,将电压调至 120 V,继续电泳直至染料抵达距分离胶下端约 1 cm处停止电泳,固定液固定,考马斯亮蓝染色, 脱色液脱色,直至条带清晰可辨,用凝胶成像系统 拍照观察。 1.7 ELISA方法检测纯化后抗体的效价 抗体效价的检测采用ELISA方法 J。将乳铁 蛋白标准品用包被液稀释至0.31 Ixg/mL,每孔 100 L包被酶标板,4℃过夜,并用PBS做阴性对 照,次日弃去孔内液体,每孔加入200 L封闭液 [1%卵清白蛋白(OVA)],置37℃恒温箱1 h,倾 去液体后,用磷酸盐吐温缓冲液(phosphate.buff- ered saline tween,PBST)洗涤4次,每次静置3 min 后迅速倾去洗涤液,拍干。取不同稀释度 (1:2 000、l:4 000、l:8 000、l:16 000、1:32 000、 l:64 000和1:128 000)的纯化后抗体,每个稀释度 3个重复,37℃温育1 h,然后倾去液体,PBST洗 涤,倾去液体,拍干。每孔加100 L按1:5 000稀 释的羊抗兔IgG—HRP抗体,37℃温育1 h,PBST 洗涤,倾去液体,拍干。每孔加入100 L新鲜配 动物营养学报 制的四甲基联苯胺(TMB)底物溶液室温孵育 20 min。每孔加入50 L终止液(2 moVL硫酸), 5 min后在酶标仪上测定450 nm下的吸光度 (OD )值。若待测孔OD 。 值大于或等于阴 性对照孔的2.1倍,即认为是阳性值,从而得出抗 体的效价。 1.8乳铁蛋白的测定工作曲线 用竞争性ELISA测定抗体与乳铁蛋白之间的 抑制率 J。将抗体作适当浓度稀释后,以等体积 分别与系列倍比稀释(40 000、20 000、10 000、 5 000、2 500、l 250、625、312.5 ng/mL)的乳铁蛋 白混匀后,室温反应15 rain。然后加至已包被处 理的酶标板中。其余步骤同1.7。根据OD 值 绘制标准曲线,计算抗体与乳铁蛋白的抑制率。 1.9乳腺组织及乳制品中乳铁蛋白浓度的测定 将从屠宰场采集的奶牛乳腺组织样品迅速放 入液氮保存。测定时,将乳腺组织样品取出后,倒 入液氮进行研磨,称取一定量乳腺组织样品,充分 溶解于5倍体积的PBS中,同时加入放射免疫沉 淀测定裂解液(radio immunoprecipitation assay,RI— PA)和蛋白酶抑制剂,12 000xg离心10 mim跚髂∞ n,取上 船 ∞ 嚣 清液,用二辛可酸(BCA)蛋白质浓度测定试剂盒 检测待检样品中总蛋白质的浓度。取1 mL液态 奶,加入蒸馏水进行稀释后,3 000xg离心10 rain, 去除上层脂肪。加入l mol/L稀盐酸调节pH为 4.6,去除酪蛋白,得到乳铁蛋白粗品。取3 g奶粉样 品,加水定容至100 mL,离心去除脂肪和酪蛋白后, 得到乳铁蛋白粗品。利用乳铁蛋白测定工作曲线,检 测乳腺组织、液态奶及奶粉中乳铁蛋白的浓度。 1.1O 免疫印迹法(Western-blot)鉴定纯化后 抗体特异性及反应性 将乳铁蛋白纯品溶于PBS中,奶牛乳腺组织、 液态奶和奶粉前处理方式同1.9。以总蛋白质浓 度作为SDS—PAGE上样量依据,配制12%分离胶 和5%浓缩胶,对乳铁蛋白纯品、奶牛乳腺组织、液 态奶和奶粉样品进行电泳,电泳结束后将蛋白质 转移到预先用甲醇活化的聚偏二氟乙烯膜(poly— vinylidene dilfuoride,PVDF)上,利用0.5%的鸡血 清进行封闭,将乳铁蛋白多克隆抗体溶液按 l:6 000稀释后,室温孵育2 h,PBST洗后加入羊 抗兔辣根过氧化物酶标记IgG抗体(1:5 000稀 释),PBST洗膜,二氨基联苯胺(DAB)显色剂显 色后扫描结果。 2结果与分析 2.1 乳铁蛋白多克隆抗体纯度 SDS—PAGE结果如图l所示,经过饱和硫酸铵 法和蛋白A树脂2步纯化后得到的乳铁蛋白多克 隆抗体重链清晰可见,表明通过纯化得到了纯度 较高的乳铁蛋白抗体。 1:蛋白质分子质量标准;2:纯化后的多克隆抗体。 1:protein molecular weight standard;2:purified poly— clonal antibodies. 弱 ¨u 图1纯化后多克隆抗体的电泳图 Fig.1 Electrophoresis of purified polyclonal antibodies 2.2乳铁蛋白多克隆抗体效价 用BCA蛋白质浓度测定试剂盒测得乳铁蛋 白多克隆抗体浓度为l1.02 mg/mL。图2为多克 隆抗体的效价曲线,抗体经过纯化以后,ELISA方 法检测抗体的效价为l:128 000。 2.4 O.4 0 2 000 22 000 42 000 62 000 82 000 102 000 122 000 抗体的稀释度Dlution ofantibody 图2兔抗牛乳铁蛋白多克隆抗体效价曲线 Fig.2 The curve of rabbit anti—bovine lactoferrin polyclonal antibody titer S2 1期 王建等:牛乳铁蛋白多克降抗体的制备、纯化及定fi}检测 2.3抗体与乳铁蛋白的抑制率 抗体与乳铁蛋白的抑制率见图3,抑制抗原与 抗体结合50%时乳铁蛋白的浓度(IC )为 24.55 i ̄g/mL。测检出限时,乳铁蛋白设l0个浓 度梯度,从l 000 g/mL起始2倍等比稀释到 1.95 i.tg/mL,每个浓度设6个重复,线性范围ll~ 40 btg/mL,检出限为l1.48 ixg/mL。 l。0 1.】 I_1 4.3 4.1 1.S 4.6 乳铁蛋白浓度的常用对数 Common logarithm of lactoferrin concentration 图3抗体与乳铁蛋白的抑制率 Fig.3 Inhibition rate of antibody and lactoferrin 2.4乳腺组织及乳制品中乳铁蛋白浓度的测定 利用工作曲线测定乳腺组织样品及乳制品中 乳铁蛋白浓度,测得5份乳腺组织样品中乳铁蛋 白浓度范围在14.72一l8.64 txg/g,平均值为 l6.13 txg/g,相对标准偏差为¨.05%,液态奶中乳 铁蛋白浓度接近于0 I ̄g/g,奶粉中乳铁蛋白浓度 范围为4.9l~5.73 Ixg/g,平均值为5.28 I.tg/g,相 对标准偏差为6.42%。 2.5乳铁蛋白抗体特异性 Western—blot结果如图4所示,纯化后的抗体 能够与乳铁蛋白标准品专一性结合,表明得到的 抗体能够特异性识别乳铁蛋白。 图5显示,纯化后的抗体与奶牛乳腺组织中 提取的乳铁蛋白具有反应性,同时对奶粉中的乳 铁蛋白也有特异反应性,可用于检测奶牛乳腺组 织和乳制品中的乳铁蛋白。途中条带的粗细可初 步反映样品中乳铁蛋白浓度的差异,由图可以看 出,奶粉中乳铁蛋白浓度高于乳腺组织及液态奶 样品 M M:蛋白质分子质量标准;1~2:乳铁蛋门。 M:protein molecular weight standard;l to 2:lacto一 图4 Western.blot法鉴定乳铁蛋白抗体特异性 Fig.4 Identiifcation of lactoferrin antibody speciifcity by Western—blot method ku M ()() 75 豢 M:蛋[j质分了质地标准;1:液态奶样【 2~3:乳腺组 织样品;4:奶粉样品 M:protein molecular weight standard:l:liquid milk sample;2 to 3:breast tissue sample;4:milk powder sample. 图5 Western-blot法鉴定奶牛乳腺组织及 乳制品中提取的乳铁蛋白与抗体的反应性 Fig.5 Identiifcation of the reactivity between lactoferrin extracted from mammary gland tissues and milk products of dairy COWS and antibodies by Western—blot method 3讨 论 牛奶中含有多种生物活性物质,例如抗毒素、 抗细菌和抗病毒以及刺激免疫系统的成分。其 中,乳铁蛋白即是一种多功能蛋白质,具有与铁元 素结合的特性,不仅可以促进铁的吸收,同时兼具 抗细菌、抗病毒、抗真菌、抗炎症、抗氧化和免疫调 控等作用 ‘‘~ 。Habing等 ” 研究发现,乳铁蛋白 还可以降低断奶前腹泻犊牛的死亡率。目前针对 乳铁蛋白的检测方法主要有高效液相色谱法 ’ 、 放射免疫扩散法… 以及ELISA方法 13]等。 104 动物营养学报 30卷 高效液相色谱法利用色谱柱根据样品分子质 性对照的吸光度值之比大于2.0的最大的抗体稀 释度。本试验中的多克隆抗体血清来自4只用乳 量的差异分离蛋白质,其测定结果准确可靠,精密 度高,重复性好;但仅适合于高纯度样品测定,如 果样品中乳铁蛋白浓度较低时,由于乳铁蛋白与 其他杂蛋白质分子质量相近,在凝胶色谱上的保 留时间相近,很难将各组分区分开,进而影响定量 铁蛋白免疫的新西兰白兔。在血清稀释倍数最大 为128 000时,仍然为阳性反应,证明最终的抗体 效价为1:128 000。Western blot法证明本试验中 制备的多克隆抗体与乳铁蛋白标准品可特异性结 合,且可用于检测奶牛乳腺组织中以及奶粉中的 乳铁蛋白。本试验中奶牛乳腺组织、市售液态奶 及奶粉样品中的乳铁蛋白检测结果不尽相同,证 结果_1 。且高效液相色谱法需要的仪器较为昂 贵。龚广予等 利用放射免疫扩散法检测婴幼儿 配方奶粉中的乳铁蛋白,利用抗原抗体反应形成 沉淀带的原理计算乳铁蛋白浓度,准确性稍差。 而ELISA方法操作相对简便,准确性好,对于乳及 乳制品中浓度相对较低的乳铁蛋白而言,该方法 灵敏度高,且对样品纯度要求不高,检测限较低, 适合于乳铁蛋白的检测 。因此,制备乳铁蛋白 抗体是目前检测牛奶及奶牛乳腺中合成的乳铁蛋 白的优选措施。与普通抗血清相比,特异性抗体 的制备要求对相应抗血清进行纯化,其制备步骤 更为复杂,但抗体的效价相对较高。针对牛奶中 的多种生物活性蛋白质,已经得到了包含兔抗牛 B一酪蛋白、O ̄S--酪蛋白和K一酪蛋白以及乳铁蛋白 等的抗血清 增J,早期沈新义等 利用乳铁蛋白 免疫家兔得到的抗血清效价仅为1:10 000,李 岩 剐利用乳铁蛋白免疫新西兰大白兔和高产罗曼 蛋鸡,得到的抗血清效价仅为1:48 000,与本试验 中特异性抗体的效价相差甚远。 以往研究中针对抗体的纯化方法多为单一纯 化方法,常见的有盐析法、离子交换层析法和亲和 层析法等。盐析法利用蛋白质在高浓度盐溶液中 形成沉淀的原理分离纯化蛋白质,离子交换层析 法利用离子交换树脂与蛋白质的选择性结合而分 离蛋白质,而亲和层析法则是利用蛋白质与介质 中配基的特异结合而分离纯化蛋白质。由于以上 方法的原理不尽相同,其纯化抗体后的纯度也相 差甚远,例如,通过饱和硫酸铵盐析法得到的抗体 纯度一般在75%左右,而利用亲和层析法纯化后 的抗体纯度可达90%以上_4 J。本试验中在分析比 较了前人所用方法的基础上,先后通过饱和硫酸 铵法和蛋白A树脂2种方法纯化了抗体,经SDS— PAGE电泳后看到抗体条带清晰,且纯度较好,抗 体浓度为l1.02 mg/mL。 抗体滴度,即抗体效价,用抗体的稀释倍数表 示,是指某一抗体经稀释后能与抗原结合并出现 可见反应的最高稀释倍数;或者是稀释抗体和阴 明不同样品中该物质浓度有所差异。研究表明, 乳铁蛋白由机体外分泌腺分泌,主要存在于乳汁 中,同时在泪液、唾液、血浆、胆汁、胰液和嗜中性 粒细胞中也有存在_2 。其在初乳中浓度最高,常 乳次之,而本试验中检测到其在奶粉样品中浓度 稍高,证明奶粉中可能含有外源添加的乳铁蛋白。 由于乳铁蛋白具有多种生物学功能,有利于人体 健康而无毒副作用,目前已成为允许在婴幼儿配 方奶粉以及食品中添加的物质之一_2 。本试验中 液态奶中乳铁蛋白浓度偏低可能与其加工储存方 式有关。通过利用本试验中制备的抗体检测不同 样品中乳铁蛋白浓度的差异结果表明,该抗体可 有效反映样品中乳铁蛋白的浓度。 4 结 论 本试验通过免疫新西兰大白兔成功制备了纯 度较高、特异性较强的兔抗牛乳铁蛋白多克隆抗 体,抗体浓度为l1.02 mg/mL,效价达到 l:128 000,该多克隆抗体可以与乳铁蛋白特异性 结合,可用于定性鉴定和定量检测牛奶中以及奶 牛乳腺合成的乳铁蛋白,为后续奶牛乳铁蛋白合 成的研究工作的开展奠定了基础。 参考文献: f 1] KIECKENS E,RYBARCZYK J,BARTH S A,et a1. 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