医学免疫学研究方法

三、医学免疫学研究方法

医学免疫学是在总结人类同烈性传染病长期斗争的基础上诞生并发展起来的,是研究机体免疫系统组织结构及其识别并消除有害生物及其成分(体外入侵,体内产生)的应答过程及机制的科学;是研究免疫系统对自身抗原耐受,防止自身免疫病发生的科学;是研究免疫系统功能异常与相应疾病发病机制及其防治措施的科学。中医学理论体系的主要内容与现代免疫学具有密切关系,中医通过调整机体免疫功能,在治疗疾病方面有其自身的特点和优势。中医免疫学的研究不仅可促进中医药的现代化研究,同时也将大大丰富免疫学的研究内容,并可能成为中西医结合研究的重要桥梁学科之一,免疫学技术已成为当今生命科学,包括中医药基础理论、作用机制、疗效评价最常用的重要研究手段之一。

(一)抗原或抗体的检测

因抗原或抗体的检测既可评价免疫系统功能,也是评价其他各系统相关功能的状态及其变化情况,因此该技术已广泛应用于中医药基础理论、作用机制、疗效评价等。在抗原抗体反应中,可用已知抗体(抗原)检测未知抗原(抗体),并可根据需要选择定性或定量的测定方法主要应用包括:①用已知抗体检测各种病原微生物及其大分子产物等抗原的存在与否及其含量。②定性或定量检测体内各种大分子物质,如各种可溶性血型物质、细胞因子、激素、血清蛋白及肿瘤标志物等。③用已知抗体检测某些药物、激素和炎性介质等各种物质的含量变化等。④用已知抗原检测标本中相应抗体的含量,即可用于诊断相关疾病,也可评价中医药的疗效及其作用机制等。

抗原或抗体的检测方法

(1)凝集反应:主要可用于检测标本中细胞、细菌或表面带有抗原的乳胶颗粒等不溶性颗粒抗原。该类反应可检测到1μg/mL水平的抗体。

(2)沉淀反应:主要可用于检测标本中血清蛋白质、细胞裂解液或组织浸液等可溶性抗原,可测定抗体或抗原的灵敏度(最低浓度)为10μg/mL。

(3)免疫标记技术:用荧光素、同位素或酶标记抗体或抗原,用于抗原或抗体检测,是目前广泛应用的敏感、可靠的免疫分子检测方法。可用于定性、定量或定位检测。常用方法包括:①免疫荧光法,主要的研究技术包括免疫荧光显微技术、流式细胞术、荧光免疫测定等。后者又包括荧光偏振免疫测定法、时间分辨荧光免疫测定法、酶联荧光免疫测定法等。免疫荧光法应用包括用于检查细菌、病毒、螺旋体等的抗原或相应抗体,帮助传染病的诊断及病程发展评价;可用于检测肿瘤细胞、体细胞的CD分子表达水平及变化;可检测自身免疫病的抗核抗体等;可应用双标记法对同一标本进行荧光染色,对淋巴细胞等亚类鉴定起着巨大推动作用。②酶联免疫分析法,目前常用的方法有酶标免疫组化法和酶联免疫吸附法。前者测定细胞表面抗原或组织内的抗原;后者主要测定可溶性抗原或抗体。③放射免疫分析法(Radioimmunoassay RIA),常用于微量物质测定,包括多种激素(胰岛素、生长激、甲状腺素等)、维生素、药物、IgE等。④免疫印迹法,又称为Western blotting,该法能分离分子大小不同的蛋白质并确定其分子量大小。⑤化学发光免疫分析,常用于血清超微量活性物质的测定,如甲状腺素等激素。⑥免疫PCR,该法敏感性高于放射免疫,可达fg/mL水平,特别适合于体液中含量甚微的抗原或抗体的检测。

(二)免疫分子的研究方法

免疫系统包括免疫组织与器官、免疫细胞、免疫分子。免疫细胞的免疫效应、免疫信息的实现主要是通过免疫分子来执行的。因此免疫分子的检测对机体免疫状态等的评价至关重要。免疫分子主要包括免疫球蛋白、补体、细胞因子MHC分子、CD分子、黏附分子、模式识别受体(Toll样受体)等。例如Toll受体、“免疫检查点”分子CD152(CtLA-4)和PD-1的发现与研究分别荣获了2011年、2018年诺贝尔生理学或医学奖,对固有性免疫防御机制以及负性免疫调节治疗癌症等的研究提供了重要的思路与途径。

在中医药研究中,由于免疫分子是免疫细胞、免疫效应、免疫信息的主要执行者,而免疫调节作用是中医药防治疾病的重要机制之一,因此对免疫分子的检测是中医药研究中的重要指标。如免疫球蛋白存在于生物体血液、组织液和外分泌液中,可以与抗原的特异性结合,发挥中和毒素、阻断病原入侵、清除病原微生物或导致免疫病理损伤;同时可协同补体、自然杀伤细胞、巨噬细胞等清除免疫复合物、杀伤肿瘤细胞等,是机体发挥体液免疫功能主要成分之一。细胞因子在抗肿瘤、抗感染、抗排异反应自身免疫病治疗以及恢复造血功能等方面具有良好的应用前景,是当今免疫学研究最为活跃的领域之一。利用中医药影响细胞因子表达,可调节免疫应答的水平或改变免疫应答的类型治疗多种免疫相关性疾病收到良好的效果。

(三)免疫细胞的研究

参与免疫应答或与免疫应答相关的细胞统称为免疫细胞,是免疫系统主要组成部分及免疫应答的主要执行者,包括淋巴细胞、树突状细胞、单核/巨噬细胞、粒细胞、肥大细胞等。例如树突状细胞发现及其在获得性免疫中作用的研究荣获了2011年诺贝尔生理学或医学奖,研究成果对新型疫苗“治疗性疫苗”的研发,从而调动人体免疫系统对肿瘤发起“攻击”等奠定了基础。

针灸对机体细胞免疫功能的干预效应及其机制均已成为中医药药理学、毒理学及其临床效应评价的核心内容之一,中医学中“正气存内,邪不可干”的论述以及“扶正祛邪”法则,正虚者以扶正为主,邪实者以祛邪为先。研究表明,不少扶正固本方药对人体免疫系统具有调节作用,能够提高或改善虚证患者的免疫状态,经辨证施治或在某些单味方药的治疗下,对很多虚证疾病具有疗效,其机制与改善免疫有关。扶正固本的免疫调节作用可活化免疫细胞,包括T细胞、B细胞、NK细胞等,同时也加强了细胞上各种与免疫有关的受体的表达;也可激活巨噬细胞功能,加强其吞噬、处理、传递抗原的作用。

祛邪是清除病邪,恢复机体生理平衡而达到治疗的目的。近年来的研究发现,许多祛邪类药物能调整机体的免疫功能。常用于祛邪治疗的药物有清热解毒及活血化瘀类药物等,有抑制病理性免疫反应的作用,对某些超敏反应性疾病和自身免疫性疾病有较好的疗效。过去只注意到清热解毒药的抗菌抗病毒作用,现发现此类药物也能调节免疫作用。在免疫调节方面一方面能抑制过高的免疫反应而显疗效,另一方面可通过清除病邪对人体正常生理功能的干扰后,即能恢复正气而达到免疫平衡状态,所以祛邪治疗也可增强免疫作用,正如中医学认为的“邪去正自安”,且多数具有双向调节作用,这也已成为近年来中医药免疫学研究的热点。

1.免疫的分离与细胞分析技术

(1)淋巴细胞的分离:体外检测淋巴细胞首先需制备外周血单个核细胞(Peripheral blood mononuclear cell,PBMC),包括了淋巴细胞和单核细胞,常用的方法是葡聚糖-泛影葡胺(又称淋巴细胞分离液)密度梯度离心法。用该法去除红细胞、粒细胞等成分后,即为PBMC,分离纯度可达95%。还可以用免疫荧光法等通过检测淋巴细胞的某些表面标志,可确定细胞的不同类型和比例。常用的分离方法有免疫荧光法、磁珠分离法、流式细胞术等。

(2)细胞分析技术:细胞工程和细胞分析技术极大地促进了免疫学进展,例如,杂交瘤技术以及T细胞克隆的建立为制备单克隆抗体及证实特异性肿瘤抗原奠定了基础;胚胎造血干细胞培养与定向分化技术的完善,使得有可能深入研究免疫细胞分化、发育及其调控;细胞分离技术(如流式细胞分选、激光显微切割仪、免疫磁性微球等)和显微观察、分析技术(如流式细胞术、激光共聚焦显微镜、隧道扫描显微镜、计算机成像与图像分析技术等)为分析特定细胞群或单一细胞生物学特征提供了工具。

2.免疫细胞功能测定

(1)T细胞功能测定:

T细胞增殖试验:植物血凝素(PHA)、刀豆蛋白A(ConA)等丝裂原及抗CD单克隆抗体等能非特异地激活培养的T细胞,使细胞DNA、RNA、蛋白质的合成增加,细胞形态改变,即转化为淋巴母细胞,最终细胞分裂,包括3H-TdR掺入法、MTT法等。T细胞增殖试验也可检测特异抗原致敏的T细胞在培养细胞中加入特异性抗原,则只有该抗原特异的T细胞发生增殖反应,从而反映机体特异的细胞免疫功能。

细胞毒试验:CTL、NK细胞对靶细胞有直接杀伤作用,可根据待检效应细胞的性质,选用相应的靶细胞,如肿瘤细胞、移植供体细胞等该试验用于肿瘤免疫、移植排斥反应、病毒感染等方面的研究。51Cx释放法:用标记靶细胞,若待检效应细胞能杀伤靶细胞,则51Cr从靶细胞内释出。以y计数仪测定释出的SC放射活性,靶细胞溶解破坏越多,51Cx释放越多,上清液的放射活性越高用公式可计算出待检效应细胞的杀伤活性。

细胞因子检测:细胞因子的检测有助于了解其在免疫调节中的作用,鉴定分离的淋巴细胞,监测某些疾病状态的细胞免疫功能。例如根据培养的CD4细胞分泌的细胞因子确定细胞亚群,产生-2、ifN-y者为Th1,产生-4、-10者为Th2;艾滋病患者112水平明显降低,而类风湿性关节炎、多发性硬化、移植排斥反应等患者则升高。

皮肤试验:正常机体建立了对某种抗原的细胞免疫后,用相同抗原作皮肤试验时即出现以局部红肿为特征的迟发型超敏反应。细胞免疫正常者出现阳性反应,而细胞免疫低下者则呈阴性反应。皮肤试验方法简便,可帮助诊断某些病原微生物感染(结核杆菌、麻风杆菌)、免疫缺陷病等。皮肤试验常用的生物性抗原常从病原体中提取,如结核菌素、链激酶-链道酶、念珠菌素、麻风菌素、腮腺炎病毒等。

(2)B细胞功能测定:

B细胞增殖试验:B细胞受丝裂原刺激后,进行分裂增殖,温育一定时间后检查抗体形成细胞的数目。小鼠B细胞可用细菌脂多糖为刺激物,人则用含有金黄色葡萄球菌蛋白A(SPA)的金黄色葡萄球菌菌体及固相抗IgM抗体刺激。

抗体形成细胞测定:常用溶血空斑试验,即测定对SRBC上的抗原产生的抗体形成细胞数目。其基本原理是抗体形成细胞分泌的Ig与SRBC上的抗原结合,在补体参与下,出现溶血反应。

吞噬细胞功能测定:人吞噬细胞功能试验常用中性粒细胞。用外周血单个核细胞出现溶血反应。分离的方法,收集红细胞上层即为中性粒细胞。吞噬功能测定可选用硝基蓝四唑试验和光标记物试验等;趋化功能测定实验方法有Boyden小室法、琼脂糖凝胶法及过氧化物酶测定法等。