抗体(antibody)最早是由德国科学家埃米尔·阿道夫·冯·贝林和日本科学家北里柴三郎共同发现的。1890年,他们发现,将感染破伤风杆菌的兔子血清注入小鼠体内,可以使小鼠免受破伤风杆菌以及破伤风毒素的侵害(BehringE,KitasatoS.überdasZustandekommenderDiphtherie-ImmunittundderTetanus-ImmunittbeiThieren.DtschMedWochenschrift.1890,49:1113–1114.英译版Themechanismofimmunityinanimalstodiphtheriaandtetanus)。标志着抗毒素研究(antitoxin)这一新领域的诞生,开创了体液免疫,是现代免疫学的开创性工作。贝林和北里证明在不含细胞的血清中含有起免疫作用的物质:抗毒素。也就是现在生物医学领域熟悉的抗体。
同年,贝林又给豚鼠注射了灭活的白喉杆菌和白喉毒素,发现豚鼠的血清也具有了抗白喉杆菌和白喉毒素的保护性(BehringE.UntersuchungenueberdasZustandekommenderDiphtherie-ImmunittbeiThieren.DtschMedWochenschrift.1890,50:1145–1148.),并因此获得第一届诺贝尔生理学或医学奖。
侧链学说
抗体是一种蛋白质
抗原-抗体结合学说
抗休属于γ球蛋白
抗原与抗体结构互补性原理
免疫荧光抗体标记技术
佐剂的发明
1942年,朱尔斯·弗罗因德和凯瑟琳·麦克德莫特发明了佐剂(Freund,J.,McDermott,K.Sensitizationandantibodyformationafterinjectionoftuberclebacilliandparaffinoil.ProceedingsoftheSocietyforExperimentalBiologyandMedicine,1942,50(3),525-530.)。即由温和的抗原和无菌的矿物油(包括马铃薯油和水合氧化铝)混合而成的混合物。作者认为佐剂能够提高动物对抗原的免疫反应,使其产生持久的免疫力,并且这个方法在实验室动物和临床实践中都得到了很好的应用。
免疫球蛋白IgM
抗体的生产工厂浆细胞
1948年,阿斯特丽德·法戈瑞奥司(AstridFagraeus)发现了B淋巴细胞的其中一种形式浆细胞是抗体的生产工厂(FagraeusA.ThePlasma-CellReactionandItsRelationtotheDevelopmentofAntibodies.CarnegieInstituteofWashingtonYearBook.1948,47:115–119.)。他发现,B淋巴细胞是免疫系统中的重要细胞类型能够识别和应对来自病原体的抗原。细胞免疫和体液免疫是两种不同但相互协调的免疫机制。浆细胞是B淋巴细胞分化之后的终末状态,它们可以合成和分泌大量的抗体。抗体的合成和分泌是一种高度调控的过程,在体内应对病原体时起到重要的免疫防御作用。这项成果为免疫学的发展和抗体工程技术的出现打下了基础,具有重要意义。
指明解析抗体结构的方向
克隆选择理论
1957年FrankBurnet和DavidTalmage发展了克隆选择理论(Burnet,F.M.,&Talmage,D.W.Theclonalselectiontheoryofacquiredimmunity.Nature,1957,180(4588):553-554.)。根据这一理论,人体的免疫系统是由许多不同种类的淋巴细胞组成的。当人体接触到外来的抗原时,只有那些与抗原特异性匹配的淋巴细胞才会被选择出来进行增殖和分化,生成大量克隆细胞,以便于消灭抗原。这些特异性克隆细胞在攻击抗原的同时,还会留下一些记忆细胞,以备再次遇到相同的抗原时能够更快地做出反应。这一理论在当时的免疫学界引起了轰动,并被认为是解释免疫系统工作方式的重要理论之一。
免疫球蛋白IgA
抗体结构的研究
1959年,GeraldMauriceEdelman(Edelman,GM.Thespecificantibodyresponse:aminoacidsequenceofthesiteofattachmentofthehaptenstobovineserumalbumin".JournalofExperimentalMedicine,1959,109(1):69–83.)和Porter(Porter,RR.Press,EM.Thelocalizationofthegroup-specifichaemolyticactivityincomplement".BiochemicalJournal,1959,73(1):119–28.)的研究揭示了抗体的结构和功能,这为了解人类免疫系统的机制和发展抗体药物提供了基础。他们发现抗体由两个类型的蛋白质组成:重链和轻链。此外,他们鉴定了重要的免疫反应区域,称之为抗原结合部位(antigen-bindingsite),它们能够识别和结合到入侵生物体的病原体。这些成果为后来的免疫学和抗体药物的研究提供了依据,对于治疗许多疾病,如免疫缺陷病毒(HIV)感染、癌症和自身免疫性疾病都产生了深远的影响。为了表彰他们对抗体结构的研究,于1972年共同获得了诺贝尔生理与医学奖。
放射免疫方法
1960年,美国RosalynYalow开始用放射免疫方法测定血液中胰岛素含量(YalowRS,BersonSA.Immunoassayofendogenousplasmainsulininman[J].ClinInvest,1960,39(1):1157-1175)。这篇论文详细描述了用放射免疫测定血液中胰岛素含量的方法,并且在人体实验中进行了验证。作者认为这种方法的精度和灵敏度很高,能够准确测定血液中胰岛素的含量。这篇论文标志着第一次用放射免疫方法成功地确定了人体中胰岛素的含量。1977年,获诺贝尔生理学与医学奖。
免疫球蛋白IgD
免疫球蛋白IgE
1966年日本学者Ishizaka和同事发现IgE免疫球蛋白(IshizakaK,IshizakaT,HornbrookMM.Physico-chemicalpropertiesofhumanreaginicantibody.IV.Presenceofauniqueimmunoglobulinasacarrierofreaginicactivity,JImmunol,1966,97(1):75-85.)。他们发现,IgE是一种轻链分子量为67,000的鳞状细胞免疫球蛋白,它是导致变态反应的一种关键因子。他们使用同种异体吸附技术研究了人体中的抗原特异性IgE,并提出了目前所有IgE测定方法的基础,包括免疫荧光法、酶联免疫吸附试验(ELISA)和放射免疫测定法(RIA)。这项发现和研究为后来的病理学和临床实践提供了有关变态反应、变态反应性疾病和过敏性疾病的新洞察。由于IgE与呼吸道过敏反应的关系,这项研究对过敏性疾病的诊断和治疗有着重要的临床意义。
酶联免疫吸附测定法
荧光激活细胞分离技术
1972年,斯坦福大学的LenHerzenberg’s实验室发明了荧光激活细胞分离技术(HerzenbergLA,ParksD,SahafB,etal.Geneticsandthepurificationofcellularsubsetsbyfluorescence-activatedcellsorting.Science,1972,175(4024):720-4)。FACS是一种利用流式细胞仪和荧光染料分离、分析和纯化细胞的技术。该技术可以通过单个细胞的荧光反应特性对它们进行识别和排序。这项技术极大地改善了细胞和单克隆抗体的分析和应用,也为癌症研究和免疫治疗等领域提供了新的工具。早在发明FACS之前,VanDilla等人已经使用荧光染料,通过流式细胞仪对淋巴细胞测量酸碱度进行了探究。这项技术展示了荧光检测的潜力以及与流式细胞仪的结合,可以使得细胞的特性更加准确地被测量和分析。在FACS的开发过程中,Herzenberg小组改进了流式细胞仪的硬件,特别是在荧光检测方面。同时,他们也开发了配套的软件,以帮助对大量数据进行分析和可视化。这使他们能够追踪单个细胞,并将细胞根据其荧光特征进行排序和筛选,这是一项重大的技术进展。
单克隆抗体
抗体多样性的遗传学原理
第一个单克隆抗体公司
1978年,HybriTech公司成为第一个单克隆抗体公司,该公司利用鼠标细胞和人类癌细胞相混合的技术,成功地制造出了多种单克隆抗体,这一技术的问世开创了单克隆抗体制备领域的新纪元,引起了生物技术和药物研发领域的重大创新。
Westernblotting技术诞生
1979年,HarryTowbin发明了Westernblotting技术(Towbin,H.,Staehelin,T.,Gordon,J.Electrophoretictransferofproteinsfrompolyacrylamidegelstonitrocellulosesheets:procedureandsomeapplications.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,1979,76(9):4350-4354.)。Westernblotting技术是一种用于检测蛋白质的方法,可以确定蛋白质的大小,检测其存在并检测其浓度,这对于分析分子生物学和遗传学中的许多问题至关重要。Westernblotting技术使得研究人员可以比以往更准确地了解蛋白质的表达和功能,从而扩大了分子生物学和遗传学领域的研究范围。
第一个磷酸化特异性单抗
1982年,AngusNairn等人制备出第一个磷酸化特异性单抗(Nairn,A.C.,Palfrey,H.C.,Ck,K.L..PurificationandidentificationoftheCa2+/calmodulin-dependentproteinkinaseIIIinratbrain.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,1982,79(23):7489-7493.)。可以用于检测磷酸化蛋白质以及磷酸化的位置,对于分析信号转导和蛋白质磷酸化等生命科学研究具有重要意义。通过制备磷酸化特异性单克隆抗体,生命科学研究人员可以更加准确地研究蛋白质磷酸化的功能和调节机制,为生物医学研究提供了更加精准的工具和技术支持。
胶体金试纸条
1984年,Armstrong,E.G.介绍了利用hCG抗体制备胶体金试纸条进行早孕检测的方法(Armstrong,E.G.,Bischof,J.J.,Boni,L.T.,Huen,M.S.Pregnancytestingbyhomogeneousenzymeimmunoassay:comparisonwithimmunoradiometricassayandlatexagglutinationinhibition.Clinicalchemistry,1984,30(9):1564-1568.)。该方法将hCG抗体固定在薄膜上,形成膜结构。当检测液中存在妊娠所需的hCG时,hCG分子将与固定在薄膜上的抗体发生结合反应。这一反应会导致胶体金颗粒聚集在抗原-抗体复合物周围,产生可见的线条信号,用于诊断早孕。对于早期孕产妇的卫生保健和临床诊断有着重要的意义。胶体金试纸条以其简单、快速、便携等显著特点而被广泛应用于临床孕产妇卫生保健中,此研究开辟了hCG抗体在胶体金试纸条检测中的应用,为该技术在临床诊断中的推广提供了基础。
噬菌体展示抗体发现技术
1985年,Smith首次将编码多肽序列的外源DNA片段插入丝状噬菌体f1的基因Ⅲ中,产生融合蛋白并在噬菌体表面展示,最终快速发现了与靶标特异性结合富集的多肽序列。噬菌体展示技术就此诞生。Prof.Winter则利用该技术成功开发了第一个全人源抗体药物——“药王”阿达木单抗,噬菌体展示技术真正走入医药研发领域。2018年,两人因噬菌体展示技术被授予诺贝尔化学奖。
1990年,JohnMcCafferty等人报告了在噬菌体上筛选人源单克隆抗体的方法(McCafferty,J.,Griffiths,A.D.,Winter,G.,Chiswell,D.J.Phageantibodies:filamentousphagedisplayingantibodyvariabledomains.Nature,1990,348(6301):552-554.)。利用这种方法可以获得高亲和力和高特异性的单克隆抗体,这对于研究生命科学中的分子识别和疾病治疗有着重要的意义。通过噬菌体抗体库筛选技术,研究人员可以快速、高效地获得具有高亲和力和高特异性的单克隆抗体。这种技术可以应用于疾病的诊断、治疗和预防,从而推动生命科学领域中的研究和应用。