半抗原直接包被的四環素酶聯免疫吸附分析法的建立

張玉超，劉良禹，朱思潔，劉旭東*

（1.茅臺學院釀酒工程系，貴州仁懷 564507；2.中國海洋大學食品科學與工程學院，山東青島 266071；3.茅臺學院食品科學與工程系，貴州仁懷 564507；4.貴州特色食品開發及綜合利用工程研究中心，貴州仁懷 564507）

四環素類（tetracyclines，TCs）抗生素主要包括四環素（tetracycline，TC）、金霉素（chlortetracycline，CTC）、土霉素（oxytetracycline，OTC）、環霉素（cyclamicin，DC）等類型，作為一種常見的廣譜類抗生素，TCs 常被應用于人畜的各類疾病治療，也被加入飼料用于促進動物生長[1]。TCs 在全球不同地區均有廣泛使用，在歐盟國家每年使用的抗生素中TCs 占有一半的份額；在美國TCs 也占據了抗生素市場1/5 左右的份額；我國是抗生素生成和使用的大國，每年TCs 的使用量可達6 000 t[2]。TCs 可以通過生產到消費的各環節進入環境水樣、土壤、動物源性食品中，殘留的抗生素會導致耐藥基因的產生、改變微生物生態環境；同時由于食物鏈積累，也會對人體造成不可預計的危害[3?4]。因此歐盟標準委員會、美國食品與藥品管理局及我國農業部對于TCs 的殘留量都作了一定的限制。以我國動物性食品中獸藥最高殘留限量（農業部235 號公告）規定為例，TCs 在動物奶、肌肉、肝臟、腎臟的殘留限量分別為100μg/L、100、300、600μg/kg[5?6]。因此，建立TCs 的檢測方法尤為重要。

目前對于TCs 的檢測方法主要有微生物法、儀器分析法、免疫分析法。微生物法可大批量的進行樣本篩查，但耗時長、靈敏度低；儀器分析法準確性好，但樣品前處理復雜、設備昂貴、需要專業人員進行操作，并且難以做到高通量篩查[7?8]。免疫分析法利用抗原?抗體特異性反應為基礎，很好地彌補了其它兩種方法的不足，其中以酶聯免疫吸附分析法（enzyme?linked im?munosorbent assay，ELISA）為主導[9]。雖然對于TCs 的ELISA 檢測方法已有報道，但相關研究多采用TCs 多克隆抗體（polyclonal antibody，PAb）為檢測抗體，采用人工抗原作為包被抗原，通過疏水相互作用與酶標板結合[10?11]。PAb 的均一性差、特異性較低；疏水相互作用可引起人工包被抗原的構象改變，進而影響半抗原的呈現和識別，這些均會導致檢測靈敏度下降、標準化難度增大[12?13]。因此建立均一性好、特異性高的TCs ELISA 檢測方法非常必要。

以TCs 最主要類型TC 為研究對象，制備TC 人工完全抗原，免疫BALB/c 小鼠，進而制備抗TC 的單克隆抗體（monoclonal antibody，MAb），并采用酸性高錳酸鉀羧化酶標板，將TC 直接包被在酶標板上，并對ELISA 反應體系條件進行優化，構建一種半抗原直接包被的TC ELISA 檢測方法，以期為TC 的檢測提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

無特定病原體（specific pathogen free，SPF）級6～8 周齡雌性BALB/c 小鼠：湖北省疾病預防控制中心實驗動物中心；SP2/0 細胞：武漢大學保藏中心。

TC、CTC、OTC、DC 標準品（純度≥98%）、血清蛋白（bovine serum albumin，BSA）、卵清蛋白（ovalbumin，OVA）、福氏完全佐劑（freund′s complete adjuvant，FCA）、福氏不完全佐劑（freund′s incomplete adjuvant，FICA）：美國Sigma?Aldrich 公司；二氧六環、HCl、NaNO2、H2SO4、明膠：國藥集團化學試劑有限公司；脫脂奶粉：市售。0.01 mol/L pH7.4 磷酸鹽緩沖液（phosphate buff?ered saline，PBS）：南京建成生物工程研究所。其他試劑均為分析純。

DMEM（dulbecco′s modified eagle medium）培養基、HAT（hypoxanthine?aminopterin?thymidine medium）培養基、HT（hypoxanthine ?thymidine medium）培養基：美國Thermo 公司。

環境水樣隨機取自遵義市3 條河流近岸處；檢驗合格的牛奶、雞肉樣品：市售；未經合格檢驗牛奶、雞肉樣品取自遵義市某養殖場。

1.2 儀器與設備

S?3100 紫外分光光度計：韓國Scinco 公司；ELX800 全波長酶標儀：美國Bio?tek 公司；5415R 低溫冷凍離心機：德國Eppendorf 公司；Forma 311 型CO2恒溫培養箱：美國Thermo 公司；TS2 型倒置顯微鏡：日本Nikon 公司。

1.3 方法

1.3.1 ELISA 檢測相關試劑配制

利用1.1 中的PBS 溶液配制1%的BSA 溶液作為抗體稀釋液，配制0.05%的吐溫?20 溶液作為洗滌液；利用蒸餾水配制1%BSA、1%OVA、1%明膠、3%脫脂奶粉溶液作為封閉劑；配制2 mol/L H2SO4作為終止液。

1.3.2 TC 完全抗原的合成

TC 結構中含有活性-NH2，可直接作為半抗原，利用TC 結構中的-NH2將TC 與載體蛋白（BSA、OVA）連接即可形成大分子完全抗原。取444 mg TC 加入10 mL 二氧六環中，混合均勻后滴加10 mL 1mol/L HCl，待放熱完全冷卻后滴加1 mL 7%的NaNO2溶液，室溫攪拌反應30 min，得溶液A；取0.2 mol/L pH9 的硼酸鹽緩沖液50 mL，加入300 mg BSA/OVA 制備蛋白質溶液，得溶液B；將溶液B 加入溶液A 中，繼續攪拌反應3 h 后，將反應液6 000 r/min 離心5 min，將上清液置于透析袋中，于PBS（pH7.4，0.01 mol/L）中4 ℃透析72 h，每隔12 h 換液[14]。對所得的人工完全抗原（TC?BSA、TC?OVA）進行紫外掃描，對蛋白質含量進行測定。

1.3.3 動物免疫

取人工完全抗原100μg，溶于100μL PBS（pH7.4，0.01 mol/L）中，混合均勻后，加入等體積的FCA/FICA，混合均勻供免疫使用，參考文獻[15?16]對小鼠進行多次頸背部皮下注射免疫。

1.3.4 抗血清效價和靈敏度的測定

免疫周期完成7 d 后，對小鼠斷尾取血，離心取抗血清，采用間接ELISA 對抗血清效價進行測定，采用間接競爭ELISA 對抗血清靈敏度進行測定[17]，選擇抗血清效價和靈敏度最高的小鼠作為脾細胞供體進行雜交瘤細胞制備。

1.3.5 雜交瘤細胞的篩選及MAb 的制備

對小鼠進行200 μg 的人工完全抗原腹腔注射免疫，3 d 后無菌條件下取小鼠脾細胞，利用聚乙二醇促進脾細胞與SP2/0 細胞融合，融合后對融合細胞進行HAT 培養基培養，隨后進行特異性篩選，選取特異性最好的細胞孔進行有限稀釋，再采用HT 培養基進行克隆化，待陽性率達100%后用DMEM 培養基擴大培養建立細胞株。收集長勢良好的雜交瘤細胞注射進入小鼠腹腔，12 d 后無菌操作收集小鼠腹水，對腹水進行辛酸?硫酸銨法純化[17?18]。

1.3.6 TC 的包被

向酶標板的孔中加入150 μL 5% 酸性KMnO4溶液，60 ℃放置1 h，對酶標板進行羧化；棄去孔內溶液，加入200 μL 6 mol/L HCl，室溫振蕩清洗酶標板5 min，重復3 次；最后再用純水洗板3 次；將TC 標準品用蒸餾水稀釋到一定濃度，每孔100 μL 4 ℃包被過夜[19]。

1.3.7 包被原的濃度和抗體稀釋倍數的確定

分別將濃度為1.000、0.500、0.250、0.125μg/mL 的TC 標準品溶液加入羧化后的酶標板中包被過夜。將MAb 用抗體稀釋液分別稀釋8 000、16 000、32 000、64 000、128 000、256 000、512 000 倍，進行方陣滴定[20]。選取OD450值為1 左右的組合進行靈敏度測定[17]，選取IC50值最小的組合為最佳組合。

1.3.8 ELISA 反應條件優化

在包被原濃度和抗體稀釋比已確定的條件下，對TC 檢測ELISA 競爭反應體系其他主要影響因素[反應體系溫度（4、25、30、35、40 ℃）、反應體系pH 值（6.4、7.4、8.4、9.4）、反應體系封閉劑種類（1% BSA、1%OVA、1% 明膠、3% 脫脂奶粉）]進行優化，選取IC50值最小的條件作為TC 檢測ELISA 競爭反應體系的最佳條件。采用相同方法確定人工完全抗原包被ELISA競爭反應體系條件[17]。

1.3.9 ELISA 檢測TC 標準曲線的建立

將TC 標準品稀釋至0.5、1.0、2.5、5.0、10.0、25.0、50.0 ng/mL，采用構建的半抗原包被和人工完全抗原包被的競爭反應體系與TC MAb 進行競爭反應，以競爭反應抑制率為縱坐標，lg（10×TC 標準溶液濃度）為橫坐標，建立標準曲線。

1.3.10 交叉反應率的測定

利用TC 結構類似物CTC、OTC、DC 標準品與TC MAb 進行半抗原包被的競爭反應，進行IC50值的測定，交叉反應率（R，%）的計算公式如下。

R=（A/B）× 100

式中：A為TC 與TC MAb 進行競爭反應的IC50值，ng/mL；B為TC 結構類似物與TC MAb 進行競爭反應的IC50值，ng/mL。

1.3.11 加標回收率的測定

制作TC 含量為2.5、5.0、10.0、25.0、50.0、100.0 ng/mL的加標水樣，利用已構建的半抗原包被和人工完全抗原包被的ELISA 檢測方法測定加標樣品中TC 含量；將牛奶樣品8 000 r/min 離心10 min，去除上層脂肪層，再利用PBS 稀釋5 倍，消除基質干擾后再添加TC[21]，制備TC 含量為2.5、5.0、10.0、25.0、50.0、100.0 ng/mL 的加標牛奶樣品，用已構建的半抗原包被和人工完全抗原包被的ELISA 檢測方法測定加標樣品中TC 含量，加標回收率（M，%）的計算公式如下。

M=C1/C2× 100

式中：C1為TC 的檢測濃度，ng/mL；C2為TC 的加標濃度，ng/mL。

1.3.12 實際樣品中TC 含量的測定

選擇不同環境水樣，檢驗合格的市售不同品牌牛奶、雞肉樣品，未經合格檢驗的牛奶、雞肉樣品；牛奶樣品的前處理按照1.3.10 進行，雞肉樣品前處理參照文獻[22]進行，對所有樣品按所建立的半抗原包被的ELISA 法進行TC 含量的檢測。

1.4 統計分析

采用單因素方差分析結合Duncan 檢驗分析差異性，差異顯著水平為P＜0.05，數據統計圖使用Graph?Pad Prism 8.0 生成。

2 結果與分析

2.1 TC 人工完全抗原紫外掃描鑒定

TC、BSA、OVA、TC?BSA、TC?OVA 紫外掃描圖見圖1。

圖1 TC、BSA、OVA、TC?BSA、TC?OVA 紫外掃描圖Fig.1 Ultraviolet absorbance spectra of TC，BSA，OVA，TC?BSA and TC?OVA

由圖1 可知，TC 的最大吸收峰位于275 nm 處，BSA 在225 nm 和280 nm 處有特征吸收峰，TC?BSA 的特征吸收峰處于240 nm 和285 nm 處，可見TC?BSA同時具有了TC 和BSA 類似的光吸收特性，同時最大吸收峰又有一定的偏移，出現了一定自身特性；OVA 在220 nm 和275 nm 處有特征吸收峰，TC?OVA 的特征吸收峰處于235 nm 和285 nm 處，偶聯情況與TC?BSA 類似，因此可判斷TC 與BSA、OVA 偶聯成功。

2.2 TC 抗血清效價和靈敏度的測定結果

不同小鼠抗血清效價和靈敏度見表1。

表1 TC 抗血清效價及靈敏度Table 1 Titers and sensitivity of antisera

由表1 可知，免疫周期完成后各只小鼠均產生了對TC 有一定特異性的抗血清，且以TC?BSA 作為免疫原、TC?OVA 作為包被原時，抗血清的效價和靈敏度普遍優于TC?OVA 作為免疫原、TC?BSA 作為包被原的情況。其中5 號小鼠的TC 抗血清效價可達256 000，IC50值為128.24 ng/mL，相比于其它小鼠，該小鼠TC 抗血清的效價和靈敏度均為最優，因此選擇該小鼠的脾細胞制備雜交瘤細胞。

2.3 雜交瘤細胞的選擇

通過初步篩選，選擇5 株陽性雜交瘤細胞（1D3、4C11、5H9、6B11、8A10）進行ELISA 競爭反應，結果見圖2。

圖2 雜交瘤細胞競爭反應顯色變化Fig.2 Color changes in competitive reaction of hybridoma cells

由圖2 可知，隨TC 競爭濃度的不斷提高，6B11 細胞株的OD450顯色下降變化最為明顯，說明該細胞株產生的MAb 對TC 的特異性最高。所以選擇該細胞株進行擴大培養后用于小鼠腹水的制備。

2.4 包被原濃度和抗體稀釋倍數篩選

通過方陣滴定選擇出的包被原濃度和抗體稀釋倍數組合分別為0.125μg/mL、64 000，0.25μg/mL、128 000，0.250μg/mL、256 000，0.500μg/mL、128 000，1.000μg/mL、128 000，1.000μg/mL、256 000。以上述6 個組合作為待篩選的組合進行ELISA 競爭反應，測定各組合條件下的IC50。包被原濃度和抗體稀釋倍數篩選結果見圖3。

圖3 包被原濃度和抗體稀釋倍數篩選Fig.3 Screening of hapten coating concentration and antibody di?lution ratio

由圖3 可知，在半抗原包被濃度為1.000 μg/mL，抗體稀釋比256 000 時進行ELISA 競爭反應的IC50值最低，說明在此組合條件下的ELISA 反應體系靈敏度最高，因此選擇該組合條件作為競爭反應體系的最適包被原濃度和抗體稀釋倍數。

2.5 競爭反應體系條件優化

競爭反應體系最適反應溫度、pH 值、封閉劑的篩選結果見圖4、圖5、圖6。

圖4 最適反應溫度篩選Fig.4 Screening of optimum reaction temperature

圖5 最適反應pH 值篩選Fig.5 Screening of optimum reaction pH

圖6 最適反應封閉劑篩選Fig.6 Screening of optimum reaction blocking agents

由圖4 可知，當競爭反應溫度為30 ℃時進行反應體系的IC50值最低，說明在此反應溫度下競爭反應體系靈敏度最高，因此選擇30 ℃作為競爭反應體系的最佳反應溫度。同理可得，pH7.4、1% OVA 溶液作為封閉劑為競爭反應體系最適pH 值及最優封閉劑（圖5、圖6）。因此綜合以上試驗結果可知，半抗原包被的競爭反應體系條件為包被原濃度1.000μg/mL、抗體稀釋倍數256 000、競爭反應溫度為30 ℃、pH7.4、以1%OVA 溶液作為封閉劑。

人工完全抗原包被構建競爭反應體系可能會存在導致檢測靈敏度下降的可能。因此，為了對比TC 半抗原直接包被與TC 人工完全抗原包被對檢測靈敏度的影響，本文利用所制備的TC MAb，采用同樣的競爭反應體系構建方法，確定TC 人工完全抗原TC?OVA包被的競爭反應體系條件為人工完全抗原包被濃度為1.000μg/mL、抗體稀釋倍數256 000、競爭反應體系溫度25 ℃、pH7.4、以3%脫脂奶粉溶液作為封閉劑。

2.6 競爭反應體系標準曲線的構建

按照2.5 中所構建的半抗原包被和人工完全抗原包被的競爭反應體系，利用不同濃度TC 標準品與TC MAb 進行競爭反應構建標準曲線，結果見表2。

表2 競爭反應標準曲線Table 2 Standard curve of competitive reaction

由表2 可知，兩種競爭反應體系均顯示出了良好的線性效果，半抗原包被和人工完全抗原包被的競爭反應體系IC50值分別為9.26、28.24 ng/mL，檢測下限IC10值分別為0.306、0.624 ng/mL。在TC ELISA 檢測方法構建研究中，雖然利用TC 直接進行包被的研究還鮮有報道，但是在其它小分子化合物的檢測研究中，采用半抗原直接包被構建競爭反應體系可以提高競爭反應靈敏度的情況已被逐漸證實[13，15，23?24]。本研究的結果同樣表明，在檢測抗體完全相同的情況下，TC 包被的競爭反應體系與TC?OVA 包被的競爭反應體系相比檢測靈敏度有了明顯的提高。

2.7 TC 結構類似物交叉反應率測定

按照2.5 中所構建的半抗原包被競爭反應體系，利用CTC、OTC、DC 標準品代替TC 標準品進行競爭反應，測定交叉反應率，結果見表3。

表3 交叉反應率測定Table 3 Cross?reaction rate

由表3 可知，所制備的TC MAb 與3 種TC 結構類似物的交叉反應率均較小，說明本研究所制備的MAb對TC 特異性良好。

2.8 水和牛奶中加標回收率測定

TC 殘留問題常出現在環境水樣和動物源食品中，因此本文選擇水和牛奶進行TC 加標回收率測定，結果見表4 和表5。

表4 水和牛奶中加標回收率（半抗原包被）Table 4 Recovery of tetracycline in water and milk（hapten coated）

表5 水和牛奶中加標回收率（人工完全抗原包被）Table 5 Recovery of tetracycline in water and milk（artificial complete antigen coated）

由表4 和表5 可知，半抗原包被競爭反應體系水中TC 加標回收率范圍為96.84%～102.50%，牛奶中TC加標回收率范圍為96.46%～101.89%。人工完全抗原包被競爭反應體系水中TC 加標回收率范圍為94.04%～105.56%，牛奶中TC 加標回收率范圍為93.86%～105.12%。結果表明，半抗原包被競爭反應體系加標回收率范圍窄于人工完全抗原包被競爭反應體系，說明TC 包被的競爭反應體系檢測靈敏度高于TC?OVA 包被的競爭反應體系。

2.9 實際樣品中TC 含量檢測

利用構建的半抗原競爭反應體系對環境水樣、牛奶、雞肉中TC 含量進行檢測，結果見表6。

由表6 可知，環境水樣樣品3、未檢驗牛奶樣品1和未檢驗雞肉樣品3 中有TC 檢出，其它樣品均未檢出TC，說明本方法可以用于實際樣品中TC 的檢測。

3 結論

為建立一種基于MAb 的半抗原直接包被的TC ELISA 檢測方法，本研究合成TC 完全人工抗原，并制備抗TC 的MAb，該MAb 對TC 特異性良好，與TC 結構類似物交叉反應率低；并將TC 直接包被于修飾后的酶標板上，進行半抗原的直接包被，對ELISA 檢測體系反應溫度、pH 值、封閉劑種類進行優化，建立的競爭反應體系條件為半抗原包被濃度為1.000μg/mL，抗體稀釋比256 000，競爭反應體系溫度為30 ℃，pH7.4，以1%OVA 溶液作為封閉劑。該檢測方法最低檢測限IC10值為0.306 ng/mL，半數抑制率IC50值為9.26 ng/mL，牛奶和水中加標回收率分別為96.46%～101.89%、96.84%～102.50%。與同等條件下建立的人工抗原包被的檢測方法（IC10值：0.624 ng/mL，IC50值：28.24 ng/mL，牛奶和水中加標回收率分別為93.86%～105.12%、94.04%～105.56%）相比，檢測靈敏度有明顯的提高，并可用于實際樣品中TC 含量的檢測。