卵黄抗体 IgY 应用于医药领域的研究进展
发布日期:2018-04-14
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黄素晶,孟民杰

( 广东药学院 生命科学与生物制药学院,广东 广州 510006)

摘要: 由于卵黄抗体( IgY) 在分子结构和生物学上的优势,使得 IgY 制备成了热门的抗体研究领域。本文综述了 IgY 在抗肿瘤、抗病毒、胃肠道疾病预防等方面的研究进展,指出 IgY 可以用来替代传统的 IgG抗体,具有广阔的研发前景。

关键词: 卵黄抗体; IgY; 检测; 防治

中图分类号: R392. 11 文献标志码: A doi:10. 3969/j. issn. 1006-8783. 2013. 01. 025

文章编号:1006-8783( 2013) 01-0106-05

Applications of immunoglobulin yolk in medicine

HUANG Sujing,MENG Minjie

( School of Life Science and Biopharmaceutics,Guangdong Pharmaceutical University,Guangzhou 510006,China)

Abstract: Because the molecular structure and biological advantage of immunoglobulin yolk ( IgY) ,it has beena hot spot in the field of antibody. This paper reviews recent development of IgY in tumor,virus and

gastrointestinal infection,and also suggest that IgY can replace traditional IgG antibody for a wide range of application in immunoassay,disease prevention and treatment.

Key words: immunoglobulin yolk; IgY; detection; prevention

       卵黄抗体( immunoglobulin yolk,IgY) 又称卵黄免疫球蛋白,是通过特异性受体介导刺激下,由禽类 B 淋巴细胞产生并转移到卵黄中的多克隆抗体。与哺乳动物抗体相比,其物种距离优势所带来的针对哺乳动物高保守蛋白的强反应性,非常少量的抗原刺激就能在免疫鸡蛋黄中获得大量且能持续表达的特异性 IgY。近年来,由于 IgY 明显的生物学特性优势,制备简单,在生物学领域已得到广泛的应用。

1 IgY 分子结构与理化性质

IgY 是鸡蛋主要的抗体,其包含 2 条重链( 2H) 和2 条轻链( 2L) ,重链的形态类似希腊字母“ν”,分为 1个变化区和 4 个稳定区,相对分子质量65 105 000,而轻链包括 1 个变化区和 1 个稳定区,相对分子质量18 660 000,IgY 重链和轻链的结构特殊,只有单拷贝的可变基因( V) 和功能基因( J) 进行基因重组,鸡主要通过基因转化将基因从大量的假基因转移至表达位点,以保证多样性。鸡抗体多样性主要决定于基因转变,使得生物体在种系功能性基因有限的条件下能迅速通过同源重组的方式,产生大量针对不同抗原的特异性抗体[1] 。IgY 的 Fab 区域与哺乳动物 IgG 的 Fab区域相似,含有抗原结合位点,然而 Fc 区域可激活补体,调理免疫功能及肥大细胞介导的过敏反应[2] 。卵黄抗体性能稳定,IgY 在 60 ℃巴氏灭菌后活性不会下降[3] ,在室温下可存放 4 个月后仍保持部分的活性,4℃储存数年活性无明显的下降; 65 ℃时 IgY 可保持活性 30 min 以上,80 ℃时 20 min 以上 IgY 活性才会完全消失[4] 。在 pH4. 0 ~ 11. 0 时稳定,在 pH3. 0 时活性迅速下降。而且 IgY 可抵抗幼龄动物的胃酸屏障,抵抗肠道中胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的消化。

      随着 IgY 提取和优化技术的进步,IgY 得到了广泛应用。由于 IgY 的低交叉反应性,其物种距离优势所带来的针对哺乳动物高保守蛋白的强反应性,因而在免疫检测、临床诊断、营养保健品、特异性口腔产品可以替代抗生素预防和控制疾病等方面具有重要意义。

2 在肿瘤防治检测方面的应用

      人表皮生长因子受体-2( HER2) 在乳腺癌等多种上皮源性肿瘤中过表达,与肿瘤发生转移密切相关,是人类某些癌症的特异性标志物。Xiao 等[5 -6] 采用亲和层析方法纯化 IgY 抗体。用于检测人体组织中的 Her2基因,结果表明 IgY 与其他哺乳动物 IgG、IgM 相比,灵敏性和特异性更高。同时该特异性 IgY 抗体的单壁碳纳米管( SWNT) 与抗 HER-2 鸡 IgY 共价链接,该复合物能成功地用于体外特异性检测和选择性地杀死HER2 过表达的癌细胞。
      胸腺嘧啶核酸激酶 1( TK1) 水平变化与恶性肿瘤发生发展相关,Wu 等[7] 用 TK1 合成的肽片段免疫鸡,采用亲和纯化,结果表明 IgY-TK1 可抑制 TK1 酶的催化活性,还可识别 TK1 四聚体。Huang [8] 采用免疫印迹-增强化学发光法对多名受试者进行血清检测,结果表明 TK1 可用于患者的早期预后和治疗的监控。
      最近表明与卵巢癌发生相关的蛋白 OVTA-1,用IgY 作为导向载体为寻求新的卵巢癌诊断方法提供理论依据[9] 。
恶性肿瘤细胞膜分子常出现异常糖基化现象,它们在细胞间识别、黏附、炎症反应和肿瘤细胞转移中起重要作用。其中,N-羟乙酰神经氨酸( Neu5Gc) 是某些癌症的一种特异性标志物。Diaz 等[10] 采用亲和纯化 Neu5Gc IgY 抗体,用于检测组织和治疗性药物中所含的 Neu5Gc 的糖蛋白,结果表明 Neu5Gc IgY 抗体 特 异 性 更 高。该 检 测 方 法 已 申 请 专 利 ( US20100331770A1)
       由于非小细胞肺癌( NSCLC) 的早期诊断较困难,杨剑等[11] 通过制备抗非小细胞肺癌相关多肽的 IgY 抗体,对 NSCLC 患者和正常人的血清进行检测,研究表明 NSCLC 相关多肽 IgY 抗体特异性和灵敏度较高,进而为 NSCLC 的诊断奠定基础。

3 在病毒检测方面的应用
      史继静等[12] 用纯化的编码 HIV-1-NCp15 蛋白免疫蛋鸡,制备的 IgY 具有较强的免疫反应性,能够与HIV-1 病毒蛋白 NCp15 特异性结合,从而为 HIV-1 诊断试剂盒开发及进一步研究 HIV-1 奠定基础; gp120 是HIV 病毒外壳壳层蛋白,Vaillant 等13] 通过 HIV-gp120多肽作为抗原免疫母鸡,制备出抗 HIV-gp120 IgY 抗体,结果表明该抗体能与 HIV-gp120 特异性相结合,能为艾滋病的预防带来新的途径。

      甲型肝炎病毒( HAV) 能在自然环境中保持高稳定性,在冰冻条件下也能存活。Paula 等和 Silva 等将重组 HAV 蛋白和 HAV 疫苗与 CPG-ODN 免疫佐剂联合免疫母鸡,结果表明免疫效果更佳,制备出抗 HAVIgY 抗体用于免疫检测,特异性和敏感性都较高[14 -15] 。

      人乳头瘤病毒( HPV) 16 是高危型 HPV,与宫颈癌与宫颈上皮内高度病变的发生相关,杨军等[16] 制备出高特异性的抗 HPV16L1 IgY,成功用于 HPV16L1 蛋白的免疫组织化学检测,为 IgY 蛋白的检测提供一种方法。

      流行性感冒构成对全球人群健康的威胁,Michael[17] 成功地制备出抗 H5N1 和 H1N1 流感病毒的特异性 IgY,可以用于被动免疫预防和早期治疗流感病毒感染。Kammila [18] 将特异性 IgY 应用于免疫拭子试验

( immunoswab) 来检测严重急性呼吸综合征相关冠状病毒( SARS-Cov) ,该方法能在 40 ~60 min 内快速地检测抗原浓度,可用于未来 SARS 流行时疑似病例的快速诊断。
      肠道病毒 71 型( EV71) 感染除了能引起手足口病外,还能引起其他一系列神经系统相关的严重疾病如脑炎和脊髓灰质炎的麻痹,Liou 等[19]用一灭活的EV71 菌株免疫产蛋母鸡,用水稀释法获得 IgY,研究发现,对于感染EV71 病毒的小鼠,该抗体无论是作为腹腔注射还是口服都可以很明显地降低发病率和致死率。

      轮状病毒( HRV) 是引起婴幼儿腹泻的重要病原体,Vega 等[20] 制备了抗 HRV-IgY,并作为牛奶添加剂,以初生小猪模型证实抗 HRV-IgY 能很好地控制腹泻的症状,对预防初生婴儿预状病毒的感染提供了理论基础。周玲等[21] 采用抗轮状病毒性鸡卵黄免疫球蛋白( 百贝宁) 对轮状病毒性肠炎患者进行分组治疗,治疗组治愈率明显高于对照组,说明百贝宁治疗小儿轮状病毒肠炎具有良好的效果。

4 抗菌治疗中的应用

      抗生素的广泛使用使得很多细菌对它产生了严重的耐药性。以细菌为抗原使母鸡产生特异性 IgY 抗体,利用 IgY 抗体黏附与并缘聚的细胞壁上,抑制病原菌生长的目的,具有良好的应用前景。4. 1 IgY 在胃肠道疾病治疗中的应用。

      乳糜泻( celiacdisease,CD) ,又称麸质敏感性肠病,是一种由于遗传易感个体摄入麦麸物质后引起的慢性7 0 1 第 1 期 黄素晶,等. 卵黄抗体 IgY 应用于医药领域的研究进展小肠吸收不良综合征,麸朊( gliadin) ,是主要的致病因子,Gujral 等[22] 将已制备出的喷雾干燥的抗麸朊 IgY与 37. 5% 的甘露醇配制,获得一种有效的抗麸朊 IgY胶囊,该特异性抗体的活性达到 99. 9%,胶囊在胃液模型中溶解 2 h 后,活性仍达到 82. 4%,同时提高了被动 免 疫 治 疗 的 敏 感 性,该 方 法 已 申 请 专 利( US20110008362A1) 。
      Greighoumi 的研究表明,沙门氏菌是作为一种通过食 物 传 染 引 起 人 类 痢 疾 最 主 要 的 病 原 体[23] 。Chalghoumi 等[24] 分别使用含抗沙门氏菌的 IgY 粉和含抗鼠伤寒沙门氏菌外膜蛋白 IgY,在体外试验中,抗沙门菌的 IgY 能显著抑制沙门菌对受感染的分化单层人肠道上皮细胞( Caco-2) 黏附作用,并且呈浓度依赖性。幽门      
      螺杆菌( HP) 是引起人类慢性活动性胃炎、消化性溃疡的重要致病因子,并与胃癌的发生密切相关。目前抗 HP 治疗还没有一种理想的药物。Yang 等[25]利用抗 HP-IgY 抗体制剂在体外实验发现,16 mg/mL的 IgY 可以完全抑制细菌的生长; 病理切片表明,炎症的消退更为明显,IgY 可以与 HP 结合,阻止 HP 的黏附,降低 Hp 对胃黏膜的损害; 尿素酶测试中,IgY 能降低尿素酶水平。因此该 IgY 有望成为克服抗生素治疗幽门螺杆菌介导的胃溃疡所产生耐药性的制剂。

4. 2 IgY 在口腔疾病治疗中的应用

      牙龈卟啉单胞菌是牙周病的主要致病菌,它与口腔其他细菌定植在一起形成牙菌斑,Rahman 等[26] 制备了抗牙龈卟啉单胞菌蛋白酶( GP) IgY,体外试验表明,该 IgY 能显著抑制 GP 的活性,在狗的试验中,抗Gp IgY 能显著改善口腔的临床指标,包括改善了牙周炎、牙龈炎、牙结石和牙出血等状况。

      变形链球菌是主要的致龋菌,龋病是牙体硬组织发生的一种慢性进行性破坏性病变。体外实验表明,IgY 可以抑制变形链球菌生长、繁殖和黏附而达到预防龋病的效果。Nguyen 等[27] 通过志愿者的研究表明含抗变形球菌葡萄糖基转移酶( CA-GTF) IgY 抗体的含片能抑制变形链球菌在口腔的定植。罗鑫龙等[28] 成功地将抗龋 IgY 应用于牙膏中,研发生产了美加净安全防蛀系列牙膏,研究表明,抗龋 IgY 及其牙膏可抑制变形球菌和远缘链球菌的黏附,改变菌斑的黏附状态,对减少菌斑的形成作用显著。

5 IgY 在其他方面的应用

      严重烧伤后,肠黏膜机械屏障和免疫屏障受到破坏,固有菌群失调,这些均导致肠腔内毒素( LPS) 进入血液循环,爆发内毒素血症,导致全身感染及多功能障碍,甚至死亡,目前尚无有效的拮抗内毒素的药物应用于临床。甄宇红等[29] 以灭活的 E. coli O111 为抗原制备了特异性 IgY 抗体,研究发现该特异性抗体对内毒素血症的小鼠有保护作用,并且呈现剂量依赖性。Ma等[30] 采用抗 LPS IgY 和抗 LPS Fab'片段对小鼠内毒素血症模型进行研究,结果表明在不同的治疗时间,抗LPS IgY 和抗 LPS Fab'片段都能降低小鼠的死亡率和抑制 LPS 诱导因子和抗炎性细胞因子的释放。

      单增李斯特菌是一种人畜共患的致病菌,也是肉制品、奶制品以及水产食品中最为重要的病原菌,其生长温度范围广,难以有效控制食品的污染,它能引起人、畜的李氏特菌病,感染后主要表现为败血症、脑膜炎和单核细胞多。将灭活的单增李斯特菌免疫母鸡制备特异性 IgY 抗体,分别在液态培养条件和固态培养条件下观察 IgY 对单增李斯特菌的抑制效果,结果发现,液态培养8 h、固态培养24 h 后,在存放6 ℃受单增李斯特菌污染的鱼样本的环境下,该抗体对单增李斯特菌的生长产生显著的抑制率效应[31] 。
      大肠杆菌能引起奶牛乳腺炎,从而导致牛奶质量下降及其他后果,造成巨大的经济损失。Shanmugam等[32] 用 DEAE 离子交换剂纯化抗大肠杆菌 IgY,效价最高能达到 1∶ 10 000,抗大肠杆菌 IgY 对菌株有显著

的抑制作用。
      血吸虫病是一种严重危害人类健康的人兽共患寄生虫病,蔡玉春等[33] 通过免疫母鸡产生抗日本血吸可溶性虫卵抗原( SEA) 的特异性抗体,建立间接红细胞凝集试验( IHA) ,结果表明检测日本血吸虫病循环

抗原具有较高的敏感性。Lei 等[34] 采用基于 IgY 的免疫磁珠 ELISA 反应检测血浆中的循环抗原的量可以用来评价采用吡喹酮治疗后的效果。
      Moussa 等[35] 用提取的抗沙漠眼镜蛇毒素的 IgY,

15 mg/mL 的 IgY 能够中和 50LD50 的毒素,同时使用抗毒液的 IgY 几乎没有免疫副作用。Michael 等[36] 纯化制得的抗蝰蛇毒素 IgY 和鳞状蝮蛇毒素 IgY,能够中和蝰蛇和鳞状蝮蛇毒素,同时有抑制水肿、减少溶血和

降低磷脂酶活性的作用。

6 基因重组 IgY

      利用禽类免疫球蛋白基因的多样性的机制,可以从禽类的免疫组库中克隆和选择得到高效的抗原特异性的抗体片段。现单价抗体 scFV 和 Fab 库已建立[37] 。

Greunke 等[38] 重组 IgY 片段基因,通过哺乳动物细胞产生了 IgY 单抗,并表明该单抗不与类风 湿因子( RF) 、人类鼠类高亲和力受体 FCGR1( CD64) 和人类低亲 和 力 受 体 FCGR3a ( CD16A) 结 合。用 重 组 的H5N1 禽流感病毒血凝素蛋白免疫鸡的 cDNA 文库中8 0 1 广东药学院学报 第 29 卷得到鸡-人嵌合 Fab 单克隆抗体,实验表明该抗体可以很好的应用于 H5N1 的诊断[39] 。在肺小细胞癌患者中能检测出 α-烯醇化酶上调,Leu 等[40] 利用噬菌体展示技术制备了 α-烯醇化酶的 mIgY 的 scFV,经 ELISA、流式细胞术免疫荧光技术表明,该抗体可以特异性结合α-烯醇化酶蛋白,为肺癌的诊断提供了新的方向。

7 小结与展望

近年来,美国、日本、德国等在 IgY 研究开发中处于领先地位。已经产业化、商品化的 IgY 主要集中在口腔疾病及胃肠道疾病方面。同时,IgY 在食品上的应用也日益增加,主要用于婴儿食品和老年食品中,以提

高人体的免疫力,增强对各种疾病的抵抗力。如今,IgY 的研究范围越来越广,随着 IgY 技术不断地发展和基因重组技术的兴起,在多克隆 IgY 的基础上产生的单克隆抗体 IgY( mIgY) 具有 IgY 的生物学优势,抗体专一性进一步加强。此外可以从组合库中,不需要进行免疫也能获得单克隆 IgY 和 IgY 相似的结构。因此,相对于哺乳动物 IgG,IgY 在诊断和治疗的研究中显示更大的优势。然而对于 IgY 的规模化生产和临床应用中存在的生产工艺的稳定性、口服制剂在胃肠道的稳定性等,尚无统一的质量标准等问题。但随着 IgY技术深入的发展与研究,IgY 可以更加广泛地应用于疾病的预防和治疗以及相关检测等领域。

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( 责任编辑: 王昌栋)

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作者: 佚名
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