早期的電泳技術(shù)是由瑞典Uppsala大學(xué)物理化學(xué)系Svedberg教授提出了荷電的膠體顆粒在電場(chǎng)中移動(dòng)的現(xiàn)象稱其為電泳。于1937年,收ArneTiselius教授——諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者,利用些電泳現(xiàn)象,發(fā)明了最早期的界面電泳,用于蛋白質(zhì)分離的研究,開創(chuàng)了電滬泳技術(shù)的新紀(jì)元。此后,各種電泳技術(shù)及儀器相繼問(wèn)世,先進(jìn)的電泳儀和電泳技術(shù)的不斷發(fā)展,使它在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)中占重要地位,按電泳的原理有三種形式的電泳分離系統(tǒng):原則上按電泳的原理來(lái)分,即移動(dòng)界面電泳、區(qū)帶電泳和穩(wěn)態(tài)電泳或稱置換(排代)電泳。在自由移動(dòng)界面電泳,是帶電分子的移動(dòng)速率通過(guò)觀察界面的移動(dòng)來(lái)測(cè)定,該方法已成為歷史。代之以采用支持介質(zhì)的區(qū)帶電泳。
區(qū)帶電泳因所用支持體的種類、粒度大小和電泳方式等不同,其臨床應(yīng)用的價(jià)值也各有差異。固體支持介質(zhì)可分為兩類:一類是濾紙、醋酸纖維素薄膜、硅膠、礬土、纖維素等;另一類是淀粉、瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠。由于它們具微細(xì)的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),故除能產(chǎn)生電泳作用外,還有分子篩效應(yīng),小分子會(huì)比大分子跑得快而使分辨率提高。它的最大優(yōu)點(diǎn)是幾乎不吸附蛋白質(zhì),因此電泳無(wú)拖尾的現(xiàn)象。低濃度的瓊脂糖電泳相當(dāng)于自由界面電泳,蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中可自由穿透,陰力小,分離清晰,透明度高,能透過(guò)200~7000nm波長(zhǎng)的著色區(qū)帶的檢測(cè)敏感性,為此第一類支持介質(zhì)現(xiàn)已被第二類支持介質(zhì)所替代。
穩(wěn)太電泳或稱置換電泳的特點(diǎn)是分子顆粒的電泳遷移在一定時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)態(tài),如等電聚焦和等速電泳。
區(qū)帶電泳是臨床檢驗(yàn)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的技術(shù),有重要臨床意義,尤其是其他新技術(shù),更擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍,提高了檢測(cè)技術(shù),現(xiàn)對(duì)該技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展作一評(píng)述。
一、正確解釋電泳結(jié)果,有助于臨床疾病判斷的參考
新鮮血清經(jīng)電泳后可精確地描繪出患者蛋白質(zhì)的全貌,一般常見(jiàn)的是白蛋白降低、某個(gè)球蛋白區(qū)域升高,提示不同的臨床意義。如急性炎癥時(shí),可見(jiàn)a1,a2區(qū)百分率升高;腎病綜合征、慢性腎小球腎炎時(shí)呈現(xiàn)白蛋白下降,a2球蛋白升高,β球蛋白也升高;缺鐵性貧血時(shí)可由于轉(zhuǎn)鐵蛋白的升高而呈現(xiàn)β區(qū)帶增高,醫(yī)|學(xué)教育網(wǎng)搜集整理而慢性肝病或肝硬變呈現(xiàn)白蛋白顯著降低,r球蛋白升高2-3倍,示免疫球蛋白多克隆增高,甚至可見(jiàn)β-r融合的橋連現(xiàn)象,還可在r區(qū)呈現(xiàn)細(xì)而密的寡克隆區(qū)帶;對(duì)單一克隆漿細(xì)胞異常增殖所產(chǎn)生的無(wú)抗體活性均一的免疫球蛋白稱M蛋白的檢測(cè),血清蛋白電泳是其首選的實(shí)驗(yàn)診斷方法。可在電泳區(qū)帶的a2-r區(qū)呈現(xiàn)致密而深染,高度集中的蛋白克隆增生區(qū)帶,稱其為m蛋白區(qū)帶,掃描后形成高而狹窄的單株峰,若些峰在r區(qū)其峰高與峰底寬之比>2:1,而由于正常免疫球蛋白合成限制造成背景染色淺。由M蛋白所導(dǎo)致的一組疾病如:多發(fā)性骨髓瘤、巨球蛋白血癥、重鏈病、游離輕鏈病、半分子病、良性單株丙球血癥和雙M蛋白血癥等,目前這類疾病已不屬罕見(jiàn)。血清蛋白電泳對(duì)這類疾病的早期診斷,療效觀察和預(yù)后判斷均有十分重要的意義。
二、電泳技術(shù)與免疫技術(shù)相結(jié)合,大大擴(kuò)大了其臨床應(yīng)用的范圍
讓電流來(lái)加速抗原與抗體的擴(kuò)散并規(guī)定其運(yùn)行方向、從而加快了沉淀反應(yīng)速度。免疫電泳技術(shù)的種子類很多,如:對(duì)流免疫電泳(CIEP)、火箭免疫電泳(RIE)、電免疫擴(kuò)散(EID)。在種免疫電泳方法牟基礎(chǔ)上,又不斷地派生出一些新的技術(shù),如:免疫電泳(IEP)技術(shù),1969年Alper與Johnson推薦免疫固定電泳(IFE)是一種包括瓊脂糖凝膠蛋白電泳和免疫沉淀兩個(gè)過(guò)程的操作,是免疫沉淀反應(yīng)的一種混合技術(shù),檢測(cè)標(biāo)本可以是血清、尿、腦脊液或其他體液。1976年血清免疫固定電泳(IF)技術(shù)再次被推薦,用于M蛋白的分型。血清蛋白質(zhì)在瓊脂糖凝介質(zhì)上經(jīng)電泳分離后,應(yīng)用固定劑和各型免疫球蛋白及輕鏈抗血清,加于凝膠表面的泳道上,經(jīng)孵育讓固定劑和抗血清的在凝膠內(nèi)滲透并擴(kuò)散后,若有對(duì)應(yīng)的原存在,則在適當(dāng)位置形成抗原抗體復(fù)合物。經(jīng)染色后蛋白質(zhì)電泳參考泳道和抗原抗體沉淀區(qū)帶被氨基黑著色,根據(jù)電泳移動(dòng)距離分離出單克隆組分,可對(duì)各類免疫球蛋白及其輕鏈進(jìn)行分型。該技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是敏感性達(dá)50-150mg/dl,操作周期短,僅需數(shù)小時(shí),分辨率高,結(jié)果易于分析?,F(xiàn)最常用于M蛋白的分型與鑒定,已列入臨床實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)檢測(cè)工作。
三、電泳技術(shù)進(jìn)行同工酶譜分析,提高診斷率
1、血清乳酸脫氫酶同工酶(iso-LDH):測(cè)定LDH同工酶有電泳法、離子交換柱層析法、免疫法、抑制劑法和酶切法,但迄今用得取多的仍是瓊脂糖凝膠電泳法。經(jīng)電泳分離后要分離出五種同工酶區(qū)帶,急性必肌梗塞發(fā)病后平均6hLDH1即開始升高,LDH1/LDH2≥1為心肌損傷的陽(yáng)性決定性水平,肝癌時(shí)可見(jiàn)LDH5明顯升高,各區(qū)帶含量的確定,將經(jīng)電泳分離后的同工酶譜采用掃描予以定量,其精確度明顯高于用肉眼判斷。
2、血清肌酸激酶同工酶(ISO-CK);測(cè)定CK和CH-MB仍是目前用于證實(shí)急性心肌梗塞的道選指標(biāo)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些單位用免疫抑制法測(cè)CK=MB,其原理為抗M亞單位的酶活性,因?yàn)檎Q逯袔缀鯚o(wú)CK=BB,故將此值乘以2可以認(rèn)為大致代表CK-MB的活性。此法簡(jiǎn)單迅速,缺點(diǎn)是特異性差,如患者血清中存在CK-BB或者異常CK時(shí),都將出現(xiàn)假性增高。不少作者報(bào)道異常CD-同工酶,一條稱巨CK(Maxro-CK),它是CK-BB與免疫球蛋白的復(fù)合物,有IgG亦有IgA,在正常血清中Marco-CK僅占0.8%-1.6%.另一條稱線粒體CK(CK-MT),CK-MT是結(jié)合在肌肉、腦、肝內(nèi)的線粒體表面,可能是線粒體膜的碎片,在正常血清中CK-MT是不出現(xiàn)的,在心梗時(shí)亦不出現(xiàn),只有當(dāng)組織極度損傷,由于線粒體和細(xì)胞壁極度破壞,方可在血清中檢出。由于Macro-CK和不典型的CK-MT均不能被M抗體所抑制,故當(dāng)它們出現(xiàn)時(shí),會(huì)導(dǎo)致CK-MB高于CK總活力的假性升高。使用電泳方法分離CK-MB,是根據(jù)CK-同工酶分子結(jié)構(gòu)不同,醫(yī)|學(xué)教育網(wǎng)搜集整理在電泳緩沖液中,所帶電荷各異,可以從陰極到陽(yáng)極將CK不同組份予以分離,其分別為CK-MM,CK-MB和CK-BB.電泳特點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)異常2同工酶如巨CKⅠ、巨CKⅡ等,從電泳圖譜上很容易發(fā)現(xiàn),由掃描儀對(duì)各條酶進(jìn)行掃描,報(bào)告各條區(qū)帶所占百分比,結(jié)合總酶活力,求得區(qū)帶的酶省略定值結(jié)果。Macro-CK在CK-MM和CK-MB中間,而CK-MT位置靠近陰極端,在CK-MM后面。這樣不會(huì)將CK-BB和各種異常同工酶誤認(rèn)為是CK-MB而誤診,也可解決CK-MB假性增高的錯(cuò)誤原因所在。為此,CK同工酶電泳是項(xiàng)非常實(shí)用的檢驗(yàn)技術(shù),具有十分重要的臨床意義。
3、CK亞型同工酶:此外,CK-MB和CK-MM亞型測(cè)定常采用瓊脂糖凝膠等電聚焦電泳或高壓電泳,由于操作比一般電泳麻煩,故常規(guī)常測(cè)定尚無(wú)法普及。目前引進(jìn)的自動(dòng)電泳儀,有試劑盒提供,可作CK亞型分析,參考值:CK-MM1(57.7±4.7)%;CK-MM2為(26.5±5.3);CK-MM3為(15.8±2.5)%;CK-MM3/CK-MM1比值為0.28±0.05(范圍0.15-0.39),陽(yáng)性決定性水平>0.5.AMI第一天血中以MM3為主,但第二天以后則以MM1為主。采用電泳法分離CKMB,CKMB1和CKMB2在正常人血中CK-MB2極微,一般比值近似是而非,在急性心肌梗塞后4-6hCKMB2亞型即在血循環(huán)中可被檢測(cè)到,故MB2/MB1的比例明顯升高,并早于總CK-MB片段的增高。當(dāng)心肌梗塞緩解后此比便也逐漸下降。也可用于溶栓治療后的病情觀察。
四、結(jié)合酶免疫標(biāo)記抗體技術(shù),檢測(cè)腦脊液內(nèi)寡克隆區(qū)帶
曾有作者報(bào)道采用二維電泳和銀染進(jìn)行CSF蛋白質(zhì)的分離與鑒定,方法繁復(fù),耗時(shí),現(xiàn)采用高分辨率瓊脂糖凝膠電泳分離CSF中的蛋白質(zhì),并經(jīng)抗原和辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的特異性IgG抗體進(jìn)行反應(yīng)來(lái)鑒定“寡克隆區(qū)帶”(OCB),經(jīng)此酶免疫標(biāo)記放大技術(shù)和顯色步驟,蛋白質(zhì)濃度達(dá)31-125ul/L即可予以檢測(cè),可使檢測(cè)靈敏度提高了100倍,這樣腦脊液無(wú)須濃縮,避免了在濃縮過(guò)程中蛋白質(zhì)的丟失。可用于證實(shí)和分辨OCB免疫球蛋白及其型別。若在腦脊液標(biāo)本中檢出OCB,而其相應(yīng)標(biāo)本中未能檢出區(qū)帶,則為陽(yáng)性,真實(shí)地反映是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)本身合成的免疫球蛋白,具有重要臨床意義。它是一種定性檢測(cè),在多發(fā)性硬化癥時(shí),OCB是一個(gè)十分重要的標(biāo)志物。但須將患者血清和CSF在同一天同步進(jìn)行分析,以認(rèn)證不同來(lái)源的免疫球蛋白。中樞合成免疫球蛋白是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患的一個(gè)重要信號(hào),主要用于診斷的鑒別診斷中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患如:多發(fā)性硬化癥、癡呆、脊髓炎、付腫瘤性腦炎、神經(jīng)性梅素等。
五、利用固相內(nèi)抗原、抗體反應(yīng)分離脂蛋白(a),用于心、腦知管獨(dú)立的危險(xiǎn)因子的檢測(cè)
該技術(shù)是利用抗原、抗體反應(yīng)將電泳分離的脂蛋白予以鑒別。血清經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳,再經(jīng)染色后可出現(xiàn)不同脂蛋白的條帶。由于凝膠中脂蛋白等電點(diǎn)不同,不僅可區(qū)分a、前β和β區(qū)帶,又因介質(zhì)中含有抗脂蛋白(a)【LP(a)】抗體及陽(yáng)離子存在,抗LP(a)與患者血清中LP(a)結(jié)合形成復(fù)合物,陽(yáng)離子則抑制其他脂蛋白的泳動(dòng)速度,LP(a)便與其他脂蛋白分離開來(lái),使分辨十分清晰的LP(a)條帶呈現(xiàn)在前β與γ區(qū)域之間,將陽(yáng)性條帶掃描后,可獲得區(qū)帶的面積及其百分含量,該方法使電泳技術(shù)趨于完美,大大減少了手工操作的弊端,既可予以半定量,又能將膠片保存,便于比較。提高對(duì)心、腦血管獨(dú)立的危險(xiǎn)因子——LP(a)檢測(cè)的敏感性和特異性。
六、按分子量大小進(jìn)行非濃縮尿蛋白電泳,區(qū)分尿蛋白類型
尿蛋白電泳可將尿液中各種蛋白質(zhì)分離用于區(qū)分尿蛋白類型,可在無(wú)操作的情況下,協(xié)助臨床判斷腎臟損傷的部位。國(guó)內(nèi)部分實(shí)驗(yàn)室采用SDS-PAGE盤狀電泳進(jìn)行尿蛋白分離,該法具有局限性,耗時(shí),操作繁瑣,標(biāo)本要求高,尿液需預(yù)濃縮,不適于臨床實(shí)驗(yàn)室廣泛開展。SDS=AGE電泳不需預(yù)濃縮,尿蛋白電泳后呈現(xiàn)出中、高分子量蛋白區(qū),帶主要反應(yīng)腎小球病變;呈現(xiàn)出低分子量蛋白區(qū)帶,可見(jiàn)于腎小管病變及溢出性蛋白尿;混合性蛋白尿則可見(jiàn)到大、中、小各種分子量區(qū)帶,示腎小球及腎小管均受累及。掃描儀可對(duì)電泳后尿液中蛋白質(zhì)剖象進(jìn)行掃描,求出百分比,以顯示腎小球或腎小管損傷程度,其電泳圖譜及掃描圖形可作國(guó)資料永載,利于分析比較。醫(yī)|學(xué)教育網(wǎng)搜集整理該技術(shù)的最大進(jìn)步是尿液不需預(yù)濃縮,操作簡(jiǎn)便,結(jié)果清晰,僅需三小時(shí)即可完成試驗(yàn),還備有完整的定性標(biāo)準(zhǔn),易于量化,便于分析,對(duì)腎臟疾的診斷,鑒別診斷,指導(dǎo)治療和判斷愈合頗有價(jià)值。
近期發(fā)展起來(lái)的毛細(xì)管電泳是一種新型的區(qū)帶電泳,又稱毛細(xì)管帶電泳。它是在毛細(xì)管中裝入緩沖液,在其一端注入樣品,在毛細(xì)管兩端加直流高電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的分離,他離后的樣品依次通過(guò)設(shè)在毛細(xì)管一端的檢測(cè)器檢出。毛細(xì)管電泳在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用也十分廣泛,從所檢測(cè)樣品的來(lái)源看可分為尿樣、血漿、血清、腦脊液、紅細(xì)胞、其他體液或組織,以及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物活體等。從分離對(duì)象看包括蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、糖、酶、DNA、寡核苷酸、病毒、小和生物活性分子、離子、藥物及其代謝產(chǎn)物等。根據(jù)用途可分為臨床疾病診斷、臨床蛋白質(zhì)分析、臨床藥物分析、代謝研究、病理研究、同工酶分析、PCR產(chǎn)物分析、DNA片段及序列分析等。由于它具有無(wú)法比擬的高效和快速性,因而受到越來(lái)越多科學(xué)家們的重視。
中國(guó)的電泳技術(shù)起步不算太晚,但由于種種原因,大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室仍采用較落后的電泳設(shè)備。隨著國(guó)際、國(guó)內(nèi)科技發(fā)展的日新月異和檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)發(fā)展的突飛猛進(jìn),電泳技術(shù)也在不斷發(fā)展和更新,其在臨床醫(yī)學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域中有著極其廣泛的應(yīng)用價(jià)值,相信隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展必將越來(lái)越受到同道們的青睞。