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簡介
凝集素是動物細胞和植物細胞都能夠合成和分泌的、能與糖結(jié)木菠蘿凝集素合的蛋白質(zhì),在細胞識別和粘著反應中起重要作用,主要是促進細胞間的粘著。凝集素具有一個以上同糖結(jié)合的位點，因此能夠參與細胞的識別和粘著,將不同的細胞聯(lián)系起來。
其常見種類見表6-1。常用的為植物凝集素（Phytoagglutin, PNA），通常以其被提取的植物命名，如刀豆素A（Conconvalina,ConA）、麥胚素（Wheat germ agglutinin, WGA）、花生凝集素（Peanut agglutinin, PNA）和大豆凝集素（Soybean agglutinin, SBA）等，凝集素是它們的總稱。凝集素不是來源或參與免疫反應的產(chǎn)物，凝集素具有的某些“親合”特性，能被免疫細胞化學技術方法所應用。因此，Ponder（1983）提出應稱“凝集素組織化學”而不能稱為“凝集素免疫組織化學”。
雖然人們認為在植物中凝集素的功能是結(jié)合細胞表面上的糖蛋白，然而在動物中它的功能也包括結(jié)合可溶性的細胞外或細胞內(nèi)糖蛋白。舉例來說，有一種凝集素被發(fā)現(xiàn)在哺乳類動物肝細胞的表面上，能夠?qū)Ｒ恍缘淖R別乳糖殘基。人們相信這些細胞表面上的接受器是負責將循環(huán)系統(tǒng)中的特定糖蛋白移除。另一個例子是甘露糖-6-磷酸接受器能夠識別含有此種殘基的水解酵素，隨后標定這些蛋白將其送至溶小體。它們提供許多不同的生物功能——從細胞附著的調(diào)控，到糖蛋白合成，以及血液中蛋白質(zhì)的濃度。凝集素也能夠借由識別僅在病原中發(fā)現(xiàn)或是無法進入宿主細胞的的糖類而在免疫系統(tǒng)中扮演重要的角色。
植物凝集素
植物凝集素是來源于植物的一類能凝集細胞和沉淀單糖或多糖復合物的非免疫來源的非酶蛋白質(zhì)。由于其對于單糖或糖復合物特異性結(jié)合的能力，使得其在如信號轉(zhuǎn)導、免疫反應、植物防御等諸多信號過程中均具有重要作用。同時植物凝集素具有細胞凝集、抗病毒、抗真菌及誘導細胞凋亡或自噬等多種能力，因此在生命科學、醫(yī)學及農(nóng)業(yè)方面均有較好的研究價值和應用前景。
凝集素是指非免疫來源的糖結(jié)合蛋白或糖蛋白，并應有使細胞凝集或糖復合物沉淀的能力。此定義包含三個要點：(1)凝集素是蛋白質(zhì)或糖蛋白；(2) 凝集素必須有專一的與糖基結(jié)合的特性，但是排除了免疫來源的針對糖基的抗體；(3) 因為規(guī)定了能使細胞凝集或是糖復合物沉淀的特性，所以凝集素分子必須具有兩個或更多糖結(jié)合位點，這樣把一些雖有糖結(jié)合能力但是糖結(jié)合位點僅有一個的酶、轉(zhuǎn)運蛋白、激素、毒素等排除在外。凝集素可以識別糖蛋白和糖脂中復雜的碳水化合物結(jié)構(gòu)，也識別細胞膜表面的糖基，因此，凝集素可以作為研究細胞膜結(jié)構(gòu)的有利工具。此外，凝集素由于具有多價結(jié)合能力，能與熒光素、酶、生物素、鐵蛋白及膠體金等結(jié)合而不影響其生物活性，因此，凝集素也可用于免疫細胞化學的研究，以及腫瘤的診斷評價等。凝集素蛋白至少包含一個可以結(jié)合碳水化合物的結(jié)構(gòu)域，基于此，凝集素可以被分成主要的四類，部分凝集素(merolectins)、全凝集素 (hololectins)、超凝集素 (superlectin)以及嵌合凝集素 (chimerolectins)。
純化的凝集素對于臨床應用非常重要，因為它能夠用來鑒定血型。有些存在人類紅血球上的糖脂質(zhì)以及糖蛋白能夠經(jīng)通過凝集素來鑒定。一種來自于雙花扁豆（Dolichos biflorus）的凝集素，經(jīng)鑒定后發(fā)現(xiàn)可識別A1血型。來自于植物Ulex europaeus（重瓣刺金雀/荊豆/烏樂樹）的凝集素，經(jīng)鑒定后發(fā)現(xiàn)可識別H血型抗原，而來自于植物Vicia gramineae（野豌豆屬禾本科）的凝集素則可識別N血型抗原。
凝集素在植物中的真正功能還有待研究，而是否僅具細胞附著功能依然還有疑問。凝集素在種子中大量表現(xiàn)（通常自種子中純化），并且隨著植物生長而減少，這顯示其在植物發(fā)芽或種子自我生存中扮演了重要角色。
凝集素被視為免疫系統(tǒng)中的直接演化前身，而且它們至今依然在此扮演重要角色 - 凝集素補體激活途徑、甘露糖結(jié)合凝集素、S、P、E凝集素,等等。
豆科植物中的凝集素已被廣泛的作為模式生物來了解蛋白質(zhì)如何識別糖類的分子基礎，因為它們相對容易取得而且具有廣泛的糖類種類。許多凝集素的晶體結(jié)構(gòu)也揭示了糖類與蛋白質(zhì)之間的原子作用。
應用
一般認為細胞膜上特定的糖基可用以區(qū)別細胞的類型和反映細胞在分化、成熟和腫瘤細胞性變中的變化。僅在某些特殊的例子，其細胞結(jié)合凝集素的性能可以預先估計，如雙花扁豆素之于血型A物質(zhì)的特異性，荊豆凝集素之于血型O物質(zhì)2—L—巖藻糖的特異性，然而在絕大多數(shù)情況下，關于由凝集素所識別的碳水化合物決定簇的種類，關于攜帶決定簇的分子的性質(zhì)和機能，完全憑實驗經(jīng)驗去發(fā)現(xiàn)。
細胞分化標志：
作為細胞分化和成熟的標記 應用凝集素作為細胞分化的標志，在這方面的應用報告最多，而且研究比較集中于血細胞，特別是淋巴細胞的分群。如Rose（1980）等發(fā)現(xiàn)在小鼠胸腺皮質(zhì)內(nèi)不成熟的T淋巴細胞呈PNA陽性反應，在小鼠小腸集合淋巴小結(jié)的生發(fā)中心也發(fā)現(xiàn)有20%左右的PNA陽性反應細胞，后者是否屬于不成熟的T淋巴細胞，是值得進一步研究的問題。Newman等（1979）以熒光素標記凝集素PNA，發(fā)現(xiàn)在大鼠乳腺上皮的不同分化時期顯示不同的熒光強度。在不成熟的大鼠乳腺上皮細胞，熒光弱或無，隨著性成熟期到妊娠期乳腺上皮熒光程度逐漸加強，而泌乳期熒光強度達最高峰。在皮膚角質(zhì)細胞自基底向表層分化、成熟的過程中，細胞表面的碳水化合物的分布和性質(zhì)都在改變。Brabed等（1981）應用新生大鼠皮膚的實驗表明，皮膚各層細胞分別與不同的凝集素相結(jié)合。麥芽素與角質(zhì)化細胞相結(jié)合，蓖麻素與棘細胞和基底細胞相結(jié)合，而荊豆凝集素標記在棘細胞的表面。在成肌細胞（myeoblast）的分化與成熟過程中，Winaod 和Luzzati（1975）注意到類似的皮膚的改變。
細胞特殊類型標記：
凝集素
管內(nèi)皮細胞上，電鏡觀察顯示DBA結(jié)合在內(nèi)皮細胞的表面，在趣的是在RIII品系小鼠某些組織的內(nèi)皮細胞顯示肯定的DBA陰性反應，說明同一種屬動物的血管內(nèi)皮細胞也存在有組織特異性的差別。Streit和Kreutzberg（1987）發(fā)現(xiàn)Griffonia Simplicifolia凝集素特異性標記面神經(jīng)節(jié)內(nèi)的小膠質(zhì)細胞，其它類型的膠質(zhì)細胞如星狀膠質(zhì)細胞（astrocyte）等都顯示陰性反應。在切斷面神經(jīng)后，增殖的小膠質(zhì)細胞對Griffonia Simplicifolia凝集素的反應加強，免疫電鏡觀察表明，凝集素主要沉積在細胞膜或小膠質(zhì)細胞突起的軸膜表面，特異性結(jié)合糖基是α—D—半乳糖。上海醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院免疫病理室應用12種凝集素（表6-1）對人胚胎及各種正常組織進行了系統(tǒng)的凝集素受體的定位研究，結(jié)果表明，凝集素受體的分布并無即定規(guī)律可尋。如胃粘膜主細胞為PNA受體，而壁細胞為BSL受體，雙花扁豆受體（DBA）主要出現(xiàn)在大腸部份。
伴有細胞膜的改變：
在腫瘤中凝集素結(jié)合的改變 腫瘤細胞伴有細胞膜的改變，細胞膜上的糖基也會產(chǎn)生相應的變化，可用凝集素檢測出來。大量研究發(fā)現(xiàn)，凝集素可作為腫瘤組織源性的標記、腫瘤特異性診斷的標志、腫瘤惡性的標記和不同腫瘤的分化標記。如張華忠等（1987）報道115例胃癌標記PHA陽性率高達90.43%，而正常胃粘膜基本是陰性，故認為PHA是胃癌的診斷性標志。BSA對乳腺惡性腫瘤陽性率達79%，而對良性病變均呈陰性反應，提示BSA可能為乳腺惡性腫瘤的相關標志。凝集素還有助于判別腫瘤的組織類型，如神經(jīng)系統(tǒng)星形細胞瘤ConA陽性，小膠質(zhì)細胞瘤陰性，腎腺癌UEA1陰性，透明細胞癌陽性。
化學應用
凝集素可為熒光素、酶和生物素等所標記，分別進行下列染色法：
直接法
標記物直接標記在凝集素上，使之直接與切片中的相應糖蛋白或糖脂相結(jié)合。
（1）切片脫蠟至水。
（2）凝集素標記物（100μg/ml），室溫，30min。
（3）TBS洗3次，每次2min。
（4）如為熒光素標記物，封片用熒光顯微鏡觀察。如為酶標記物，則應依次進行呈色、脫水、透明和封固后在光學顯微下觀察。
直接法的優(yōu)點是簡便，商品用的凝集素藥盒已能購得。但靈敏性不夠高。
間接法
凝集素受體表達
抗體上。
（1）脫蠟至水。
（3）凝集素稀釋液（100μg/ml）孵育30min。
（4）TBS洗3次，每次2min。
（5）用標記了的抗凝集素抗體（1：100）孵育30min。
（6）TBS洗3次，每次2min。
（7）呈色、脫水、透明、封片。
（8）觀察。
間接法染色還可進一步改良為：①三步法：即在凝集素孵育后，接著用抗凝集素抗體孵育，再用標記了的抗-抗凝集素抗體孵育，層層放大，進一步提高其敏感性，PAP復合物也可作為標記物標記在抗-抗凝集素抗體上。②抗生物素—生物素凝集素法：用結(jié)合了生物素的凝集素孵育切片后，TBS洗后再以抗生物素—標記物與之結(jié)合。間接法較直接法和直接法敏感性高5～10倍或更多一些，但必須購買或自制抗凝集素抗體。
糖—凝集素—糖法：
本法是利用過量的凝集素與組織切片中特定的糖基相結(jié)合。經(jīng)沖洗后，凝集素上還存在未被占用的結(jié)合部位，將這些部位與有過氧化物酶標記的特異性糖基相結(jié)合，形成一個三明治樣的糖—凝集素—糖的結(jié)合物。
（1）脫蠟至水。
（2）用含3%的H2O2的甲醇阻斷內(nèi)源性過氧化物酶10min。
（3）用100μg/ml的凝集素孵育30min。
（4）TBS洗3次，每次3min。
（6）TBS洗3次，每次3min。
（7）DAB呈色、脫水、透明、封固。
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