4 種鄰苯二甲酸酯塑化劑人工抗原的合成及免疫檢測

賴 丹，鄭盛武，趙肅清（廣東工業大學輕工化工學院，廣東 廣州 510006）

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4 種鄰苯二甲酸酯塑化劑人工抗原的合成及免疫檢測

賴 丹，鄭盛武，趙肅清*
（廣東工業大學輕工化工學院，廣東 廣州 510006）

摘 要：以4-硝基鄰苯二甲酸為原料，衍生合成4 種結構類似物，并分別通過重氮化法和活潑酯法與載體蛋白牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）和卵清白蛋白（ovalbumin，OVA）偶聯制得人工抗原。利用紫外光譜掃描和十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electroporesis，SDS-PAGE）檢測鑒定人工抗原，并用4 種與BSA偶聯的人工抗原作免疫原免疫新西蘭大白兔。利用酶聯免疫吸附實驗（enzymelinked immunosorbent assay，ELISA）檢測抗體靈敏度和特異性。經紫外光譜和SDS-PAGE證實人工抗原偶聯成功，經免疫分析法檢測抗體效價，4-氨基鄰苯二甲酸二丁酯-BSA（dibutyl 4-aminophthalate-BSA，DBAP-BSA）抗體效價達到1∶64 000，4-戊二單酰鄰苯二甲酸二丁酯-BSA（dibutyl 4-carboxylphthalte-BSA，DBCP-BSA）、4-氨基鄰苯二甲酸二異丁酯-BSA（diisobutyl 4-aminophthalate-BSA，DiBAP-BSA）和4-氨基鄰苯二甲酸二環己酯-BSA（dicyclohexyl 4-aminophthalate-BSA，DCHAP-BSA）抗體效價均達到1∶128 000。DBAP-BSA、DBCP-BSA、DiBAP-BSA和DCHAP-BSA分別對鄰苯二甲酸二丁酯（dibutyl phthalate，DBP）、DBP、鄰苯二甲酸二異丁酯（diisobutyl phthalate，DiBP）和鄰苯二甲酸二環己酯（dicyclohexyl phthalate，DCHP）4 種抗體的IC50值為0.305、0.268、0.104、0.247 μg/mL。四者之間交叉反應率低，反應特異性較好。

關鍵詞：鄰苯二甲酸酯；人工抗原；抗體

引文格式：

賴丹,鄭盛武,趙肅清.4 種鄰苯二甲酸酯塑化劑人工抗原的合成及免疫檢測[J].食品科學,2016,37(5):114-120.

LAI Dan,ZHENG Shengwu,ZHAO Suqing.Synthesis of artificial antigens for immunoassay of four phthalate esters[J].Food Science,2016,37(5):114-120.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605021.http://www.spkx.net.cn

鄰苯二甲酸酯（phthalate esters，PAEs）又稱鈦酸酯、塑化劑，該類化合物一般為無色油狀黏稠液體，易溶于有機溶劑，難溶于水，凝固點低，常溫不易揮發[1]。鄰苯二甲酸酯是重要的有機化工產品，目前在工業上主要用作聚氯乙烯等橡膠材料的增塑劑和軟化劑，使用量約占全部增塑劑消費量的70%左右[2]。鄰苯二甲酸酯與產品基質間通過氫鍵和范德華力結合，容易隨著時間的推移，慢慢從塑料中遷移到周圍環境，特別是在高溫環境下更易向牛奶、肉類等含油脂性食品中遷移[3]。研究表明，PAEs是一種具有生殖毒性和遺傳毒性的環境激素，對人體有致畸形、致癌、致突變等影響[4]。Pogribny 等[5]研究發現，給飼養中的雄性大鼠喂食鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯（diethylhexyl phthalate，DEHP）后，會導致大鼠體內過氧化物酶體的增生，新陳代謝改變等，誘導腫瘤形成和肝細胞發生癌變。O’brien等[6]對聚丙烯（polypropylene，PP）塑料中鄰苯二甲酸酯向橄欖油中的遷移進行研究發現，隨著溫度的升高鄰苯二甲酸酯的遷移量增大，時間延長遷移也逐漸增加。

目前對鄰苯二甲酸酯的檢測方法主要有氣相色譜（gas chromatography，GC）[7]、高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）[8]、氣相色譜質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）[9]和液相色譜-質譜聯用（liquid chromatography-mass spectrometer，LC-MS）[10]等。但這些方法需要昂貴的儀器，復雜的操作，樣品前處理復雜，不適用于大量樣品的快速檢測[11]。國內外有關免疫分析方法檢測鄰苯二甲酸酯的報道較少。免疫分析法具有特異性強、靈敏度高、方便快捷、分析容量大、檢測成本低、安全可靠等優點，可以滿足簡單、快速、靈敏檢測鄰苯二甲酸酯的要求[12]。國外研究者利用免疫分析法主要側重于鄰苯二甲酸酯塑化劑對動物體毒理性質的研究。如Shea[13]研究了DEHP和鄰苯二甲酸二異壬酯（diisononyl phthalate，DINP）對兒童健康的影響。國內工作者利用免疫分析法主要側重于塑化劑抗原抗體的制備及樣品中塑化劑含量的測定。如Wei Chenxi等[14]采用將半抗原直接包被于聚苯乙烯微量滴定板上的酶聯免疫吸附實驗方法來檢測鄰苯二甲酸二丁酯（dibutyl phthalate，DBP）。目前還未有從塑化劑的空間結構來探討對抗體靈敏度的影響的研究。

本研究以4-硝基鄰苯二甲酸為原料，通過酯化、還原反應改造衍生，合成了4 種不同結構的半抗原衍生物，分別經過重氮化法和活性酯法與牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）和卵清蛋白（ovalbumin，OVA）偶聯反應，合成8 種人工抗原，為進一步建立免疫分析方法檢測鄰苯二甲酸酯塑化劑提供可靠的免疫原。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

4-硝基鄰苯二甲酸（純度≥99%） 百靈威化學試劑有限公司；亞硝酸鈉、鹽酸 天津大茂化學試劑有限公司；二環乙基碳二亞胺（dicyclohexylcarbodiimide，DCC）、N-羥基琥珀酰亞胺（N-hydroxy succinimide，NHS）、牛血清白蛋白（BSA，98.6%）、卵清蛋白（OVA，98%）、弗氏完全佐劑與不完全佐劑 美國Sigma公司；羊抗兔IgG-HRP二抗 武漢博士德生物工程有限公司；脫脂奶粉、四甲基聯苯胺（3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine，TMB） 廣州威佳生物科技有限公司；SPF級雌性新西蘭大白兔 廣東省醫學實驗動物中心；96孔可拆酶標板 廈門市云鵬科技發展有限公司。

包被緩沖液（0.1 mol/L pH 9.6的碳酸鹽緩沖液）：Na2CO30.75 g、NaHCO31.46 g，加蒸餾水至500 mL；封閉液：含質量分數為3%脫脂奶粉的磷酸鹽緩沖溶液（phosphate buffer，PBS）；洗滌緩沖液（PBS containing 0.05% Tween 20，PBST）：含0.05%吐溫-20 的0.01 mol/L pH 7.4的PBS溶液；抗體稀釋液：含質量分數為1%脫脂奶粉的PBS溶液；底物緩沖液（pH 5.0的磷酸-檸檬酸緩沖液）：0.2 mol/L Na2HPO425.7 mL、0.1 mol/L檸檬酸24.3 mL、蒸餾水50 mL；底物緩沖液10 mL：10 mg TMB溶于5 mL無水乙醇；終止液（2 mol/L H2SO4）：10.9 mL 98%的濃硫酸加89.1 mL蒸餾水。

1.2儀器與設備

TU-1901紫外-可見分光光度儀 北京譜析通用儀器有限責任公司；RT-2100C型酶標儀 雷杜生命科學股份有限公司；AUY220電子天平 日本島津公司；DF-101S型磁力加熱攪拌器 江蘇省金壇市正基儀器有限公司；DYY-6C電泳儀 北京六一儀器廠。

1.3 方法

1.3.1半抗原衍生物的合成

稱取20 g（0.095 mol）4-硝基鄰苯二甲酸，加入26 mL正丁醇，攪拌下加入3.3 mL濃H2SO4催化，120 ℃攪拌回流7 h后，蒸餾除去未反應的正丁醇和生成的水。趁熱倒入冰水中，油狀粗品用質量分數為10% Na2CO3洗滌至水層無色（pH值為7～8）后，分離出油狀物，用無水乙醇溶解除去不溶物，加熱后除去少量乙醇，趁熱置冰箱中冷卻，得到黃色油狀液體。同理合成異丁酯和二環己酯時，只需將正丁醇用異丁醇和環己醇代替即可。

利用H2還原硝基，鈀碳催化反應，得到產物4-氨基鄰苯二甲酸二丁酯（dibutyl 4-aminophthalate，DBAP）、4-氨基鄰苯二甲酸二異丁酯（diisobutyl 4-aminophthalate，DiBAP）和4-氨基鄰苯二甲酸二環己酯（dicyclohexyl 4-aminophthalate，DCHAP）。再將部分DBAP與戊二酸酐反應，經分離提純后得到黃色油狀液體4-戊二單酰鄰苯二甲酸二丁酯（dibutyl 4-carboxylphthalte，DBCP）。4 種半抗原衍生物的結構式如圖1所示。

圖1　4 種半抗原衍生物結構式圖Fig.1 Structures of hapten derivatives

1.3.2人工抗原的合成

參照參考文獻[15]，將DBAP、DiBAP和DCHAP利用重氮化法分別與載體蛋白BSA偶聯。參照參考文獻[16]，將DBCP與BSA利用DCC法進行偶聯。由此得到免疫原偶聯物DBAP-BSA、DiBAP-BSA、DCHAP-BSA和DBCP-BSA。

包被抗原的制備步驟與上同，只是用OVA代替BSA作載體蛋白。

1.3.34種分子與BSA偶聯物的鑒定

1.3.3.1紫外分光光度計法鑒定

利用PBS調零，分別將稀釋到一定濃度的半抗原衍生物、BSA、OVA、4 種免疫原和4 種包被原在200～600 nm波長范圍內進行紫外吸收光譜掃描。并以紫外分光光度法估算偶聯物的結合比[17]。

1.3.3.2十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electroporesis，SDS-PAGE）鑒定[18-19]

配制10%的分離膠和5%的濃縮膠，取10 μL樣品溶液與上樣緩沖液的混合液上樣。濃縮膠電壓60 V，待指示劑移動到分離膠后，將電壓升至120 V，待指示劑接近分離膠下端邊緣后關閉電源。用考馬斯亮藍R-250染色20 min，用乙酸-甲醇水溶液脫色，直至背景脫凈，期間換液數次。

1.3.4動物免疫

以BSA偶聯物作免疫原，用PBS（pH 7.4）溶液稀釋至1 mg/mL，稀釋液與等體積的弗氏完全佐劑充分乳化，對8 只成年健康雌性新西蘭大白兔進行背部多點注射和肌肉注射。用DBAP-BSA免疫1號和2號兔子，DBCP-BSA免疫3號和4號兔子，DiBAP-BSA免疫5號和6號兔子，DCHAP-BSA免疫7號和8號兔子。3 周后再次免疫改用等量的弗氏不完全佐劑，以后每隔兩周免疫一次，免疫后第7～10天耳緣靜脈取血。

1.3.5間接競爭酶聯免疫吸附實驗（indirect competitive enzyme-linked immunosorbent assay，icELISA）條件的優化

為建立高性能的icELISA分析法，本實驗對免疫分析實驗中部分重要反應條件進行了優化，主要有包被抗原、抗體、二抗的反應濃度，包被抗原的包被時間，抗原抗體反應時間，二抗反應時間，緩沖溶液的pH值以及離子強度等。

1.3.6血清抗體的間接ELISA（indirect ELISA，iELISA）檢測

采用i ELISA檢測血清的效價，當陽性血清的OD450 nm值≥陰性對照孔的2.1 倍并且陽性血清的OD450 nm值大于0.1時，此時血清的稀釋倍數即為血清的效價。采用條件優化后的icELISA[20]檢測抗體靈敏度。以標準品質量濃度的自然對數為橫坐標，B/B0為縱坐標，建立競爭抑制曲線。

1.3.7交叉反應

與半抗原有著共同結構的其他物質也有可能與抗體反應結合，造成假陽性的現象，從而干擾實驗結果。為解決這個問題，可以通過抗體與抗原類似物交叉反應的大小來表征該酶聯免疫反應的特異性。采用icELISA法測定8 種塑化劑結構類似物IC50的濃度，計算各類似物與多克隆抗體的交叉反應率[21-22]。

2　結果與分析

2.1人工抗原的紫外光譜鑒定

經紫外-可見分光光度計掃描，得到半抗原衍生物、載體蛋白和人工抗原的紫外光譜圖，結果見圖2。偶聯的每個人工抗原的特征吸收峰均有位移和峰增強的現象，與相應的半抗原衍生物和蛋白的特征吸收峰既有區別又有聯系，由此可以說明人工抗原偶聯成功。根據紫外分光光度法估算人工抗原的偶聯比分別為DBAPBSA（15∶1）、DBAP-OVA（19∶1）、DBCP-BSA （14∶1）、DBCP-OVA（19∶1）、DiBAP-BSA （16∶1）、DiBAP-OVA（21∶1）、DCHAP-BSA （16∶1）、DCHAP-OVA（19∶1）。

圖2　人工抗原紫外光譜分析鑒定Fig.2 Ultraviolet scanning of artificial antigens

2.2SDS-PAGE分析鑒定

人工抗原及蛋白的SDS-PAGE結果如圖3所示，人工抗原的條帶均與載體蛋白的不同，相比于載體蛋白的條帶發生滯后的現象，這說明人工抗原的分子質量均比載體蛋白的分子質量大。由此可推斷，半抗原衍生物與載體蛋白偶聯成功。

圖3　人工抗原的SDS-PAGEE結果Fig.3 SDS-PAGE patterns of artificial antigens

2.3icELISA實驗條件優化結果分析

4 種包被抗原經方陣滴定法確定最佳包被質量濃度除DCHAP-OVA為1 μg/mL外，其他均為2 μg/mL，DBAP-BSA、DBCP-BSA、DiBAP-BSA、DCHAP-BSA血清稀釋度分別為1∶4 000、1∶32 000、1∶8 000、1∶6 000。二抗加入量的優化如圖4所示，二抗的稀釋度除DBAP-BSA （1∶3 000）外，其他均為1∶4 000時最佳。包被抗原包被時間經優化后均為37 ℃反應1 h較好。抗原抗體反應時間的優化結果見圖4，DBAP-BSA為3 h，DiBAP-BSA為2.5 h，DBCP-BSA和DCHAP-BSA均為2 h。由二抗反應時間的優化結果得知均為3 h最佳。緩沖溶液的pH值均為7.5，即反應在中性條件下進行較好，如圖4所示。PBS緩沖溶液的濃度均為0.01 mol/L較好。

圖4　icELISA中重要反應條件的優化Fig.4 Optimization of important icELISA conditions

2.4血清效價檢測

對每只兔子進行5 次免疫后耳緣靜脈取血，經過離心得到抗血清，采用間接ELISA法檢測抗體效價，結果見表1。注射DBAP-BSA抗原的兩只兔子血清效價均達到1∶64 000，而注射DBCP-BSA、DiBAP-BSA和DCHAP-BSA抗原的6 只兔子的血清效價均達到1∶128 000。

表1　血清效價測定結果（n=3）Table 1 Detection results of serum titers(n　=　3)

2.5抑制曲線的繪制

根據上述優化的實驗條件，利用icELISA法測定加入一系列不同質量濃度的標準品溶液后的OD450 nm值，標準品分別為DBP、DBP、鄰苯二甲酸二異丁酯（diisobutyl phthalate，DiBP）和鄰苯二甲酸二環己酯（dicyclohexyl phthalate，DCHP），測定半抑制濃度（IC50），繪制線性工作曲線，結果如圖5所示，4 種抗體的IC50值分別為：DBAP-BSA（0.305 μg/mL）、D B C P - B S A（0 .2 6 8 μ g/m L）、D i BA P - B S A （0.104 μg/mL）、DCHAP-BSA（0.247 μg/mL）。最低檢測限分別為：DBAP-BSA（52.9 ng/mL）、DBCP-BSA （35.5 ng/mL）、DiBAP-BSA（8.7 ng/mL）、DCHAP-BSA（11.9 ng/mL）。最佳工作范圍分別為：DBAP-BSA（81.960～1 138.037 ng/mL）、DBCPBSA（55.720～832.945 ng/mL）、DiBAP-BSA （16.753～857.328 ng/m L）、DCHAP-BSA （63.997～1 222.221 ng/mL）。

圖5　4 種抗體的線性工作曲線Fig.5 Linear working curves

2.6交叉反應結果

通過交叉反應檢測抗體特異性，其交叉反應率見表2。4 種抗體除與相應的標準品反應外，其他的塑化劑結構類似物與對應抗體的交叉反應率均小于5%。可能是由于DBP和DBAP有著共同的結構，即苯環均連接了兩個丁酯，這個結構起著抗原決定簇的功能，所以兩者均容易被抗體DBAP-BSA和DBCP-BSA識別，以至于DBP與抗體DBAP-BSA的交叉反應率為90.5%，DBAP與抗體DBCP-BSA的交叉反應率為82.6%，兩者與其他結構類似物的交叉反應率均小于5%。由此說明得到的4 種抗體的特異性較好。

表2　塑化劑抗體與相關化合物的交叉反應率Table 2 Cross-reactivity of the antibodies against related compounds %

3　討 論

鄰苯二甲酸酯類塑化劑是重要的化工原料，廣泛應用于生活中。因其具有生殖毒性和遺傳毒性，對人類健康造成嚴重危害。尤其在“臺灣塑化劑事件”[23]和“白酒塑化劑食品安全風波”[24]后，我國對塑化劑指標也進行了嚴格監管。目前，酶聯免疫分析方法已被廣泛應用于PAEs的快速檢測，而要建立高靈敏的ELISA法關鍵在于制備特異性強的抗體。歸根結底，即使用的人工抗原應充分暴露出半抗原的表征結構[25-27]。

本實驗分別合成了DBAP、DBCP、DiBAP和DCHAP 這4 種半抗原衍生物結構類似物，利用偶聯制得相應的人工抗原對新西蘭大白兔進行免疫，得到4 種抗體，并對ELISA實驗條件進行反應優化，可知：1）DBAP-BSA抗體的最低檢測限（52.9 ng/mL）最大，但與Xu Fei等[28]的研究結果64.5 ng/mL比較相近。由此說明實驗所獲得的4 種抗體具有可行性。2）DBAP-BSA抗體效價低于其他3 種抗體，其血清稀釋度最小，二抗使用量略高，抗原抗體反應時間最長，最后得到的IC50值最大，其次是DBCP-BSA和DCHAP-BSA抗體，DiBAP-BSA抗體IC50最小。從結構上分析可能原因：具有支鏈結構的抗原更容易得到特異性強的抗體；DBCP特征結構的空間位阻大，所以DCHAP-BSA抗體的IC50值比DiBAP-BSA抗體大；DBCP具有5 個碳的伸長臂，比DBAP更好地將特征結構暴露，所以DBCP-BSA抗體的特異性比DBAP-BSA抗體強。本研究合成的4 種塑化劑結構類似物，對下一步抗體的制備及免疫分析檢測提供了可靠的免疫原。

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Synthesis of Artificial Antigens for Immunoassay of Four Phthalate Esters

LAI Dan,ZHENG Shengwu,ZHAO Suqing*
(School of Chemical Engineering and Light Industry,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)

Abstract:Four hapten derivatives were obtained from 4-nitrophthalic acid through esterification and reduction.In order to prepare artificial antigens,the hapten derivatives were coupled with the carrier proteins bovine serum albumin(bovine serum albumin,BSA)and ovalbumin(OVA)by diazotization method and activated ester method respectively.The successful synthesis of artificial antigens was identified by ultraviolet spectroscopy(UV)and sodium dodecyl-sulfate polyacrylamide gel electroporesis(SDS-PAGE).New Zealand white rabbits were injected with each of the four artificial antigens coupled with BSA.The sensitivity and specificity of antibodies were determined by enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA).The results showed that the titer of DBAP-BSA(dibutyl 4-aminophthalate-BSA)antibody was 1:64 000 and the titers of all three other antibodies were 1:128 000.The IC50values of DBAP-BSA,DBCP-BSA(dibutyl 4-carboxylphthalte-BSA),DiBAP-BSA(diisobutyl 4-aminophthalate-BSA)and DCHAP-BSA(dicyclohexyl 4-aminophthalate-BSA)against DBP(dibutyl phthalate),DBP,DiBP and DCHP were 0.305,0.268,0.104 and 0.247 mg/mL,respectively.The cross-reactivity with each other was small.Therefore,the antibodies had high sensitivity and specificity.The successful synthesis of four hapten derivatives made it possible to prepare polyclonal antibodies and establish immunoassay.

Key words:phthalic acid ester; artificial antigen; antibody

中圖分類號：TQ32

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）05-0114-07

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605021 10.7506/spkx1002-6630-201605021.http://www.spkx.net.cn

*通信作者：趙肅清（1969—），男，教授，博士，研究方向為抗體制備及免疫分析。E-mail：sqzhao@gdut.edu.cn

作者簡介：賴丹（1988—），女，碩士研究生，研究方向為生物化學。E-mail：laidan820@163.com

基金項目：國家自然科學基金面上項目（41271340）；廣東省自然科學基金項目（2013040013021；S2013030013338）

收稿日期：2015-04-01