临床蛋白电泳及进展/基本知识/概述

分散介质中的带电粒子在直流电场的作用下，向着与其电性相反的电极移动的现象称为电泳（electrophoresis）。蛋白质为两性电解质，在不同pH溶液中带不同的电荷，从而在直流电场中能够泳动，这就是蛋白质的电泳现象。1937年瑞典化学家Tiselius首先建立了蛋白质的界面电泳技术，并成功地将血清蛋白质分成几个组分。从此以后，随着电泳技术的不断发展，蛋白电泳成为蛋白质化学研究和临床实验诊断中必不可少的重要方法。目前电泳方法可分为：自由界面电泳和区带电泳两大类。因区带电泳应用比较广泛，故本文将主要介绍蛋白质区带电泳技术在临床实验诊断中的一些应用和研究进展。

一、基本知识

⒈电泳的基本原理不同物质的质点由于带电性质的不同，在一定的电场强度下移动的方向和速度不同。如溶液中有一电荷电量为Q的粒子，在一定强度的电场中移动，设电场强度为E，粒子的移动速度为v，v/E表示单位电场强度下带电粒子运动速度，称为迁移率（mobility），用μ表示，它与粒子半径（r），粒子的带电量（Q），溶液的粘度（η）有如下的关系：

以上公式仅适用于球形粒子，许多生物大分子如蛋白质上带有可电离的基团，在溶液中离解后形成的离子并非球形，因而实际测得的离子迁移率比以上公式算得的值要小一些。

设d为粒子移动距离，t为电泳时间，电场强度E为单位距离内的电位差（△U），L为两电极间的距离，则两物质A、B移动距离的差△d为：

由上式可知，物质A和物质B能否分离，取决于两者的迁移率。如果A和B的迁移率有足够大的差别，将能彼此分开。

⒉影响电泳的主要因素

⑴电场强度电场强度也称电位梯度，它是指单位长度的电位降。电场强度对电泳起重要的作用。电场强度愈大，则带电粒子的移动愈快。根据所用电场强度大小，可将电泳分为常压电泳（100～500V）和高压电泳（500～10000V）。常压电泳分离时间长，多用于分离蛋白质等大分子物质；高压电泳分离时间短，多用来分离氨基酸、多肽、核酸等小分子物质。

⑵溶液的pH值溶液的pH值决定了物质的解离程度，也决定了带电粒子所带的净电荷。溶液的pH值离等电点愈远，则粒子所带的电荷愈多，电泳速度愈快。在分离某一蛋白质混合物时，应选择适宜pH值，以利于各蛋白质组分的分离。为了使溶液pH值在电泳过程中恒定，须使用缓冲溶液。

⑶溶液离子强度离子强度影响粒子的电动电位（ξ电位），不宜过高或过低，一般最适宜的离子强度在0.02～0.2mol/kg.

⑷电渗在电场作用下液体对固体支持物的相对移动称为电渗。由于电渗现象往往与电泳同时存在，所以带电粒子的移动同时受电渗影响。如电泳方向与电渗相反，则实际电泳的距离等于电泳距离减去电渗的距离。在选择支持物时应注意尽量避免选用高电渗作用的物质。

⑸其它影响因素缓冲液的粘度，缓冲液与带点粒子的相互作用以及电泳时的温度变化等因素也都影响电泳的速度。

二、基本技术概述

⒈醋酸纤维素薄膜电泳醋酸纤维素是指纤维素的羟基乙酰化形成的纤维素醋酸酯，由该物质制成的薄膜称为醋酸纤维薄素薄膜医学教育网搜|索整理。它具有电渗小、分离速度快、分离清晰、血清用量少及操作简便等优点，现已广泛用于血清蛋白、血红蛋白、糖蛋白、脂蛋白和同工酶等的分离和测定。

⒉凝胶电泳凝胶电泳根据支持介质的不同可分为淀粉胶、琼脂糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶电泳等。琼脂糖凝胶孔径较大，对蛋白质一般不起分子筛作用，适用于分离同工酶及其亚型，大分子核酸等。聚丙烯酰胺凝胶具有分子筛作用，有更高的分辨率，普遍用于分离蛋白质及小分子核酸。

⒊等电聚焦电泳（isoelectricfocusing，IEF）等电点是蛋白质的一个重要性质，测定等电点的方法是在不同pH条件下测量蛋白质的电泳迁移率，然后用迁移率对pH作图，对应于迁移率为零的pH就是蛋白质的等电点。按照蛋白质等电点不同而进行分离的电泳方法称为蛋白质等电聚焦电泳。由于其分辨率可达到0.01pH单位，故特别适用于分离分子量相近而等电点不同的蛋白质组分。

⒋毛细管电泳（capillaryelectrophoresis，CE）毛细管电泳是八十年代初发展起来的一类高效、快速分离分析方法。同其它技术相比，毛细管电泳具有分辨率高、塔板数高、选择性好、定量准确、所需样品少等特点。毛细管电泳将电泳载体移到毛细管中后，克服了传统电泳的热扩散和试样扩散的难题，大大提高了分析的灵敏度。因而它是一种比传统电泳优越得多的分离分析技术。毛细管电泳可分为毛细管区带电泳、凝胶电泳、等速电泳、等电聚焦和胶束电动色谱等。

在生命科学中广泛使用的是毛细管区带电泳（capillaryzoneelectrophoresis，CZE）。毛细管区带电泳是近年发展起来的一种高效、快速的液相分离分析技术，有分离选择性高、检测灵敏度高、分离快速、操作简便和易自动化等特点，现已开始在临床实验诊断中得到逐步地应用。

三、临床应用及进展

⒈血清蛋白电泳人血清中含有一百种以上的可识别的蛋白质，这些蛋白质执行着许多重要的生理功能。在各种疾病期间，血清蛋白的总量和各个蛋白质组分的比例会发生改变，因此血清蛋白的总量和各个蛋白质组分的分析在临床诊断上有很重要的意义。

分析血清蛋白质各个组分变化最简单的方法就是血清蛋白电泳，采用醋酸纤维素薄膜或琼脂糖凝胶作为电泳的支持介质，血清蛋白电泳能产生5条或6条区带。采用淀粉胶或聚丙烯酰胺凝胶作为电泳的支持介质，由于它们的分子筛效应，其分辨率大大超过醋酸纤维素薄膜或琼脂糖凝胶，血清蛋白电泳能产生25条以上的区带。有关调查显示，现在各临床实验室血清蛋白电泳主要采用的是醋酸纤维素薄膜或琼脂糖凝胶电泳。聚丙烯酰胺凝胶电泳的结果复杂，难以解释，除特别的目的外很少用于临床。现在血清蛋白电泳在临床上主要用于以下几个方面：

⑴免疫缺陷病免疫缺陷病时，IgG低下较常见，而IgM和IgA低下较少见，血清蛋白电泳可粗略地判定IgG的量，严重的IgG免疫缺陷在血清蛋白电泳的γ区带可发生明显变化，故可采用血清蛋白电泳排除IgG免疫缺陷病。但这种方法不是十分可靠的，定量测定IgG、IgM和IgA有时是十分必要的。

⑵免疫应答由于血清中IgG、IgM和IgA的量各不相同，多克隆IgG和IgA的量分别超过20g/L和6g/L时，电泳时才能见γ区带发生明显区带扩散现象，而IgM在血清中的量较少，电泳时不易见明显变化，故电泳只能反映出IgG和IgA参与的显著的免疫应答。

⑶单克隆免疫球蛋白血症多发性骨髓瘤、淀粉样变、巨球蛋白血症、浆细胞病和淋巴瘤等在血浆中可能出现单克隆免疫球蛋白或其轻链，通过电泳可检测到这些异常分泌产物，在电泳α-γ区带间出现M蛋白峰，有助于疾病的临床诊断。

⑷炎症炎症时急性时相反应的结果是电泳时α1和α2球蛋白增加，这种改变是由于急性时相蛋白α1-抗胰蛋白酶和结合珠蛋白增加所引起的。但采用电泳法评价炎症时急性时相反应变化，其敏感度低于直接测定C反应蛋白。

⑸补体激活区带电泳β2区带的C3由于补体激活后消耗而减少，但C3不稳定其含量可因标本保存时间延长而减少。所以，定量测定C3或其降解产物更为可靠。

⑹营养不良及肝脏疾病营养不良及肝脏疾病可引起血浆中的某些蛋白质的减少。减少的蛋白质主要是白蛋白、前白蛋白、转铁蛋白和视黄醇结合蛋白。在临床上须注意鉴别的是，以上这些蛋白在炎症的急性时相反应时合成都减少，白蛋白还可因血管的通透性增加而在血液循环的过程中丢失。

⑺蛋白质丢失血清白蛋白可由肾病综合征通过肾脏、烧伤病人通过皮肤和节段性肠炎通过肠道丢失。血清白蛋白恢复至正常水平表示其病理状态的好转。在一些情况下，定量测定白蛋白是有用的。

⑻血管内溶血排除炎症和急性时相反应后，血清结合珠蛋白减少是血管内溶血的较可靠指标。然而还须注意，血清结合珠蛋白减少也可能是由于遗传性结合珠蛋白α链合成障碍所引起。同电泳法相比较，定量测定血清结合珠蛋白是一种更可靠和灵敏的判定血管内溶血的方法。

⑼血浆蛋白的遗传性缺陷临床上有诊断价值的血浆蛋白遗传性缺陷有α1-抗胰蛋白酶缺乏病、血浆铜蓝蛋白缺乏病和C1酯酶抑制物缺乏病等，但实际上能通过血清蛋白电泳区带电泳鉴定的血浆蛋白遗传性缺陷有白蛋白遗传性缺陷、α1-抗胰蛋白酶缺乏病和结合珠蛋白缺乏病。

⒉血红蛋白电泳现已发现超过700种由于血红蛋白结构异常而产生的血红蛋白病，其中大多数为良性，并无临床症状。血红蛋白电泳是一种用了分析和确定异常血红蛋白的常用方法。血红蛋白电泳是根据不同的血红蛋白所带的电荷不同而进行分离的，不同的电泳方法具有不同的电场强度、pH值、缓冲液或支持介质。最常用的两种电泳是碱性缓冲液电泳和枸橼酸酸性缓冲液电泳。醋酸纤维素薄膜电泳是碱性缓冲液电泳最常用的支持介质，琼脂糖凝胶是枸橼酸酸性缓冲液电泳最常用的支持介质。

在pH8.4碱性醋酸纤维素薄膜电泳时，只能分离HbA、HbA2和HbF.HbC、HbE、HbA2和HbO的电泳迁移率相似，HbS、HbD和HbG也一同迁移，故对不能以上血红蛋白组分进行分离。在pH6.2枸橼酸酸性琼脂糖凝胶电泳时，电泳可分离碱性醋酸纤维素薄膜电泳不能分离开的血红蛋白，可从HbE中分离HbC，从HbD和HbG中分离HbO和HbS.但采用两种电泳法均不能区分HbE和HbO，HbD和HbG.

等电聚焦电泳技术虽然费力和耗时，但它有有非常高的分辨率。等电聚焦电泳能较好地确定和分析异常血红蛋白，可从HbE中分离HbC，从HbD和HbG中分离HbO和HbS.除此以外，HbA和HbF也可清楚地被分辨出来。而且，等电聚焦电泳产生的狭窄的Hb电泳区带比传统电泳技术具有更高的精确度和准确性。

毛细管区带电泳作为一种新发展起来的分离技术现也被用来分析变异血红蛋白，现已有毛细管区带电泳用于分析异常HbA2和HbF报道。

⒊尿蛋白电泳尿蛋白可能是早期肾损害的指标，尿蛋白电泳可用于鉴别蛋白尿的种类和原因，估计肾损害的程度。

1960年Blainly等首先提出了蛋白尿选择性的概念作为判断肾小球损伤严重程度的指标，判断这种能力可通过电泳测定尿中的中分子量蛋白质和高分子量蛋白质的比值来确定的。选择性蛋白尿中蛋白质主要为中分子量（4万～8万）的白蛋白、转铁蛋白、β2微球蛋白等，而分子量大于9万的蛋白质多不出现，提示病变未及肾小管，见于早期肾小球肾炎。非选择性蛋白尿中大分子蛋白质和中分子蛋白质同时存在，提示肾小球滤过膜受损严重。

临床上常采用醋酸纤维薄素薄膜或琼脂糖凝胶作为支持介质进行尿蛋白电泳，用于区别肾小球和肾小管性蛋白尿。本周氏蛋白可通过电泳在溢出性蛋白尿中发现，并可通过免疫电泳进一步鉴定出κ或λ轻链。

聚丙烯酰胺凝胶电泳有更高的分辨率。聚丙烯酰胺凝胶具有分子筛作用，蛋白质由于分子大小的不同而得到分离，蛋白分子量为17×103～70×103Da能被容易地分离出来，这可用来鉴定肾小球性蛋白尿同时伴有的肾小管性蛋白尿。未知蛋白质的分子量可与标准的分子量的参照物比较而被得到估计，有学者报道采用这种方法判定肾移植病人环孢霉素A引起的肾毒性。

二维凝胶电泳技术（two-dimensionalgelelectrophoresis）也可用于蛋白尿的分析。第一维电泳根据蛋白质的等电点的不同采用等电聚焦电泳分离蛋白质，第二维电泳根据蛋白质的大小和所带电荷的不同采用聚丙烯酰胺凝胶分离蛋白质。可采用二维电泳分析了尿液中的蛋白质，并进一步确定是区别肾小球和肾小管性蛋白尿。这种技术也被用于分析前列腺癌和类风湿性关节炎的标志物蛋白质。

⒋脑脊液蛋白电泳

以醋酸纤维素薄膜或琼脂糖凝胶为支持介质，可进行脑脊液（CSF）的蛋白电泳。脑脊液进预先浓缩适当倍数后，在醋酸纤维素薄膜上可分为6个组分：前白蛋白，白蛋白，α1、α2、β、γ球蛋白。若采用琼脂糖为支持介质，还可见两个β组分，慢β2和快β1.若要一般地了解血脑屏障的通透性，醋酸纤维素薄膜和琼脂糖凝胶均可作为CSF蛋白电泳的支持介质。高分辨的凝胶电泳已用于CSF蛋白的分析，二维电泳和细管电泳也已用于CSF的蛋白分析。

由于血脑屏障对大小不同分子量蛋白质的渗透性不同，故在各种不同的病理状态下可见到一些异常的CSF蛋白电泳图谱。前白蛋白增高见于脑萎缩、脑积水及中枢神经变性病。白蛋白增加见于脑血管病变、椎管阻塞。α、β球蛋白增加见于脑膜炎、脑肿瘤。β增加可见与动脉硬化、脑血栓等疾病。γ球蛋白明显增高见于脑肿瘤。

CSF免疫电泳通常可指示血脑屏障渗透性异常的严重程度。CSF中的β-脂蛋白、IgA和α1-巨球蛋白通常以痕量存在，β-脂蛋白、IgA和α1-巨球蛋白的增高分别反映血脑屏障渗透性高、中、轻度的增加。

由于CSF蛋白电泳对人体疾病并不特异，因此在临床诊断上的应用受到限制。CSF电泳常用于诊断多发性硬化症。在多发性硬化症中，CSF的IgG浓度时增加的，较早的方法是通过蛋白电泳γ球蛋白的量来确定CSF中IgG的量，γ球蛋白几乎全是IgG.现在，定量测定CSF中IgG的免疫化学法提供了一个更精确的定量方法。在诊断多发性硬化症时，除了测定CSF中IgG浓度外，须注意CSF中是否出现寡克隆带和髓鞘碱性蛋白。在CSF电泳分析中，在γ区可见稀疏的寡克隆带。寡克隆带代表严格异质性的IgG.CSF髓鞘碱性蛋白可通过RIA的方法进行测定。

综上所述，蛋白电泳在临床实验室诊断中起着十分重要的作用，蛋白电泳主要应用在血清、尿液、血红蛋白和脑脊液等检查方面。现已有较新研究报道蛋白电泳用于泪液、唾液和头发蛋白质分析。而且电泳技术方面的临床进展也日新月异，特别是毛细管电泳和二维电泳技术（见后附参考文献）。可以预见，蛋白电泳作为一种蛋白质的分析技术，将会越来越广泛地应用于临床实验室诊断。