殷繼永 霍軍生* 馬欣欣 孫 靜 黃 建
蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)檢測(cè)β-乳球蛋白的方法學(xué)評(píng)價(jià)*
殷繼永①霍軍生①*馬欣欣①孫 靜①黃 建①
目的:評(píng)價(jià)本研究前期建立的用于β-乳球蛋白的蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái),以滿足預(yù)防醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)需求。方法:應(yīng)用蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)對(duì)3份生牛乳樣品進(jìn)行批內(nèi)重復(fù)8次檢測(cè)β-乳球蛋白,計(jì)算其批內(nèi)精密度;另對(duì)3份生牛乳分別重復(fù)8個(gè)批次檢測(cè),計(jì)算批間精密度。對(duì)高濃度標(biāo)準(zhǔn)品連續(xù)2倍比例稀釋3種濃度后進(jìn)行稀釋回收率實(shí)驗(yàn);另對(duì)3種濃度標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)。取10份生牛乳樣品,分別用蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)與商用ELISA試劑盒進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行方法學(xué)比較。結(jié)果:用于β-乳球蛋白的蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)的批內(nèi)精密度為11.18%~17.62%,批間精密度為25.10%~29.96%;稀釋回收率為104.27%~128.15%,加標(biāo)回收率為45.98%~129.33%,兩種方法的相關(guān)系數(shù)r=0.958,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=9.46,P<0.05);兩種方法配對(duì)比較t檢驗(yàn)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.592,P>0.01)。結(jié)論:本研究建立的用于β-乳球蛋白的蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)能夠滿足預(yù)防醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)需要,現(xiàn)存在的操作偏倚需進(jìn)一步優(yōu)化。
蛋白芯片;β-乳球蛋白;檢測(cè)平臺(tái);評(píng)價(jià)
牛乳是臨床營(yíng)養(yǎng)中的重要食物來源。β-乳球蛋白(β-Lactoglobulin,β-L)是牛乳中主要的蛋白質(zhì),在乳清蛋白中總含量達(dá)50%,占牛乳總蛋白的10%。β-L是由乳腺上皮細(xì)胞合成的牛乳特有蛋白,其分子量約為18 kDa,由162個(gè)氨基酸殘基組成,其中4個(gè)半胱氨酸殘基在鏈內(nèi)形成了二硫鍵,這些特點(diǎn)保證了β-L結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定,并進(jìn)而使其可以作為牛乳真?zhèn)舞b定時(shí)具有代表性的標(biāo)志蛋白[1]。此外,因牛乳中的主要致敏蛋白包括β-L,因此其也可作為牛乳致敏性蛋白檢測(cè)時(shí)的標(biāo)志蛋白[2]。
目前,有許多檢測(cè)方法應(yīng)用于牛乳蛋白的檢測(cè)[3-5]。然而,各種方法檢測(cè)過程復(fù)雜、不易于掌握和操作,且對(duì)檢測(cè)儀器要求高,使日常生活中飲用的牛乳質(zhì)量不能得到及時(shí)穩(wěn)定的檢測(cè)保證。為此,本研究前期利用蛋白芯片技術(shù)的檢測(cè)特點(diǎn),建立針對(duì)β-L的蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)[6]。該平臺(tái)具有快速、高效、高靈敏度和操作性強(qiáng)的特點(diǎn),但其具體的檢測(cè)性能是否能滿足實(shí)驗(yàn)室階段的檢測(cè)需求,尚需相應(yīng)的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)包括評(píng)價(jià)精確性的批內(nèi)精密度、批間精密度實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性的稀釋回收率、加標(biāo)回收率及方法學(xué)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。因此,本研究利用前期建立的蛋白芯片檢測(cè)β-L的平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)性能評(píng)價(jià),以期為蛋白芯片技術(shù)在預(yù)防醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
LuxScanTM10 K芯片掃描儀(北京博奧生物有限公司);Personal ArrayerTM16蛋白芯片點(diǎn)樣儀(北京博奧生物有限公司)。牛乳β-L標(biāo)準(zhǔn)品(PCode1002101934,美國(guó)SIGMA);β-L鼠單抗與兔多抗(北京華大蛋白質(zhì)研發(fā)中心有限公司);Cy3標(biāo)記的羊抗兔多抗(code 111-165-003,美國(guó),Jackson ImmunoResearch);陰性兔IgG,蛋白芯片點(diǎn)樣液A(code 440015,北京博奧生物有限公司);晶芯?高分子三維基片(code 420040,北京博奧生物有限公司);磷酸鹽緩沖液(phosphate buffer solution,PBS),Tween20。10份不同采樣點(diǎn)的生牛乳(北京三元食品股份有限公司)。
(1)本研究中所使用的蛋白芯片基本檢測(cè)方法,與前期建立蛋白芯片平臺(tái)研究中所優(yōu)選出的基本檢測(cè)方法相一致[6]。在精密度與準(zhǔn)確度的方法學(xué)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中,參照《體外診斷試劑分析性能評(píng)估系列指導(dǎo)原則》(簡(jiǎn)稱“指導(dǎo)原則”)中的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià),各實(shí)驗(yàn)中所使用的標(biāo)準(zhǔn)曲線參考前期平臺(tái)建立時(shí)所建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線并根據(jù)實(shí)際檢測(cè)需要略做調(diào)整。
(2)在批內(nèi)精密度與批間精密度評(píng)價(jià)中分別隨機(jī)選取三元食品股份有限公司提供的3份生牛乳進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。研究中的重復(fù)次數(shù)參考“指導(dǎo)原則”;在稀釋回收率實(shí)驗(yàn)中,為了減少大比例稀釋可能帶來的稀釋偏倚,選擇的3個(gè)稀釋濃度均在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線的中上部。在加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)中,為確保加標(biāo)前后的檢測(cè)結(jié)果都不超出標(biāo)準(zhǔn)曲線最高點(diǎn)與最低點(diǎn),以保證評(píng)價(jià)的可行性,本研究結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[7-8]報(bào)道,最終選擇了現(xiàn)在使用的3個(gè)基礎(chǔ)液濃度與加標(biāo)液的濃度。方法學(xué)比較實(shí)驗(yàn)中使用的生牛乳樣品選自北京周邊奶源,由于奶源地的生牛乳質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定,因此本次評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中所使用的10份生牛乳已經(jīng)能夠滿足實(shí)驗(yàn)室階段的檢測(cè)需求。
1.3.1 基本檢測(cè)方法
(1)將β-L的抗體探針β-L鼠單抗或β-L兔多抗和質(zhì)控品(陽(yáng)性控制為無關(guān)兔IgG,陰性控制為1×點(diǎn)樣緩沖液,空白控制為PBS)分別重復(fù)點(diǎn)樣在三維基片的每一個(gè)陣列中。經(jīng)37 ℃固定18.5 h后,按以下操作完成實(shí)驗(yàn)。
(2)加抗原β-L蛋白稀釋液(30 μl/陣列,37 ℃,1 h)→芯片洗滌(1‰PBST,5 min/次,5次)→甩干(1000 r/min,2 min)→加入檢測(cè)抗體β-L鼠單抗或β-L兔多抗(30 μl/陣列,37 ℃,1 h)→芯片洗滌(1‰PBST,5 min/次,5次)→甩干(1000 r/min,2 min)→加入Cy3標(biāo)記的二抗(30 μl/陣列,37 ℃,1 h)→芯片洗滌(1‰PBST,5 min/次,5次)→甩干(1000 r/min,2 min)→芯片掃描→獲取檢測(cè)圖像與檢測(cè)數(shù)據(jù)。
1.3.2 批內(nèi)精密度
將β-L標(biāo)準(zhǔn)品以1‰PBST樣本稀釋液稀釋5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)濃度(2209.6 ng/ml、1104.8 ng/ml、552.4 ng/ml、276.2 ng/ml、138.1 ng/ml),以1‰PBST為陰性對(duì)照,做標(biāo)準(zhǔn)曲線。取3份生牛乳,編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其中生牛乳Ⅰ和Ⅱ按1∶400稀釋,生牛乳Ⅲ按1∶800稀釋后批內(nèi)重復(fù)8次檢測(cè),以30μl/陣列加入各自相應(yīng)的陣列。批內(nèi)精密度計(jì)算為公式1:
1.3.3 批間精密度
取3份生牛乳,編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其中生牛乳Ⅰ和Ⅱ按1∶400稀釋,生牛乳Ⅲ按1∶800稀釋后,對(duì)3份生牛乳分8個(gè)批次檢測(cè)、每批次內(nèi)兩陣列重復(fù),以30μl/陣列加入各自相應(yīng)的陣列。8個(gè)批次批間精密度檢測(cè)計(jì)算為公式2:
式中S批間為批間實(shí)驗(yàn)的批間標(biāo)準(zhǔn)差;X1為每日每批的第一個(gè)檢測(cè)結(jié)果;X2為每日每批的第二個(gè)檢測(cè)結(jié)果;L為檢測(cè)天數(shù)(4 d,8次)。
1.3.4 稀釋回收率
對(duì)高濃度標(biāo)準(zhǔn)品(2984.4 ng/ml)連續(xù)稀釋3個(gè)濃度(1492.2 ng/ml,746 ng/ml,373 ng/ml)后,以30 μl/陣列加入各自相應(yīng)的陣列,進(jìn)行稀釋回收率實(shí)驗(yàn),并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算稀釋回收率。
1.3.5 加標(biāo)回收率
對(duì)3個(gè)濃度基礎(chǔ)液(639.5 ng/ml,426.35 ng/ml,479.65 ng/ml)進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn),每個(gè)濃度均加入其體積量1%體積的高濃度加標(biāo)液(67150 ng/ml),加標(biāo)原則參照文獻(xiàn)[7-8]中的要求;以30 μl/陣列加入各自相應(yīng)的陣列。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算加標(biāo)回收率。
1.3.6 方法學(xué)對(duì)照
取10份生牛乳,于4 ℃、12000 r/min,離心30 min后各取中間清澈乳清部分并進(jìn)行編號(hào),各生牛乳乳清分為兩部分,一部分用于ELISA試劑盒檢測(cè)β-L含量,另一部分用于蛋白芯片檢測(cè)β-L的含量。對(duì)兩種方法的檢測(cè)結(jié)果,計(jì)算相關(guān)系數(shù),并進(jìn)行配對(duì)比較的t檢驗(yàn)。
采用Microsoft Office Excel 2007與SPSS 17.0軟件對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。精密度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)以重復(fù)檢測(cè)值的均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差及由二者確定的變異系數(shù)表示;準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)以每個(gè)檢測(cè)信號(hào)值代入回歸方程求濃度的均數(shù)后進(jìn)行計(jì)算;方法學(xué)對(duì)照評(píng)價(jià),用配對(duì)比較的t檢驗(yàn)和相關(guān)性分析對(duì)兩種方法檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行一致性評(píng)價(jià)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)選定α=0.01,以P<0.01為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
對(duì)Ⅰ~Ⅲ的3份生牛乳樣品進(jìn)行批內(nèi)重復(fù)檢測(cè)8次的結(jié)果顯示,蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)對(duì)生牛乳中β-L檢測(cè)的批內(nèi)精密度為11.18%~17.62%(見表1)。
表1 蛋白芯片檢測(cè)β-L的批內(nèi)精密度評(píng)價(jià)
對(duì)3份生牛乳樣品進(jìn)行批間實(shí)驗(yàn)4 d(8次)的結(jié)果顯示,蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)對(duì)生牛乳中β-L檢測(cè)時(shí),每批內(nèi)2個(gè)結(jié)果間的批內(nèi)精密度為15.37%~18.35%,日間精密度為9.88%~30.24%,每批次之間的批間精密度為25.10%~29.96%,總批間精密度為31.05%~45.37%(見表2)。
(1)稀釋回收率結(jié)果顯示,蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)檢測(cè)3種濃度β-L的稀釋回收率為104.27%~128.15%,其平均回收率為113.75%(見表3)。
(2)加標(biāo)回收率結(jié)果顯示,蛋白芯片檢測(cè)平臺(tái)檢測(cè)3種濃度β-L的加標(biāo)回收率為45.98%~129.33%,其平均回收率為94.40%(見表3)。
兩種檢測(cè)方法的方法學(xué)對(duì)照結(jié)果顯示,兩種方法的相關(guān)系數(shù)r=0.958, 經(jīng)檢驗(yàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=9.46,P<0.05),如圖1所示。
圖1 蛋白芯片法與ELISA法檢測(cè)牛乳β-L的相關(guān)性分析示圖
配對(duì)比較t檢驗(yàn)結(jié)果顯示,兩種方法比較其差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.592,P>0.01),見表4。
表2 蛋白芯片檢測(cè)β-L的批間精密度評(píng)價(jià)(n=8)
表3 蛋白芯片檢測(cè)β-L的回收率及加標(biāo)回收率評(píng)價(jià)
表4 蛋白芯片法與ELISA法配對(duì)比較的t檢驗(yàn)(±s,ng/ml)
表4 蛋白芯片法與ELISA法配對(duì)比較的t檢驗(yàn)(±s,ng/ml)
序號(hào) 蛋白芯片法 E L I S A法 差值1 2 2 9 6 0.6 1 5 7 7 3 3.6 0 -3 4 7 7 2.9 9 2 3 1 5 5 3.8 8 6 3 6 0 9.4 0 -3 2 0 5 5.5 2 3 2 2 8 4 0.1 0 8 0 4 8 0.7 9 -5 7 6 4 0.6 9 4 2 1 3 2 8.2 8 5 3 2 3 8.5 8 -3 1 9 1 0.3 0 5 8 7 1 7 0.0 5 4 5 3 0 2 6.9 7 -1 9 5 6 5 9.4 6 6 3 6 4 9 0.2 3 7 7 7 6 6.8 9 -4 1 2 7 6.6 6 7 5 1 9 5 1.9 2 2 0 0 7 2 7.1 2 -1 4 8 7 7 5.2 1 8 1 9 3 0 4.8 5 8 2 4 4 4.9 9 -6 3 1 4 0.1 4 9 3 2 5 0 5.2 8 9 4 1 4 5.1 0 -6 1 6 3 9.8 2 1 0 3 1 4 0 6.6 1 5 3 1 1 5.2 0 -2 1 7 0 8.5 9 ±s 3 5 7 5 1±2 0 4 4 7 1 2 1 6 2 8±1 2 4 1 9 0 -6 8 8 5 7±5 7 2 9 1
利用蛋白芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中特定物質(zhì)含量的測(cè)定是一種新興的檢測(cè)技術(shù),目前國(guó)內(nèi)外尚未見有利用此技術(shù)對(duì)牛乳中β-L進(jìn)行研究的報(bào)道。本研究前期建立了利用蛋白芯片檢測(cè)β-L的檢測(cè)平臺(tái),并對(duì)此平臺(tái)的檢測(cè)條件進(jìn)行了優(yōu)化與確定。本研究對(duì)蛋白芯片檢測(cè)β-L檢測(cè)平臺(tái)的檢測(cè)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),研究中所使用的芯片掃描儀(LuxScanTM10K Microarray Scanner)含有雙激光發(fā)射器,采用了包括光學(xué)、信號(hào)處理和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在內(nèi)的10余項(xiàng)獨(dú)特技術(shù),是進(jìn)行高、中、低密度微陣列芯片檢測(cè)與分析的必備工具。芯片掃描儀采用532 nm和635 nm兩種激發(fā)波長(zhǎng),配合專業(yè)設(shè)計(jì)的信號(hào)采集與處理電路,從而使得該儀器具有良好的線性動(dòng)態(tài)范圍和極高的檢測(cè)靈敏度。在本研究中芯片掃描儀充分發(fā)揮了技術(shù)優(yōu)勢(shì),為獲得最終的評(píng)價(jià)結(jié)果提供了有力的技術(shù)支持。
檢測(cè)性能評(píng)價(jià)包括精密度評(píng)價(jià),即批內(nèi)精密度與批間精密度;準(zhǔn)確度評(píng)價(jià),即稀釋回收率、加標(biāo)回收率和方法學(xué)對(duì)照。這些指標(biāo)分別可以從不同角度對(duì)所建立的檢測(cè)平臺(tái)的實(shí)用性能進(jìn)行性能檢驗(yàn)。關(guān)于批間精密度實(shí)驗(yàn)的天數(shù),不同的文獻(xiàn)有不同的報(bào)道[9-12]。本研究選擇檢測(cè)4 d,每日2個(gè)批次的實(shí)驗(yàn)方式主要取決于本實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一樣品的重復(fù)驗(yàn)證≤4 d或8次,因此本研究中所選擇的實(shí)驗(yàn)天數(shù)與次數(shù)能夠滿足對(duì)批間精密度的評(píng)價(jià)要求。在本平臺(tái)進(jìn)入生產(chǎn)階段時(shí),將按照生產(chǎn)要求對(duì)精密度時(shí)間與次數(shù)重新進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外,本平臺(tái)的批內(nèi)變異系數(shù)均<18%,批間變異系數(shù)均<30%,這主要與實(shí)驗(yàn)操作人員的熟練程度有關(guān)。本檢測(cè)平臺(tái)雖然在點(diǎn)制抗體與掃描階段都已實(shí)現(xiàn)一致性高的機(jī)械化操作,但在整個(gè)流程中仍存在多次手工操作的步驟,因此不熟練的手工操作是導(dǎo)致精密度偏高的主要原因。在后續(xù)的產(chǎn)品應(yīng)用階段中,如果提高操作人員熟練度,可以實(shí)現(xiàn)批間精密度低于20%的水平。目前,對(duì)于總精密度的認(rèn)識(shí)還存在分歧,但按照蘇敏等[13]對(duì)總精密度的計(jì)算方法,可以分析出本研究中不同批次間差異與不同天數(shù)之間的差異是引起總精密度不理想的主要原因。因此,在產(chǎn)品應(yīng)用階段,從提高操作人員熟練程度出發(fā),充分做好操作人員的上崗前培訓(xùn)、盡量減少其操作偏倚,進(jìn)而降低不同批次間與不同檢測(cè)天次間的操作誤差。
稀釋回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,回收率隨著稀釋次數(shù)的增多而減小,主要與連續(xù)稀釋時(shí)的操作偏倚有關(guān)。在后續(xù)的產(chǎn)品階段加強(qiáng)操作人員培訓(xùn),或減少連續(xù)稀釋次數(shù),可以使這一結(jié)果得到提高。在加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)中,本研究參照吳樹宏等[7]和伍云卿等[8]的方法,對(duì)3種濃度的基礎(chǔ)液,分別加入基礎(chǔ)液體積1%的高濃度標(biāo)液(67150 ng/ml)。本研究結(jié)果表明,最高濃度的基礎(chǔ)液回收效果不大理想。根據(jù)這一情況,在未來的產(chǎn)品應(yīng)用階段,應(yīng)將待測(cè)樣本按比例稀釋在標(biāo)準(zhǔn)曲線的中、低濃度范圍內(nèi),以便獲得更為準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。
對(duì)方法學(xué)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示,本研究所建立的平臺(tái)與目前在用的ELISA試劑盒之間具有較好的一致性。由于生物學(xué)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)無金標(biāo)準(zhǔn),因此根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法判斷哪種方法是更優(yōu)。
本研究提供了一種新的與ELISA試劑盒等效的檢測(cè)方法,現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這一方法已經(jīng)能夠滿足本實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)需求。
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A methodology evaluation of detecting β-lactoglobulin by using proteinchip
YIN Ji-yong,HUO Jun-sheng, MA Xin-xin, et al
Objective:To evaluate the platform of proteinchip that established in the earlier stage of our study and was used to detect β-lactoglobulin in cow milk.Methods:Triplet cow milk samples were used to implement within-run precision of 8 repeats and other triplet cow milk samples were used to implement between-run precision of 8 batches. The high concentration standard was consecutively diluted so as to obtain dilution recovery. Three concentrations of standard substance were used to implement recovery experiment. And 10 cow milk samples were detected by proteinchip platform and commercial ELISA Kit, respectively.Results:The within-run precision and betweenrun precision were 11.18%-17.62% and 25.10%-29.96%, respectively. The dilution recovery and recovery were 104.27%-128.15% and 45.98%-129.33%, respectively. The relevant coefficient of the two detection methods was 0.958 and it was significant (t=9.46, P<0.05), and the result of paired t test showed that there was no difference between the two methods (t=-2.592, P>0.01).Conclusion:The platform of proteinchip for detecting β-Lactoglobulin in cow milk which was established in earlier stage of our research can satisfy the requirement of laboratory of prophylactic medicine, while its operation error need be further optimized.
Proteinchip; β-Lactoglobulin; Detection platform; Evaluation
National Institute for Nutrition and Health, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100050, China.
1672-8270(2017)11-0143-04
R446.62
A
10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.11.042
殷繼永,男,(1975- ),博士,副研究員。中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與健康所,研究方向:營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生學(xué)研究。
中國(guó)疾病預(yù)防控制中心青年科研基金(2015A202)“蛋白質(zhì)芯片技術(shù)定量檢測(cè)牛乳中主要蛋白質(zhì)的檢測(cè)平臺(tái)的建立”
①中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與健康所 北京 100050
*通訊作者:jshuo@263.net.cn
China Medical Equipment,2017,14(11):143-146.
2017-10-19