化学工业与工程  2017, Vol. 34 Issue (4): 75-82
蛋白A介质抗体吸附性能及耐碱性的量热学
盛志1,2, 史清洪1, 白姝1     
1. 天津大学化工学院, 天津 300072;
2. 中化集团沈阳化工研究院, 沈阳 110021
摘要:对重组蛋白A(SpA)中参与抗体结合的Z结合域(SpAZ),它的四串体重组配基SpA4Z和耐碱性突变体SpA4M等用于抗体纯化的亲和配基进行研究,将上述分子偶联于Sepharose CL-6B基质制得3种亲和介质。抗体吸附平衡实验表明抗体与上述色谱介质均具有较高的结合常数,且四串体重组配基的亲和性高于单一Z结合域。用等温滴定微量热仪(ITC)研究了抗体分别在SpAZ-Sepharose和SpA4Z-Sepharose色谱介质上结合的量热学变化,并与游离的SpAZ和SpA4Z进行比较,解析了焓变(ΔH)与熵变(ΔS)对抗体结合的贡献。结果显示,配基固定化导致结合常数降低,配基与抗体结合过程是由ΔH驱动的。使用微量差示扫描量热仪(DSC)检测了SpA4z和SpA4m的碱性稳定性,结果表明SpA4m比SpA4z具有更强的稳定性,色谱实验进一步验证了这一结果。
关键词抗体    色谱    生物分离    等温滴定量热    微量示差扫描量热    
Microcalorimetric Analysis on Antibody Adsorption and Alkali Resistance of Protein A Adsorbents
Sheng Zhi1,2, Shi Qinghong1, Bai Shu1     
1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China;
2. Shenyang Research Institute of Chemical Industry Co. Ltd., Sinochem Group, Shenyang 110021, China
Abstract: Three protein ligands, antibody binding domain Z (SpAZ), its four repeats of SpA4z (which currently used in some commercially available protein A adsorbents) and alkaline resistant mutant SpA4m were coupled onto Sepharose CL-6B to prepare affinity adsorbents: SpAZ-Sepharose, SpA4Z-Sepharose and SpA4m-Sepharose. Adsorption equilibria of antibody on SpAZ-Sepharose and SpA4Z-Sepharose indicates that antibody has much high affinity to both beads, and the affinity increased significantly with an increment of domain Z in the ligands. Furthermore, calorimetric measurement of antibody and affinity beads was carried out in an isothermal titration calorimeter to analyze the thermal behavior of antibody adsorption. The results indicate that the immobilization of the ligand lead to a decrease of the affinity, and it is driven by enthalpy. The research provided an insight into the interaction mechanism between protein A ligand and antibody. NaOH is the most commonly used chromatographic clean-in-place (CIP) reagent. Mutant SpA4m was constructed to improve the SpA alkaline tolerance towards CIP treatment. The results of differential scanning calorimetry show that SpA4m has higher Tm value than SpA4z nd SpAZ, indicating the novel mutant is more stable. The chromatographic results also reveal that SpA4m has greater tolerance to alkaline condition. Therefore, the research provides insight into the interaction mechanism between SpA ligand and antibody and tolerance of the ligand to alkaline condition.
Key words: antibody     chromatography     bioseparation     isothermal titration calorimetry     differential scanning calorimetry    

单克隆抗体(简称单抗)被广泛应用于生命科学研究、医学诊断和治疗等多个领域。单抗药物是治疗乳腺癌、哮喘、关节炎、银屑病、器官移植免疫排斥等多种疾病的特效药,是生物医药领域中成长最快的一类药物。抗体类药物销售额在2007年时就已经达到263亿美元,约占生物制药市场的35%[1],预计在2017年将达到1 410亿美元。在过去的20~30年间单抗的生产工艺飞速发展,抗体的表达滴度和发酵规模都显著增加,20 000 L以上的反应器已被普遍采用。下游生产过程中的纯化技术逐渐成为单抗药物制备中的主要瓶颈,开发高效的抗体纯化技术成为单抗药物制备中亟待解决的重要问题。

蛋白A色谱对抗体具有很高的选择性和亲和性,抗体经过蛋白A色谱一步纯化就可以达到很高的纯度和收率,蛋白A色谱已成为抗体纯化工业中的金标准。0.5 mol·L-1 NaOH清洗是绝大多数色谱介质在位清洗(clean in place, CIP)的标准方法,但传统的蛋白A色谱介质在碱性环境中的稳定性较差,难以耐受使用高浓度NaOH的CIP条件[2]。为了提高蛋白A色谱配基的碱性耐受性,已有研究者用蛋白质工程技术构建突变的蛋白A,并从中筛选出能够抵抗工业纯化中的恶劣的碱性环境的配基。天然蛋白A中含有5个抗体结合域, 分别为A、B、C、D和E,每个结合域都可以独立地与抗体的Fc片段相结合,其中B结合域的研究最为广泛[3]。为了提高B结构域对碱性环境的耐受性,将位于28~29的残基Asn-Gly进行定向突变为Asn-Ala,得到重组的Z结构域[4]。此突变可以提高蛋白A在碱性环境下的稳定性,还降低蛋白A与抗体的Fab片段的非特异性吸附。研究表明将4或5个Z结合域头尾相连形成的重组突变蛋白A,与抗体的结合容量同天然蛋白A分子的结合容量相似。使用亲和色谱中的洗脱条件也更加缓和(洗脱pH值由3.3变为4.5),是目前应用最为广泛的蛋白A配基之一。而将Z结合域的其他位置的天冬酰胺残基进行突变,还可以进一步增强Z结合域的稳定性[5]

等温滴定量热法(isothermal titration calorimetry, ITC)是用于定量研究生物分子相互作用的微量热测量方法,它可以直接测量生物分子结合过程中释放或吸收的热量。之前已经有报道ITC被应用于表征抗体分子和游离亲和配基(包括蛋白A、蛋白G和小分子合成亲和配基)的相互作用[6-10],而且ITC也被用于考察疏水电荷诱导色谱介质对蛋白的吸附过程[11]。但抗体分子与蛋白A配基色谱介质结合的热力学分析还未见报道。

微量差示扫描量热法(Differential scanning calorimetry,DSC)可以通过温度的升降检测生物分子发生的热量变化。生物分子在溶液状态中处于天然(折叠)构象和变性(去折叠)构象这2种状态的平衡。相变温度Tm(该温度时50%的生物分子为去折叠状态)越高,分子稳定性越强。DSC可用于蛋白类药物开发过程中的稳定性检测和药物的保质期预测[12]。本研究使用ITC和DSC等量热学方法研究了重组蛋白A亲和色谱吸附抗体过程的热力学性质,得到了抗体与介质结合的焓变与熵变等热力学参数,为使用计算机模拟方法设计拟蛋白A亲和配基提供了可参考的数据,为进一步设计和改进重组蛋白A配基提供了基础。

1 材料和方法 1.1 材料

微生物培养用的胰蛋白胨和酵母提取物购自OXOID(英国);γ-球蛋白(IgG);1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDGE);缩水甘油醚三甲基氯化铵(GTMAC)购自Sigma-Aldrich公司(美国);Q Sepharose HP和Sepharose CL-6B介质购自GE Healthcare(美国);BCA试剂盒购自北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司;其他试剂为本地采购的分析纯试剂。LB液体培养基配方:10 g·L-1胰蛋白胨,5 g·L-1酵母提取物,10 g·L-1 NaCl。LB固体培养基在上述配方中再添加15, g·L-1琼脂粉。

SpAZ是由化学法合成的,购自北京华大蛋白。SpA4z和SpA4m的基因委托北京华大蛋白合成,并连接到表达质粒pET-30a(+)-SpA4z和pET-30a(+)-SpA4m上,质粒导入大肠杆菌BL21菌株中进行表达。SpA4z和SpA4m的氨基酸序列见图 1

图 1 SpAZ,SpA4z和SpA4m的氨基酸序列 Figure 1 The amino acid sequence of SpAz, SpA4z and SpA4m
1.2 方法 1.2.1 SpA4z和SpA4m的表达与纯化

将保存在-80 ℃冰箱中的含有质粒pET-30a(+)-SPA4Z的大肠杆菌BL21菌株在LB平板培养基上划线分离,挑取单菌落接种到含30 mg·L-1硫酸卡那霉素的LB液体培养基中,37 ℃过夜培养,用作种子液。将种子液稀释200倍接种,于37 ℃,220 r·min-1下培养,待OD600值达到0.4~0.6后,加入终浓度为0.5 mmol·L-1的异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导培养6 h左右。菌体在4 800 r·min-1离心30 min后收集,用20 mmol·L-1 Tris-HCl缓冲液(pH=7.5) 重悬;重悬菌液经超声破碎后离心收集上清液。收集的上清液用0.44 μm滤膜过滤后备用。

使用Q-Sepharose High Performance离子交换色谱从上述的上清液中提取SpA4z。色谱平衡缓冲液为20 mmol·L-1 Tris-HCl缓冲液(pH=7.5),洗脱缓冲液为含1 mol·L-1 NaCl的20 mmol·L-1 Tris-HCl缓冲液(pH=7.5),洗脱条件为洗脱缓冲液在30 min内由0%升至15%,目标蛋白SpA4Z在电导率为8~11 mS·cm-1下洗脱,见图 2。收集的SpA4Z产物经透析除盐后,冷冻干燥备用。样品中蛋白纯度用SDS-PAGE分析。SpA4m的表达与纯化方法与SpA4z相同。

图 2 纯化SpA的离子交换色谱图 Figure 2 Ion exchange chromatograms for purifying SpA
1.2.2 亲和介质的制备

SpA色谱介质通过1, 4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)活化法将SpA配基偶联于Sepharose CL-6B上实现,见图 3。具体方法如下:将质量分数为20%乙醇溶液保存的Sepharose CL-6B介质在G3漏斗用大量双蒸水洗涤,抽干10 min后,称取10 g抽干介质置于100 mL锥形瓶中,加入5 mL 75%(质量比)GTMAC、5 mL 0.645 mol·L-1 NaOH。混合均匀后,将锥形瓶置于空气摇床中在170 r·min-1和25 ℃下反应过夜。反应后的介质用大量双蒸水清洗并抽干10 min;然后称取2 g抽干的介质置于25 mL三角瓶中,用1.2 mL 4.6 mol·L-1 NaOH溶液充分悬浮后,加入4 mL BDDE;混合均匀,在35 ℃和170 r·min-1条件下,反应约2 h。反应后的介质经大量双蒸水洗涤后,加入10 mmol·L-1 NaHCO3溶液平衡;平衡后的上述介质抽干10 min,抽干介质置于含有10 mmol·L-1 NaHCO3的蛋白溶液中,充分悬浮后于37 ℃和170 r·min-1下反应约2 h。反应后介质用10 mL双蒸水清洗3遍并抽干。向抽干的介质中加入4 mL封闭缓冲液,封闭缓冲液由1 mL巯基乙醇和9 mL含0.5 mol·L-1 NaCl的0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液配置。上述混合物于25 ℃和170 r·min-1反应过夜。得到的产物用10 mL下述溶液依次洗涤3遍:含0.15 mol·L-1 NaCl的0.1 mol·L-1 Tris-HCl缓冲液(pH=8) 和50 mmol·L-1乙酸(pH=4.5)。洗涤后的介质再分别用双蒸水和20%乙醇溶液清洗,最后保存于20%乙醇溶液中。配基密度采用BCA法进行测量。

图 3 亲和介质的制备 Figure 3 The synthesis scheme of affinity beads
1.2.3 吸附平衡实验

本研究采用间歇法研究抗体在亲和介质上的吸附平衡。吸附实验中以含0.1 mol·L-1 NaCl的0.02 mol·L-1 PBS缓冲液(pH 7.5) 为吸附缓冲液,抗体溶液亦采用吸附缓冲液配置。具体实验方法如下:亲和介质用大量双蒸水清洗并抽干后,在吸附缓冲液中平衡4 h;平衡后将介质抽干10 min,依次称取0.01 g抽干介质分别置于1.5 mL离心管中,然后向每支离心管中加入1 mL不同浓度的抗体溶液。混合均匀后,离心管置于摇床中在25 ℃和170 r·min-1下震荡反应约8 h。反应结束后,离心管在4 000 r·min-1下离心10 min收集上清液并在280 nm下测定其中的蛋白浓度。然后,根据物料平衡公式(1) 计算静态吸附量:

$ q = \frac{{\left( {{C_0} - C} \right)V}}{m} $ (1)

其中:q表示吸附剂上抗体吸附量(mol/g),C0表示初始抗体浓度(mol·L-1),C表示吸附平衡时上清液中抗体浓度(mol·L-1),V表示液相体积(L),m表示抽干的介质质量(g)。

1.2.4 等温滴定微量热实验

等温滴定微量热实验使用VP-ITC(Microcal,美国),所用的缓冲液与吸附平衡实验相同。用吸附缓冲液分别配置100 μmol·L-1的抗体溶液和10 μmol·L-1游离的SpA4Z的溶液,蛋白浓度用BCA法测定后,将上述溶液在24.8 ℃下各自恒温脱气20 min后,SpA4Z溶液注入样品池中,抗体溶液加入到滴定注射器中,以吸附缓冲液作为参比池溶液,在25 ℃下滴定样品池中的SpA4Z溶液,共滴定30滴,每滴7 μL,每滴间隔300 s,搅拌转速307 r/min。用相同方法测定抗体溶液与吸附缓冲液之间的稀释热。

亲和介质用大量双蒸水清洗,并用吸附缓冲液平衡4 h。抽干10 min,称取200 mg抽干介质,用2.5 mL吸附缓冲液充分悬浮。将介质悬浮液和抗体溶液在24.8 ℃下恒温脱气20 min后,介质悬浮液加入到样品池中,抗体溶液加入到滴定注射器中,以吸附缓冲液作为参比池溶液, 在25 ℃下等温滴定样品池中的抗体悬浮液,每滴间隔20 min,搅拌转速307 r/min。

用相同方法测定SpAZ在偶联前后与抗体的结合过程热力学行为。

1.2.5 示差扫描量热实验

示差扫描量热实验使用VP-DSC(Microcal,美国),仪器的样品池体积为0.5282 mL。分别用含0.1 mol·L-1 NaCl的0.02 mol·L-1 PBS缓冲液(pH=6.0) 和0.5 mol·L-1 NaOH溶液配置SpAZ、SpA4z和SpA4m蛋白溶液(浓度均为1 g·L-1)。将含0.1 mol·L-1 NaCl的0.02 mol·L-1 PBS缓冲液(pH=6.0) 及该缓冲液配置的蛋白溶液分别加入到参比池和样品池中,检测蛋白在pH值为6.0的稳定性。溶液在加入前先真空脱气30 min。在加热测试开始前设定实验温度平衡30 min。扫描温度范围为25~110 ℃,升温幅度为1 ℃·min-1。将0.5 mol·L-1 NaOH及以0.5 mol·L-1 NaOH溶液配置的蛋白溶液分别加入到参比池和样品池中,用相同的方法检测蛋白在碱性条件下的稳定性。数据处理均使用仪器自带的MicroCal-enabled Origin 7.0软件完成。

1.2.6 色谱实验验证配基的碱性稳定性

将合成的SpA4z-sepharose和SpA4m-sepharose介质装于色谱柱Tricorn 5/50,柱体积约为1 mL。用0.5 mol·L-1的NaOH分别浸泡介质0 h、8 h和16 h。用NaOH浸泡后的介质进行色谱实验:对NaOH处理后的介质用平衡缓冲液平衡后进行上样;上样溶液为2 g·L-1 IgG,流速为1 mL·min-1,上样量为40 mL,用平衡缓冲液冲洗40 mL,0.1 mol·L-1柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液洗脱10 mL,用0.5 mol·L-1的NaOH再生10 mL。

2 实验结果与讨论 2.1 SpA4z和SpA4m的表达与纯化

SpA4Z蛋白(相对分子质量约27.4 kD)是由大肠杆菌发酵,将收集的细胞破碎,再将破碎后的上清液经离子交换色谱纯化获得。发酵液及各种步产物的SDS-PAGE电泳检测结果如图 4所示。

图 4 蛋白A表达和纯化产物电泳图 Figure 4 SDS-PAGE profile of SpA4z expression

电泳结果显示,加入IPTG诱导后的全菌破碎液(电泳带1) 在27.4 kD处有明显的蛋白条带,而发酵液离心上清液(电泳带2) 中没有可见的目的蛋白,说明SpA4z主要为胞内表达;全菌液离心后,上清液中有明显的目的蛋白条带,而沉淀中的目的蛋白含量很少,说明SpA4z蛋白主要为可溶性表达。经离子交换色谱纯化得到的产物只有一条明显的电泳带,目的蛋白纯度大于95%,可作为亲和配基合成SpA亲和色谱介质。SpA4m的表达与纯化与SpA4z类似。

2.2 亲和介质的吸附抗体的热力学分析

实验测定了SpA4z-sepharoseh, SpAz-sepharose的吸附平衡等温线。用BCA法测得SpA4z-sepharose的配基密度为1.8 mg/g,SpAZ-sepharose的配基密度为0.83 mg/g (以gel计,下同)。根据SpA4z的相对分子质量为27.43 kD,SpAZ的相对分子质量为6.64 kD。从而得到SpA4z-sepharose摩尔配基密度为6.56×10-8 mol/g,SpAz-sepharose摩尔配基密度为1.25×10-7 mol/g。

抗体在亲和介质上的吸附平衡实验结果为图 5所示,亲和介质上蛋白质的吸附量q随溶液中抗体浓度C的增加而增加,直到达到吸附饱和。从图 5中可以看出,吸附等温线符合Langmuir模型,可用方程(2) 拟合抗体在亲和介质上的吸附平衡数据。

$ q = \frac{{{q_{\rm{m}}}C}}{{C + {K_{\rm{d}}}}} $ (2)
图 5 抗体在SpA4Z-Sepharose和SpAZ-Sepharose上的吸附等温线 Figure 5 Adsorption equilibrium of SpA4Z-Sepharose and SpAZ-Sepharose

其中,qmKd分别为饱和吸附容量(mol/g)和解离常数(mol·L-1)。解离常数Kd为结合常数Kb的倒数,可以反映结合的亲和力大小,Kd越小表明亲和作用的结合力越强。

拟合后得到抗体在SPA4z-sepharose介质上的qm值为1.43×10-7 mol/g,Kd为2.08×10-6 mol·L-1;而抗体在SpAZ-sepharose介质上的qm为1.35×10-7 mol/g,Kd为5.36×10-6 mol·L-1

SpA4z-sepharose摩尔配基密度为6.56×10-8 mol/g,qm为1.43×10-7 mol/g,即抗体与SpA4z亲和配基结合的化学计量比约为2.2:1。SpAZ-sepharose摩尔配基密度为1.25×10-7 mol/g,qm为1.35×10-7 mol/g,抗体分子与SpA4z亲和配基结合的化学计量比约为1:1。SpA4z含有4个抗体结合域,理论上能结合4个抗体分子,但实际上只能结合约2.2个抗体分子。而SpAZ却能与抗体分子以接近于1:1的比例结合。Ghose等[13]的实验表明,含有5个抗体结合域的游离的SpA分子只能结合2.4~3.1个抗体分子,本实验用固定化的SpA4z分子,得到了类似的结果。当多个抗体与SpA4z结合时,分子之间可能存在空间位阻效应,使得SpA4z中4个抗体结合域不能被充分占用。

SpA4z-sepharoseKd小于SpAZ-sepharose,说明抗体与SPA4z-sepharose介质的结合作用更强。本研究采用ITC测量了结合过程的焓变,以揭示结合作用的机制。抗体滴定SpA4Z-sepharose介质的滴定曲线如图 6所示。

图 6 抗体溶液与SpA4z-sepharose的滴定曲线 Figure 6 ITC curves of SpA4z-sepharose

用仪器自带的MicroCal-enabled Origin 7.0软件对其积分并归一化得到抗体溶液与SpA4Z-sepharose的结合焓变ΔH为-47.8 kJ·mol-1,进而利用式(2)、式(3)、式(4) 和式(5),

$ {K_{\rm{c}}} = \mathop \lim\limits_{C \to \infty } \frac{{q\rho }}{C} = \frac{{{q_{\rm{m}}}\rho }}{{{K_{\rm{d}}}}} $ (3)
$ \Delta G = - {\rm{R}}T{\rm{ln}}{K_{\rm{C}}} $ (4)
$ \Delta G = \Delta H - T\Delta S $ (5)

可计算得到,ΔG为-10.5 kJ·mol-1, ΔS为-125 J·(mol·K)-1。用相同的方法得到抗体与Z-sepharose的结合焓变ΔH为-10.1 kJ·mol-1,吉布思自由能变ΔG为-8.0 kJ·mol-1,熵变ΔS为-7.1 J·(mol·K)-1

游离配基与抗体的等温滴定曲线如图 7所示,游离配基与抗体结合的热力学常数可以直接由等温滴定量热法测得。SpA4z与抗体结合的ΔG为-42 kJ·mol-1,ΔH为-146 kJ·mol-1,ΔS为-350 J·(mol·K)-1。Z结合域与抗体结合的ΔG为-41 kJ·mol-1, ΔH为-138 kJ·mol-1,ΔS为-327 J·(mol·K)-1

图 7 抗体溶液与游离配基SpA4Z和游离配基SpAZ的滴定曲线 Figure 7 ITC curves of free SpA4Z and SpAZ

SpAZ与SpA4Z固定化前后与抗体结合的热力学参数可参见表 1

表 1 热力学参数 Table 1 The thermodynamic parameters
ΔG/
(kJ·mol-1)
ΔH/
(kJ·mol-1)
ΔS/
(J·mol-1·K-1)
SpAZ -41 -138 -327
SpA4z -42 -146 -350
SpAZ-sepharose -8.0 -10.1 -7.1
SpA4z-sepharose -10.5 -47.8 -125.0

引发焓变的主要因素是静电相互作用,引发熵变的主要因素是疏水相互作用和构象自由度。由SpA与抗体结合的热力学参数可知,SpA与抗体的结合是由焓变驱动的,而熵变不利于SpA与抗体的结合,这与前人的研究一致[8],SpA与抗体结合的主要是由静电相互作用驱动的。与SpAZ和抗体的结合相比,SpA4Z与抗体结合的焓变和熵变均有提高,而两者的自由能变非常接近,这暗示着配基中Z结构域单体数量增加所导致的焓变主要用于补偿熵变的降低。固定化之后SpA4Z-Sepharose与抗体的结合焓变较SpAZ-Sepharose迅速降低,虽然SpA4Z-Sepharose的结合过程熵变也有所降低,但自由能变的结果显示SpA4Z-Sepharose更有利于亲和吸附的进行。

2.3 蛋白稳定性检测

微量差示扫描量热结果,如图 8所示。

图 8 微量差示扫描量热结果 Figure 8 Results of DSC

用MicroCal-enabled Origin软件拟合后得到的Tm值见表 2。可以看出,PBS缓冲液环境下SpA4mTm值高于SpA4z,而Z domain的Tm值最低。这表明SpA4m的稳定性高于SpA4z,而单一Z结构域的稳定性最差。NaOH溶液使蛋白的Tm降低,稳定性下降。但同样NaOH条件下SpA4mTm值依旧高于SpA4z。实验表明,SpA4m的稳定性高于SpA4z,对SpA4z进行的突变提高了它的稳定性。

表 2 DSC拟合结果 Table 2 Results of DSC
蛋白 溶液 Tm/℃
Z domain PBS(pH值为6.0) 71.79
SpA4z PBS(pH值为6.0) 75.79
SpA4m PBS(pH值为6.0) 83.46
Z domain 0.5 mol/L NaOH 58.72
SpA4z 0.5 mol/L NaOH 59.46
SpA4m 0.5 mol/L NaOH 67.48

NaOH处理后的SpA4z-sepharose和SpA4m-sepharose亲和介质的色谱图 9如所示。

图 9 色谱实验检测SpA4z-sepharose和SpA4m-sepharose介质的耐碱性能 Figure 9 Alkaline stability analysis of SpA4z-sepharose and SpA4m-sepharose

图 9可以看出,NaOH处理使得介质的吸附容量下降。对色谱峰进行积分分析,可知NaOH处理SpA4z-sepharose介质8 h后使其抗体结合容量下降到41%,处理16 h后使其结合容量下降到17%。NaOH处理SpA4m-sepharose介质8 h后使其抗体结合容量下降到77%,处理16 h后使其结合容量下降到47%。可以看出在NaOH处理后SpA4m-sepharose的吸附容量下降的比SpA4z-sepharose的少很多,说明SpA4m亲和介质在碱性条件下更稳定。

3 结语

将SpAZ、SpA4z和SpA4m分别偶联到琼脂糖介质。用等温滴定实验结合吸附平衡实验数据分别测定了SpAZ和SpA4z与抗体结合的热力学性质。实验表明固定化的SpAZ与抗体分子以约1:1的比例结合;而固定化的SpA4z分子虽然含有4个抗体结合域,但只能结合约2.2个抗体分子。SpA4z-Sepharose与抗体结合的Kd值比SpAZ-sepharose与抗体结合的Kd值小,说明SpA4z-Sepharose与抗体的亲和性更强。利用等温滴定量热法测得结合焓,并计算出结合熵。实验表明,结合反应是由焓变驱动的,而熵变不利于反应的进行。SpA4z-Sepharose与抗体结合的焓变和熵变都比Z-Sepharose的要显著,但总体效果还是焓变比熵变的作用更大。

氢氧化钠是最常用的色谱CIP试剂,针对天然蛋白A对氢氧化钠碱性环境耐受性较差的问题。本研究使用微量差示扫描量热仪检测了SpA4z和SpA4m的稳定性,结合色谱实验表明同样经NaOH处理,SpA4m比SpA4z具有更强的稳定性。本研究工作有助于深化重组蛋白A配基与抗体的结合机制,为开发高效耐用的重组蛋白A色谱介质奠定了基础。

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