食用农产品是食品的基本原料和重要组成部分，是公众日常生活必不可少的食物来源，其质量安全直接关乎老百姓的健康，乃至社会和谐稳定。威胁食用农产品质量安全的因素众多，从产地环境的重金属、生物和化学毒素污染，到生产过程中不可或缺的有毒有害农兽药投入品，再到收储运环节中滋生的致病和产毒微生物及其代谢毒素等。这些污染物危害风险几乎贯穿整个产供链，给食用农产品造成严重损失，同时也给人类健康带来重大安全隐患。对食用农产品产供全过程中质量安全危害物的治理、防控和监测工作，是各级政府主管部门和科研工作者不可推卸责任。

基于“免疫网络学说”的抗独特型抗体(anti-idiotype antibody，AId或Ab2)因具有抗原“内影像”效应，即具有与抗原相同的抗原决定簇，从而具有可以模拟抗原决定簇分子构象乃至类似生物活性的功能，被普遍认为是有望用于靶向设计抗原功能效应物的可行路径[1-2]。抗独特型抗体首先兴起于生物医药和分子诊断领域，是目前国内外免疫原(特别是疑难免疫原)替代功能效应物创制的希望，已经在多种抗原替代功能效应物创制中获得成功[3-7]。食用农产品质量安全危害物多数都具有免疫原或半免疫原性，其中一些种类如黄曲霉毒素、微囊藻毒素、呕吐毒素等剧毒物质[8]，在制备其检测用抗体时，不仅危害科研工作者和免疫动物的生命安全，更会造成生态环境的二次污染。抗独特型抗体为这些危害物的无毒化抗原替代功能效应物靶向创制提供了新思路，同时也为研发和拓展更为安全的可替代有毒、有害、有争议的农业投入品(如农药、兽药、转基因等)生物活性效应物指明了方向。

近年来，国内外已经开始有抗独特型抗体在食用农产品质量安全危害物监控上应用研究的报道。本文通过系统梳理食用农产品主要危害物种类，全面整理了抗独特型抗体在这些危害物监控应用上的研究状况，并结合作者及所在团队近年相关研究成果，对其应用前景进行展望，探讨存在的问题并提出拟解决的对策；旨在为研发和拓展新型安全的食用农产品质量安全危害物生物监测和生物防控材料提供有价值的文献参考。

1 食用农产品质量安全主要危害物及其风险

食用农产品在产供过程中，威胁其质量安全的危害物种类众多、来源广、因素复杂、危害巨大，归纳起来，可以分为生物源危害物(包括食源性病毒、食源性致病微生物以及产毒真菌、农作物、水生生物和动物等)和化学危害物(包括农药、兽药以及重金属和类金属等)两大类。食用农产品中主要危害物种类及其风险，见表1。

表1 食用农产品中主要危害物及其风险

Tab.1 Main hazards and risks of edible agricultural products

危害物种类典型代表关键危害因子主要危害风险生物源危害物食源性病毒诺如病毒ssRNA急性肠胃炎,引起腹泻甲型肝炎病毒ssRNA肝炎、急性肠炎,传染性病毒轮状病毒dsRNA急性肠胃炎,引起腹泻呕吐金黄色葡萄球菌肠毒素诱发炎症、引起伤口感染食源性大肠杆菌肠毒素引起严重腹泻和败血症致病细菌鼠伤寒沙门氏菌内毒素损害肝、脾、骨髓,引起腹泻福氏志贺氏菌肠毒素引起流行性痢疾肉毒杆菌肉毒素神经毒素,剧毒产毒真菌黄曲霉黄曲霉毒素属1类致癌物鲜绿青霉赭曲霉毒素损害肝、肾,致畸禾谷镰刀菌脱氧雪腐镰刀菌烯醇属3类致癌物三线镰刀菌玉米赤霉烯酮扰乱生殖和中枢系统,致畸串珠镰刀菌伏马毒素属2B类致癌物扩张青霉展青霉毒素损伤生殖、免疫系统,致畸、致突变毒蘑菇鹅膏蕈菌鹅膏蕈碱损伤肝脏和肾脏,剧毒毒蝇鹅菌鹅膏毒蝇碱神经毒素鹿花菌鹿花毒素属3类致癌物白毒伞光盖伞素损害肝脏丝膜菌奥来毒素慢性中毒四季豆皂素破坏红细胞,诱发肠胃炎产毒马铃薯龙葵碱麻痹中枢神经,刺激肠胃黏膜农作物鲜黄花菜秋水仙碱损伤肠胃,扰乱肝肾功能野芹菜毒芹碱麻痹神经末梢和脊髓河豚河豚毒素神经毒素,剧毒产毒水生石房蛤、贻贝石房蛤毒素麻痹神经中枢系统,剧毒生物芋螺芋螺毒素神经毒素,阻断乙酰胆碱受体冈比亚甲藻西加毒素神经毒素,剧毒微囊藻微囊藻毒素肝毒素,属2B类致癌物

续表1

危害物种类典型代表关键危害因子主要危害风险产毒动物毒蛇蛇毒神经或溶血毒素,个别剧毒蟾蜍蟾毒危害心脏,引起心律失常蜈蚣蜈蚣毒引起头痛呕吐,危害心脏蝎子蝎毒神经毒、溶血毒化学源危害物农药无机农药砷、铅、汞制剂危害肝脑和神经消化系统,已禁用有机氯六六六扰乱神经和中枢系统,已禁用滴滴涕、六氯苯、艾-狄氏剂现已禁用,均属2A类致癌物甲胺磷神经毒性,剧毒,已禁用有机磷敌敌畏神经毒性,属2B类致癌物毒死蜱损害中枢神经,属于限用农药有机氮氨基甲酸酯类甲萘威、涕灭威属3类致癌物酰胺脲类苄嘧磺隆、氯磺隆、甲草胺对人畜低毒拟除虫菊酯溴氰菊酯皮肤红疹,属3类致癌物联苯菊酯、氯氰菊酯人畜低毒,对鱼、蜜蜂高毒新烟碱类噻虫嗪、吡虫啉对人畜低毒三嗪类阿特拉津属3类致癌物灭蝇胺对人畜低毒生物源农药Bt毒素尚无明显危害证据阿维菌素对人畜低毒,对蜜蜂高毒2,4-滴刺激皮肤,损伤肝心脏,对人畜低毒沙蚕毒素干扰神经和呼吸系统,对人畜低毒兽药磺胺类磺胺二甲嘧啶、磺胺甲恶唑属3类致癌物喹诺酮类萘啶酸、吡哌酸、诱发胃肠道刺激和中枢系统过敏反应诺氟沙星影响未成年骨骼发育β-内酰胺类氨苄青霉素属3类致癌物头孢唑啉、头孢拉定可能诱发皮疹、荨麻疹等过敏反应四环素类土霉素影响未成年牙齿、骨骼发育伊维菌素危害肠胃肝脾功能,干扰神经系统重金属镉属1类致癌物铅、镍、钴属2B类致癌物汞属3类致癌物类金属砷属1类致癌物

2 抗独特型抗体及其创制技术原理

抗体是动物机体免疫应答过程中产生的一类特异结合抗原的大分子蛋白质，根据血清型分析可以将其分为同种型(isotype)、同种异型(allotype)和独特型(idiotype, Id或Ab1)三类；其中独特型类型是存在抗体分子表位上的独特型抗原决定簇的统称，具有特异型抗原识别结合的特性，可以出现在抗体分子的互补决定区、骨架区甚至是Fc片段区域[1]。1974年，Jerne首次提出“免疫网络学说”[9]，认为动物机体受到免疫刺激后，免疫系统会发生一系列的应激级联免疫反应，由抗原刺激产生抗体，抗体刺激又会产生抗抗体，如此推进，最后调节体内免疫机能达到稳定状态。由此推断并经证实，独特型抗体会刺激产生抗独特型抗体，按其与独特型抗体结合的特点和功能可分为4类[1]：将骨架区的独特位诱导产生的抗独特型抗体称为Ab2α，互补决定区的独特位诱导产生的抗独特型抗体称为Ab2β，由靠近和位于互补决定区的独特位诱导产生的抗独特型抗体称为Ab2γ，以及由远离和位于互补决定区的独特型抗体诱导产生的抗独特型抗体称为Ab2ε。抗原免疫产生独特型抗体及进一步诱导抗独特型抗体产生过程，见图1(参考文献[10]，并有细节优化)。图1中，Ab2β抗独特型抗体因直接由独特型抗体互补决定区(即抗原结合区域)诱导产生，具有抗原“内影像”效应，在三维结构上与初始抗原类似，由此可以被用于原抗原构象乃至生物活性的功能替代效应物创制[11-12]。目前，采用抗原多克隆抗体、单克隆抗体以及它们的Fab或F(ab)2片段作为免疫原(用于免疫动物)或包被抗原(用于人工抗体库淘筛)，是生物医药、分子诊断以及免疫检测领域创制具有抗原功能效应物的抗独特型抗体的主流方式，涉及的抗独特型抗体类型包括多克隆抗体、单克隆抗体和新型人工抗体(如单链抗体、纳米抗体)等形式[1, 13-15]。

图1 抗原免疫产生独特型抗体及进一步诱导抗独特型抗体产生过程
Fig.1 Schematic diagram of antigen immunization to produce idiotypic antibodies and further induction of anti-idiotypic antibodies production

3 抗独特型抗体创制技术在食用农产品危害物监控中的应用研究状况

抗独特型抗体作为一种可模拟抗原构象乃至生物活性的特殊抗体，在食用农产品质量安全危害物检测用抗体材料和安全的生物活性效应物创制上早有探索研究的报道。近20年来，国内外公开可查的相关文献资料见表2。目前抗独特型抗体及其创制技术已经在食用农产品生物毒素危害物替代检测、生物农药活性替代效应物和致病微生物可替代免疫原等创制上有相应报道，且最主要集中在高危高毒生物毒素的无毒化构象模拟用于替代免疫检测的研究；就抗独特型抗体形式而言，已经涵盖了多克隆抗体、单克隆抗体以及新型人工抗体中的单链抗体、单域纳米抗体以及7肽和12肽抗体等；早期以单克隆抗体类型为主，最近几年人工抗体类型逐渐成为新的热点。早在1998年，Tsutsumi等[16]以微囊藻毒素单克隆抗体为免疫原，通过免疫小鼠成功制备了其抗独特型单克隆抗体，并建立了酶连免疫检测方法(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)，测得中抑制质量浓度(half-maximum inhibition, IC50)为0.45 ng/mL；Maragos等[17]以呕吐毒素单克隆抗体Fab片段为免疫原，制备了呕吐毒素抗独特型多克隆抗体血清，初步测得其IC50为0.1 μg/mL；此外，He等[18]、Wang等[19]、Shu等[20]和Qiu等[21]借助噬菌体人工抗体库及其抗原特异性高通量筛选技术，分别筛选到了赭曲霉毒素、黄曲霉毒素、伏马毒素和Bt Cry1Ab毒素的抗独特型人工抗体，并用于毒素检测。作者所在的科研团队，近年集成抗独特型抗体创制技术、噬菌体人工抗体库构建和高通量淘筛、鉴定技术以及抗体亲和成熟技术，并依托单克隆高通量自动挑选和生物分子互作高通量分析系统，以Bt Cry杀虫蛋白抗体为包被靶点，从人源化噬菌体单链抗体库中靶向筛选到了系列具有模拟Bt Cry杀虫功能的抗独特型人源杀虫蛋白，经靶标害虫生测实验证实，系列材料对小菜蛾和稻纵卷叶螟具有良好杀虫活性，相关成果已获国家专利和PCT国际专利授权[22-25]。

表2 抗独特型抗体在食用农产品危害物监控中的研究报道

Tab.2 Reports of anti-idiotype antibodies used for monitoring hazards in edible agricultural products

年份模拟危害物抗独特型抗体类型主要用途实施效果文献来源1998微囊藻毒素单克隆抗体构象模拟,替代检测IC50=0.45ng/mLLOD,未见报道[16]2007T-2毒素单克隆抗体构象模拟,替代检测IC50=113ng/mLLOD=10ng/mL[26]2009嗜水气单胞菌单克隆抗体构象模拟,替代免疫可识别原抗体[27]2010伊维菌素单克隆抗体构象模拟,替代检测IC50=0.4μg/mLLOD,未见报道[28]2011贝类毒素(大田软海绵酸)单克隆抗体构象模拟,替代检测IC50, 未见报道LOD,未见报道[29]2011有机磷农药(马拉硫磷)单链抗体构象模拟,替代检测IC50=113ng/mLLOD=10ng/mL[30]2013蝎毒素多克隆抗体(血清)构象模拟,替代免疫增强免疫原性[31]2013赭曲霉毒素7肽构象模拟,替代检测IC50=0.04ng/mLLOD,未见报道[18]2013猪PRRSV病毒单克隆抗体构象模拟,替代免疫弱化抗原毒性[32]2014F-2毒素12肽构象模拟,替代检测IC50=1.8ng/mLLOD,未见报道[33]2014呕吐毒素多克隆抗体(血清)构象模拟,替代检测IC50=0.1μg/mLLOD,未见报道[17]2015桔霉素驼源纳米抗体构象模拟,替代检测IC50=10.9μg/LLOD,未见报道[34]2015Bt Cry1Ab毒素人源单链抗体活性模拟,替代杀虫具有杀虫活性[22]2015Bt Cry1B毒素人源单链抗体活性模拟,替代杀虫具有杀虫活性[23]2015Bt Cry1C毒素人源单链抗体活性模拟,替代杀虫具有杀虫活性[24]2016黄曲霉毒素驼源纳米抗体构象模拟,替代检测IC50,未见报道LOD=15μg/mL[19]2016伏马毒素驼源纳米抗体构象模拟,替代检测IC50=0.89ng/mLLOD=0.12ng/mL[20]2017Bt Cry2A毒素人源单链抗体活性模拟,替代杀虫具有杀虫活性[25]2018Bt Cry1Ab毒素驼源纳米抗体构象模拟,替代检测IC50=42.6ng/mLLOD,未见报道[21]

LOD：检出限。

4 结 语

抗独特型抗体目前在生物医药领域研究较多、对象较广，实际应用也相对较为成熟，部分产品已经进入临床试验，其中具有模拟肺癌肿瘤抗原NeuGcGM3的抗独特型抗体药物Racotumomab(商品名为Vaxira)已投入市场[35]。在食用农产品质量安全危害物监控上，目前还仅限于高毒高危生物毒素、致病微生物以及个别生物农药的无毒化可替代免疫原供检测或生物活性效应物的靶向创制，且均处于初步探索阶段，尚无商品化产品。整体而言，无论是在生物医药、分子诊断还是农产品、食品质量安全危害物检测及控制等领域，抗独特型抗体技术仍处于萌芽起步阶段，受关注度相对偏少，可替代抗原功效的产品微乎其微。究其原因，主要受到两方面问题制约。

1)技术流程复杂。创制抗独特型抗体的前提是必须先制备针对抗原决定簇的独特型抗体，然后再经独特型抗体才有可能靶向获得抗独特型抗体，即要经历两次免疫或库筛选，其中任何一个环节失误都会干扰后续结果，只有各个步骤恰到好处，才有可能获得具有模拟功效的抗独特型抗体。针对该问题建议：在“免疫网络学说”理论无法突破的前提下，探索以人工抗体库替代传统动物免疫，并组合人工抗体高通量筛选和鉴定系统。这是提高筛选效率较为可行的办法，现已有初步成功应用的实例，见表2。

2)模拟功效难尽人意。抗独特型抗体是免疫应激级联反应随机产生的一种特殊抗体，无论是采用动物免疫还是人工抗体库淘筛方式，均无法避免抗体分子上非抗原决定簇的巨大干扰。要想恰到好处地获得针对独特型抗体互补决定区，且能完整模拟抗原构象的Ab2β，其难度系数不亚于大海捞针，更不要说可替代抗原生物活性的效应物。针对该问题建议：从独特型抗体角度，尽量剔除非抗原决定簇，减少干扰；从制备效率角度，可以探索集成串联动物体内富集(免疫)、人工抗体库体外富集(构建抗独特型抗体免疫库)，最后借助蛋白质互作同源建模和热点预测分析等生物信息学手段对捕获模拟物进行亲和成熟(如点突变、链置换等)[36-38]。

总的来说，抗独特型抗体作为具有模拟免疫原构象乃至生物活性功能的特殊抗体材料，在食用农产品质量安全危害物管控上具有很大挖掘潜力，特别是在生物防控方面(如拓展安全的、环境友好的新型农兽药以及防腐保鲜剂等多肽材料)具有重要科学意义。

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Study on Anti-Idiotype Antibodies Used for Monitoring Hazards in Edible Agricultural Products

XU Chongxin, ZHANG Xiao, LIU Yuan, HU Xiaodan, ZHU Qing, ZHONG Jianfeng,LU Lina, LIN Manman, GAO Meijing, XIE Yajing, LIU Xianjin*

(Institute of Food Safety and Nutrition/Laboratory for Food Quality and Safety-State Key Laboratory Cultivation Base of Ministry of Science and technology, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)

Abstract： The hazards which affect the quality and safety in edible agricultural products are widely sourced and varied. The hazard risks of biological and chemical pollutants almost accompany the entire supply chains in edible agricultural products, from production environment and agricultural inputs to the harvest, storage and transportation links. It is an inevitable requirement for the sustainable development to efficiently monitor the hazardous materials and research its functional effector for edible agricultural products. The immune network theory-based anti-idiotype antibodies have been proved to be useful for antigenic effector preparation because the characterizing of simulate conformation and even biological activity of antigenic epitope, which provided a new idea of monitoring the hazards of edible agricultural products or functional alternative materials. In this study, the hazards and safety risks which may involve in the process of production and supply of edible agricultural products have been systematically sorted out.Meanwhile, anti-idiotype antibodies technology and the application status in monitoring hazards of edible agricultural products have been comprehensively introduced and collated.Finally, we have studied the application prospects, existing problems and counter measures of anti-idiotype antibodies for monitoring hazards in edible agricultural products.

Keywords： anti-idiotype antibodies; edible agricultural products; quality and safety; immunoassay; biological prevention and control

中图分类号： TS201.6

文献标志码：A

doi:10.3969/j.issn.2095-6002.2019.04.015

文章编号：2095-6002(2019)04-0103-08

引用格式：徐重新，张霄，刘媛，等. 抗独特型抗体在食用农产品危害物监控中的应用研究[J]. 食品科学技术学报，2019,37(4):103-110.

XU Chongxin, ZHANG Xiao, LIU Yuan, et al. Study on anti-idiotype antibodies used for monitoring hazards in edible agricultural products[J]. Journal of Food Science and Technology, 2019,37(4):103-110.

收稿日期： 2018-08-24

基金项目： 国家自然科学基金资助项目(31701724；31630061)； 江苏省社会发展基金项目(BE2017706)； 江苏省农业科学院基金项目(6111676)。

第一作者： 徐重新，男，助理研究员，博士研究生，主要从事农产品质量安全生物危害物管控技术研究。

*通信作者： 刘贤金，男，研究员，博士，主要从事农产品质量安全规范与控制技术研究。

(责任编辑：叶红波)