Immunology · 10.1
抗原抗体反応に基づく手法：診断用抗体の基本概念
Methods based on antigen–antibody interactions: basic concepts of the diagnostic antibody
🧠 臨床検査の大半は「抗原抗体反応antigen-antibody reaction抗原抗体反応（antigen-antibody reaction）antigen-antibody reaction（抗原抗体反応）」という1つの現象の応用形として読む。 抗体は「標的」（血清中の特定抗体を検出する＝血清学）にも「道具tool道具（tool）tool（道具）」（抗体で何かを検出する＝免疫分析法）にもなる。免疫複合体（Ag+Ab）は可溶性で速く可逆的に形成され、これを沈降・凝集・濁度turbidity濁度（turbidity）turbidity（濁度）変化として可視化する古典的な検査法（電気泳動・免疫拡散・比濁法turbidimetry比濁法（turbidimetry）turbidimetry（比濁法）/比朊光法nephelometry比朊光法（nephelometry）nephelometry（比朊光法））が、より高度な免疫測定法immunoassay免疫測定法（immunoassay）immunoassay（免疫測定法）（10-2-immunoserology-methods-i・10-3-immunoassays-methods-ii）の土台になる。
免疫グロブリンのクラスとサブクラス
| クラス | サブクラス数 | 特徴 | 血清中濃度の目安 |
|---|---|---|---|
| IgA | 2 | 粘膜表面（唾液・涙・母乳）に出現。消化管・尿生殖器・呼吸器で病原体の定着を防ぐ | 約2.1 g/L |
| IgD | 1 | ナイーブB細胞naive B cellナイーブB細胞（naive B cell）naive B cell（ナイーブB細胞）表面の抗原受容体BCR抗原受容体（BCR）BCR（抗原受容体）。好塩基球basophil好塩基球（basophil）basophil（好塩基球）・肥満細胞の活性化（抗菌物質産生）にも関与 | 約0.04 g/L |
| IgE | 1 | アレルゲンに結合し好塩基球basophil好塩基球（basophil）basophil（好塩基球）・肥満細胞を活性化（ヒスタミン分泌→アレルギー反応；寄生虫免疫） | 約3×10⁻⁵ g/L |
| IgG | 4 | 病原体に対する液性防御の主役。胎盤を通過できる唯一の免疫グロブリン（胎児の受動免疫） | 約12 g/L |
| IgM | 1 | ナイーブB細胞naive B cellナイーブB細胞（naive B cell）naive B cell（ナイーブB細胞）のBCR。分泌型は非常に高いアビディティavidityアビディティ（avidity）avidity（アビディティ）をもち、一次抗体応答primary antibody response一次抗体応答（primary antibody response）primary antibody response（一次抗体応答）（第1相）での病原体排除を担う | 約1.5 g/L |
⭐ クラス/サブクラスを見る理由は臨床的直感そのもの。 新生児のIgM過剰高値は子宮内感染を示唆する。IgE高値はI型過敏反応の指標（例：呼吸器内科でアレルギー性喘息のアレルギー的背景を疑う根拠）。IgA不足は粘膜感染への易罹患性susceptibility易罹患性（susceptibility）susceptibility（易罹患性）を高める。日常臨床で重視されるのはIgG——IgG1は血中濃度最高でオプソニンopsoninオプソニン（opsonin）opsonin（オプソニン）として最良、不足すると低ガンマグロブリン血症hypogammaglobulinemia低ガンマグロブリン血症（hypogammaglobulinemia）hypogammaglobulinemia（低ガンマグロブリン血症）で反復感染recurrent infection反復感染（recurrent infection）recurrent infection（反復感染）を来す。一方IgG4は血中濃度最低だが、持続的なアレルゲン負荷があるとIgEに置き換わる形で増加することがある（遮断抗体blocking antibody遮断抗体（blocking antibody）blocking antibody（遮断抗体）的な役割）。
抗体の柔軟性・特異性・交差反応性
ヒンジ領域hinge regionヒンジ領域（hinge region）hinge region（ヒンジ領域）により抗体はある程度の柔軟性をもつ。特異性＝抗体が単一の抗原だけを認識・結合する度合い。交差反応性cross-reactivity交差反応性（cross-reactivity）cross-reactivity（交差反応性）＝異なる抗原同士が共通のエピトープを持つ場合に限り、1つの抗体が複数の抗原に結合する能力。
⚠️ リウマチ熱rheumatic feverリウマチ熱（rheumatic fever）rheumatic fever（リウマチ熱）は交差反応性cross-reactivity交差反応性（cross-reactivity）cross-reactivity（交差反応性）の臨床的実例——分子擬態molecular mimicry分子擬態（molecular mimicry）molecular mimicry（分子擬態）（08-2-natural-and-pathological-autoimmunity参照）と表裏一体。 連鎖球菌streptococcal連鎖球菌（streptococcal）streptococcal（連鎖球菌）の細胞壁抗原と心筋の抗原が構造的に類似したエピトープを共有するため、多重特異性をもつ抗体が両者に結合してしまう。
親和性とアビディティ
| 用語 | 定義 |
|---|---|
| 親和性 | 1つの抗体（Ab）と1つの抗原（Ag）の結合の強さ。Ag-Ab複合体形成の平衡定数equilibrium constant平衡定数（equilibrium constant）equilibrium constant（平衡定数）で記述される |
| アビディティavidityアビディティ（avidity）avidity（アビディティ） | 多数の決定基をもつ抗原と、多価の抗体群との結合強度integrity結合強度（integrity）integrity（結合強度）の総和field potential総和（field potential）field potential（総和） |
💡 アビディティavidityアビディティ（avidity）avidity（アビディティ）は「低親和性low affinity低親和性（low affinity）low affinity（低親和性）の弱点を数で補う」機構。 同一エピトープが反復して存在する抗原に対しては、個々の結合が低親和性low affinity低親和性（low affinity）low affinity（低親和性）であっても、多価結合の総和field potential総和（field potential）field potential（総和）として機能的親和性が大きく底上げされる——低アビディティavidityアビディティ（avidity）avidity（アビディティ）→高アビディティavidityアビディティ（avidity）avidity（アビディティ）→非常に高いアビディティavidityアビディティ（avidity）avidity（アビディティ）、という段階を踏む。
臨床における抗体の応用
| 使い方 | 目的 |
|---|---|
| 抗体を標的として（血清学） | ①感染の証明、②感染性病原体への防御レベルの測定、③病態のフォローアップFollow-up Routinesフォローアップ（Follow-up Routines）Follow-up Routines（フォローアップ）（自己免疫疾患・感染症・移植拒絶反応transplantation rejection移植拒絶反応（transplantation rejection）transplantation rejection（移植拒絶反応）） |
| 抗体を道具tool道具（tool）tool（道具）として | ①抗体が特異的に認識するものは何でも検出できる（免疫分析法）、②分子を特定部位へ標的送達targeted molecular therapy標的送達（targeted molecular therapy）targeted molecular therapy（標的送達）できる |
抗体をタンパクとして検出する：血清電気泳動
血清総タンパク濃度は約60〜80 g/L。デンシトグラムはアルブミン・α1グロブリン（α1アンチトリプシンalpha-1 antitrypsinα1アンチトリプシン（alpha-1 antitrypsin）alpha-1 antitrypsin（α1アンチトリプシン）等）・α2グロブリン（α2マクログロブリンalpha-2-macroglobulinマクログロブリン（alpha-2-macroglobulin）alpha-2-macroglobulin（マクログロブリン）・セルロプラスミンceruloplasminセルロプラスミン（ceruloplasmin）ceruloplasmin（セルロプラスミン）等）・βグロブリン（トランスフェリンtransferrinトランスフェリン（transferrin）transferrin（トランスフェリン）・β2ミクログロブリンbeta-2 microglobulinβ2ミクログロブリン（beta-2 microglobulin）beta-2 microglobulin（β2ミクログロブリン）等）・γグロブリン（免疫グロブリン）の順に分離される。
| 病態 | 電気泳動所見 |
|---|---|
| 慢性肝不全chronic liver failure慢性肝不全（chronic liver failure）chronic liver failure（慢性肝不全） | γグロブリン自体が増えるのではなく、他の血漿タンパクplasma protein血漿タンパク（plasma protein）plasma protein（血漿タンパク）の産生速度が相対的に低下するために目立つ |
| 慢性炎症 | γグロブリン濃度が上昇しうる（例：亜急性細菌性心内膜炎acute bacterial endocarditis急性細菌性心内膜炎（acute bacterial endocarditis）acute bacterial endocarditis（急性細菌性心内膜炎）、AIDS）。自己免疫疾患でも同様 |
| 多クローン性polyclonal多クローン性（polyclonal）polyclonal（多クローン性）ガンモパチーgammopathyガンモパチー（gammopathy）gammopathy（ガンモパチー） | γグロブリン濃度上昇、重鎖heavy chain重鎖（heavy chain）heavy chain（重鎖）の種類が多様なまま（Mスパイクspikeスパイク（spike）spike（スパイク）なし） |
| 単クローン性ガンモパチーmonoclonal gammopathy単クローン性ガンモパチー（monoclonal gammopathy）monoclonal gammopathy（単クローン性ガンモパチー） | γ領域にMスパイクspikeスパイク（spike）spike（スパイク）（鋭く狭いバンド）——単一種類の重鎖heavy chain重鎖（heavy chain）heavy chain（重鎖）（または軽鎖）が異常高率で産生されている状態 |
免疫複合体
抗原＋抗体＝免疫複合体（IC）。可溶性で、速く可逆的に形成され、平衡に達する。IC過剰産生による疾患：自己抗体によるもの（例：ABO不適合ABO incompatibilityABO不適合（ABO incompatibility）ABO incompatibility（ABO不適合））、外来抗体によるもの（例：受動免疫による血清病serum sickness血清病（serum sickness）serum sickness（血清病））。
比濁法と比朊光法
いずれも可溶性タンパクの光散乱light scattering光散乱（light scattering）light scattering（光散乱）特性に基づき、免疫複合体（Ab+Ag）の分析に適する。
| 手法 | 原理 | 用途 |
|---|---|---|
| 比濁法turbidimetry比濁法（turbidimetry）turbidimetry（比濁法） | 透過光強度の減少を測定 | 血清・髄液中の高濃度タンパクの測定 |
| 比朊光法nephelometry比朊光法（nephelometry）nephelometry（比朊光法） | 散乱光scattered light散乱光（scattered light）scattered light（散乱光）強度を測定 | 血清・髄液中の低濃度タンパク・薬物の測定（より高感度） |
免疫複合体の沈降：凝集と沈降
粒子性抗原corpuscular antigen粒子性抗原（corpuscular antigen）corpuscular antigen（粒子性抗原）→凝集、可溶性抗原soluble antigen可溶性抗原（soluble antigen）soluble antigen（可溶性抗原）→沈降。沈降は、2価・多価の抗体が抗原を架橋することで生じる不溶性沈殿precipitation沈殿（precipitation）precipitation（沈殿）物。
💡 沈降曲線precipitation curve沈降曲線（precipitation curve）precipitation curve（沈降曲線）は「抗体と抗原の比率」がすべてを決める。 抗体過剰域では沈殿precipitation沈殿（precipitation）precipitation（沈殿）は少なく、等価帯zone of equivalence等価帯（zone of equivalence）zone of equivalence（等価帯）で最大の沈殿precipitation沈殿（precipitation）precipitation（沈殿）量となり、抗原過剰域antigen excess zone抗原過剰域（antigen excess zone）antigen excess zone（抗原過剰域）では再び沈殿precipitation沈殿（precipitation）precipitation（沈殿）が減少する——古典的なハイデルベルガー曲線Heidelberger curveハイデルベルガー曲線（Heidelberger curve）Heidelberger curve（ハイデルベルガー曲線）の考え方。
単純ゲル拡散法（リング沈降法）と放射免疫拡散法
放射免疫拡散法radial immunodiffusion放射免疫拡散法（radial immunodiffusion）radial immunodiffusion（放射免疫拡散法）は最も安価な手法で、寒天ゲル内での抗原抗体沈降反応に基づく。抗体（または抗原）をゲルに混和し、単純法（Mancini法）ではゲルに特異抗体を混和、ウェルに患者血清由来の抗原を入れ、インキュベーション中に抗原がゲル内に拡散、抗原抗体複合体が沈降環を形成する（例：補体タンパク濃度の測定に応用）。
⭐ 沈降環の直径は抗原濃度の対数に比例する——だから定量検査quantitative test定量検査（quantitative test）quantitative test（定量検査）になる。 ゲル中の抗体量は一定なので、抗原濃度が高いほど沈降環はゲルのより遠くまで広がる。この関係を利用し、血清サンプル間で免疫グロブリン濃度を比較できる（例：IgG骨髄腫患者血清15 mg/mL、正常血清9.6 mg/mL、低ガンマグロブリン血症hypogammaglobulinemia低ガンマグロブリン血症（hypogammaglobulinemia）hypogammaglobulinemia（低ガンマグロブリン血症）患者血清2.6 mg/mL）——臨床検査室で免疫グロブリン濃度測定に日常的routine日常的（routine）routine（日常的）に使われる手法。
免疫固定法
電気泳動＋免疫拡散の組み合わせ。同一検体を6レーンで電気泳動しタンパクを分離した後、単一特異性抗体を添加し沈降複合体を固定・染色する——通常の電気泳動より高感度で、1つの抗体アイソタイプisotypeアイソタイプ（isotype）isotype（アイソタイプ）を特異的に検出できる。臨床検査室の日常業務として、正常血清と多発性骨髄腫multiple myeloma, MM多発性骨髄腫（multiple myeloma, MM）multiple myeloma, MM（多発性骨髄腫）のパターンを鑑別するのに使われる。
まとめ
- 免疫グロブリンの各クラスIgA/D/E/G/M各クラス（IgA/D/E/G/M）IgA/D/E/G/M（各クラス）は血清中濃度・機能が大きく異なり、異常値はそれぞれ特徴的な臨床像（新生児IgM高値=子宮内感染、IgE高値=I型過敏症、IgA低値=粘膜感染易罹患性susceptibility易罹患性（susceptibility）susceptibility（易罹患性）等）を示唆する。
- 抗体の特異性・交差反応性cross-reactivity交差反応性（cross-reactivity）cross-reactivity（交差反応性）（共通エピトープが前提、リウマチ熱rheumatic feverリウマチ熱（rheumatic fever）rheumatic fever（リウマチ熱）が好例）・親和性（1対1の結合強度integrity結合強度（integrity）integrity（結合強度））・アビディティavidityアビディティ（avidity）avidity（アビディティ）（多価結合の総和field potential総和（field potential）field potential（総和））という概念が、検査の解釈の基礎になる。
- 抗体は「標的」（血清学）にも「道具tool道具（tool）tool（道具）」（免疫分析法）にもなり、血清電気泳動serum electrophoresis血清電気泳動（serum electrophoresis）serum electrophoresis（血清電気泳動）のMスパイクspikeスパイク（spike）spike（スパイク）は単クローン性ガンモパチーmonoclonal gammopathy単クローン性ガンモパチー（monoclonal gammopathy）monoclonal gammopathy（単クローン性ガンモパチー）を、幅広い上昇は多クローン性polyclonal多クローン性（polyclonal）polyclonal（多クローン性）ガンモパチーgammopathyガンモパチー（gammopathy）gammopathy（ガンモパチー）・慢性炎症を示唆する。
- 免疫複合体は可溶性・速い可逆的平衡形成という性質をもち、比濁法turbidimetry比濁法（turbidimetry）turbidimetry（比濁法）（高濃度タンパク向け）・比朊光法nephelometry比朊光法（nephelometry）nephelometry（比朊光法）（低濃度タンパク向け、より高感度）で定量される。
- 沈降反応は抗体:抗原比が等価帯zone of equivalence等価帯（zone of equivalence）zone of equivalence（等価帯）にあるときに最大化し（沈降曲線precipitation curve沈降曲線（precipitation curve）precipitation curve（沈降曲線））、放射免疫拡散法radial immunodiffusion放射免疫拡散法（radial immunodiffusion）radial immunodiffusion（放射免疫拡散法）（Mancini法）は沈降環直径の対数関係logarithmic relationship対数関係（logarithmic relationship）logarithmic relationship（対数関係）を利用した定量検査quantitative test定量検査（quantitative test）quantitative test（定量検査）、免疫固定法immunofixation免疫固定法（immunofixation）immunofixation（免疫固定法）は電気泳動と組み合わせて特定の抗体アイソタイプisotypeアイソタイプ（isotype）isotype（アイソタイプ）を高感度に検出する。