本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者观点，不一定代表《大众科学》的观点。
抗体对于生物学和医学研究至关重要。然而，自 2015 年初以来，抗体行业的状态一直被描述为处于可重复性危机之中。主要问题之一是初级抗表的错误表征。健康研究行业充斥着关于针对相同免疫原（抗原）的各种抗体的灵敏度、特异性和反应性的不一致的验证数据。除了使用少量检测方法（如 DNA 测序）进行测试外，许多供应商和制造商没有明确的质量保证流程来验证其基于抗体的产品，例如商业检测抗体和/或治疗药物。
数据验证的这种不一致性会使研究人员付出时间和金钱，在某些极端情况下，甚至会影响他们的项目。在 2015 年Nature文章中，Andrew Bradbury 和 Andreas Plückthun 估计，仅在美国，抗体方面的花费就高达 8 亿美元，其中一半是由于未正确验证的抗体导致漫长的故障排除和延误重要研究。迄今为止最突出的例子之一是一个研究小组，他们希望开发一种针对新型卵巢癌预后标志物 CUZD1 的诊断检测方法。
他们订购了一个包含针对其标志物的抗体的试剂盒，以验证他们的检测方法，并花费了两年研究工作、数千份患者样本和 50 万美元进行额外实验，结果才意识到该试剂盒的抗 CUZD1 实际上是抗 CA125，这是一种针对另一种卵巢癌预后标志物的抗体，而这已经是诊断市场上的产品。如果研究人员在进行实验之前通过针对正确的抗原进行测试来保护他们的工作，通过询问供应商他们如何常规验证其抗体产品的正确身份，和/或通过使用重组抗体，这种情况本可以避免。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事。
标准商业抗体通常在动物对抗原产生免疫反应后从动物体内纯化。这些动物的抗体产生细胞的基因组 DNA 经历许多重排和其他组合事件，从而产生许多不同的抗体克隆（多克隆库）。然后使用传统的分子生物学方法分离和测试该库中的抗体，以生产用于商业用途的单克隆抗体 (mAbs)。
相比之下，重组抗体是其已知、独特序列已被整合到 DNA 片段中的抗体，细菌或哺乳动物细胞可以使用该 DNA 片段以可重复的方式连续输出相同的抗体。重组抗体技术利用自然界的校对能力和生物过程来生成可靠的抗体。
本质上，传统的商业抗体生产通常受到批次间变异性的影响。这种变异性通常源于抗体生产动物的变化或死亡、杂交瘤（抗体产生）细胞系的丢失和/或后一种细胞系长期繁殖产生的抗体功能伪影。杂交瘤细胞系的意外丢失尤其有害，因为可能无法获得遗传物质来恢复编码序列以继续使用抗体。
然而，如果剩余少量抗体样本，基于质谱 (MS) 的蛋白质测序可以通过提供其一级氨基酸代码来“复苏”抗体，然后可以使用该代码推导出 DNA 序列并再生抗体以供储存和未来使用。
质谱 (MS) 根据质量 (m) 和电荷 (z) 区分蛋白质或蛋白质片段（肽）。蛋白质用称为蛋白酶的酶消化，消化物通过质谱仪。MS 仪器中观察到的每个光谱峰或信号都对应于给定肽的唯一 m/z 比率。梅奥诊所研究小组跟踪独特的 m/z 值，以准确快速地识别临床实验室中使用的抗体类型（同型分型）。他们经常且成功地使用质谱仪作为在检测方法开发之前检查 mAb 的工具。
质谱研究人员还利用串联质谱 (tandem MS)，它涉及一台机器内的多个 MS 仪器，以产生可用于分析以推断蛋白质序列的各种 m/z 光谱。传统的串联质谱方法通常仅使用一种蛋白酶，并且不会产生许多重叠的肽。我们的小组最近公布了一项研究，表明在串联质谱之前用多种蛋白酶进行蛋白质消化有利于蛋白质测序；与仅使用一种蛋白酶相比，在 MS 实验中使用多种蛋白酶使我们能够以更高的统计确定性拼接蛋白质序列的 100%。
确定地了解蛋白质的完整序列对于研究人员来说非常重要，因为他们可以使用蛋白质序列来生产重组抗体，这将确保他们的检测方法具有可重复性。
除了蛋白质测序外，质谱方法还可以输出关于蛋白质修饰的数据，例如糖基化（向蛋白质添加糖基），这些修饰对目标抗体是独特的，并且对抗体的结构、稳定性和功能至关重要。质谱可用于精确定位糖基的确切位置，糖基倾向于在抗体的抗原结合区聚集。糖基确切位置可能特别难以通过质谱以外的方法评估。
虽然蛋白质代码存在于基因组中，但没有已知的 DNA 序列可以预测将附着到蛋白质上的特定糖基，并且在某些情况下很难知道糖基将添加到蛋白质的哪个区域。因此，常用的检测方法（如 DNA 测序）可能无法完全表征抗体；科学和医学界也将受益于关于蛋白质修饰（如对抗体活性重要的糖基）的质谱数据。
尽管质谱研究已充分利用 DNA 测序信息来生成数据库以识别抗体，但我们的小组也已经能够证明蛋白质测序与 DNA 测序一样准确，并且能够在 DNA 测序数据不可用时填补空白。此外，与其他生物物理技术相结合，质谱可以提供额外的信息来表征抗体结构、结合强度和其他特性。
总之，这些特点使基于质谱的蛋白质测序成为未来商业抗体和治疗药物标准验证的主要手段。蛋白质测序仍然是解决固有抗体问题的必要工具，以改善医学研究。
作者感谢 Mingjie Xie、Clayton Moore 以及 Bin Ma 博士、Thierry Le Bihan 博士、Zac McDonald 博士和 Mohamed Shaad Hasim 博士的编辑和讨论。