凝集素是從各種植物、無脊椎動物和高等動物中純化出來的壹種糖蛋白或糖結合蛋白，因能凝集紅細胞(包括血型物質)而得名。其常見類型見表6-1。植物凝集素(PNA)是常用的，通常以提取它的植物命名，如刀豆A (ConA)、麥胚凝集素(WGA)、花生凝集素(PNA)和大豆凝集素(SBA)。凝集素不是起源或免疫反應的產物。它們被包括在這本書裏是因為它們的“親和力”特征，可以通過免疫細胞化學技術來應用。所以，玩味(1983)建議應該叫“凝集素組織化學”而不是“凝集素免疫組織化學”。
壹、凝集素的特性
凝集素有很多特性，這裏我們只簡單提壹下它的壹些與免疫細胞化學技術應用有關的特性。我們知道生物膜含有壹定量的糖，主要以糖蛋白和糖脂的形式存在。凝集素的最大特點是能識別糖蛋白和糖肽中復雜的碳水化合物結構，尤其是細胞膜中的碳水化合物結構，即細胞膜表面的碳脂決定簇。凝集素具有特異性結合特定糖基團的能力，如劍豆結合α-D-甘露糖；麥芽蛋白與N-乙酰氨基葡萄糖結合；豆凝集素與N-乙酰乳糖胺結合(見本章表6-1)。因此，凝集素可以作為研究細胞膜上特定糖基的探針。另壹方面，凝集素具有多價結合能力，可以與示蹤劑如熒光素、生物素、酶、膠體金和鐵蛋白結合，從而在光學顯微鏡和/或電子顯微鏡的水平上顯示其結合位點。
二、凝集素的應用
壹般認為細胞膜上特定的糖基可以用來區分細胞類型，反映細胞在分化、成熟和腫瘤細胞退化中的變化。只有在某些特殊情況下，凝集素的細胞結合能力才是可以預先估計的，比如香菇多糖對A血型的特異性，荊條凝集素對O 2-L-巖藻糖血型的特異性。然而，在大多數情況下，凝集素識別的碳水化合物決定簇的類型以及攜帶決定簇的分子的性質和功能完全是通過實驗經驗發現的。
1.凝集素作為細胞分化成熟的標誌，作為細胞分化的標誌，這方面的應用報道最多，研究集中在血細胞特別是淋巴細胞的分組。如Rose(1980)發現小鼠胸腺皮質中未成熟的T淋巴細胞為PNA陽性，在小鼠小腸集合淋巴小結的生發中心也發現了約20%的PNA陽性細胞。後者是否屬於未成熟T淋巴細胞是壹個值得進壹步研究的問題。Newman等(1979)用熒光素標記凝集素PNA，發現其在大鼠乳腺上皮的不同分化階段表現出不同的熒光強度。在未成熟的大鼠乳腺上皮細胞中，熒光較弱或沒有，乳腺上皮細胞的熒光強度從性成熟到妊娠逐漸增強，而在哺乳期熒光強度達到峰值。在皮膚角質細胞從基底向表層分化成熟的過程中，細胞表面碳水化合物的分布和性質都在發生變化。Brabed等人(1981)應用新生大鼠皮膚，結果顯示皮膚各層細胞分別結合不同的凝集素。麥芽蛋白與角質細胞結合，蓖麻蛋白與棘細胞和基底細胞結合，荊條凝集素標記在棘細胞表面。在成髓細胞的分化和成熟過程中，Winaod和Luzzati(1975)註意到了類似的皮膚變化。
2.Kivela和Farkkanen(1987)作為特殊類型的細胞，在人類視網膜中被發現。PNA標記視錐細胞，但不標記視桿細胞。在乳腺中，乳腺上皮細胞呈PNA陽性反應，而肌上皮細胞和間質細胞呈PNA陰性反應。用各種凝集素對小鼠、大鼠和家兔的腎組織切片進行染色。結果表明，刀豆A和蓖麻毒素存在於腎臟的各個部位，PNA和雙花扁豆凝集素(DBA)主要分布在遠曲小管和集合小管的上皮細胞中，黃荊凝集素(UEA)主要分布在血管內皮細胞中，而麥芽酚則分布在腎小球中。DBA對RIII和DDK品系小鼠的研究表明，DBA主要與各種組織中的毛細血管內皮細胞結合，電鏡觀察表明DBA與內皮細胞表面結合。有趣的是，RIII品系小鼠某些組織中的內皮細胞呈現陽性DBA陰性反應，說明同壹屬的血管內皮細胞也存在組織特異性差異。Streit和Kreutzberg(1987)發現，豬苓凝集素特異性標記面神經節內的小膠質細胞，其他類型的膠質細胞如星形膠質細胞呈陰性反應。面神經切斷後，增殖的小膠質細胞對豬苓凝集素的反應增強。免疫電鏡觀察顯示凝集素主要沈積在小膠質細胞的細胞膜或軸膜表面，特異性結合糖基為α-D-半乳糖。上海醫科大學附屬腫瘤醫院免疫病理室用12凝集素(表6-1)系統研究了凝集素受體在人胚胎和各種正常組織中的定位。結果表明，凝集素受體的分布沒有壹定的規律。比如胃黏膜的主要細胞是PNA受體，壁細胞是BSL受體，雙花扁豆受體(DBA)主要出現在大腸。
3.腫瘤中凝集素結合的變化腫瘤細胞伴隨著細胞膜的變化，細胞膜上的糖基也會發生相應的變化，這些變化可以被凝集素檢測到。大量研究發現，凝集素可作為腫瘤組織起源、腫瘤特異性診斷、腫瘤惡性程度和不同腫瘤鑒別的標記物。如張華忠等(1987)報道115例胃癌中PHA的陽性率高達90.43%，而正常胃黏膜基本為陰性，因此PHA被認為是胃癌的診斷標誌物。BSA對乳腺惡性腫瘤的陽性率為79%，而對良性病變為陰性，提示BSA可能是乳腺惡性腫瘤的相關標誌物。凝集素還有助於區分腫瘤的組織學類型，如神經系統星形細胞瘤ConA陽性，小膠質細胞瘤陰性，腎腺癌UEA1陰性，透明細胞癌陽性。
第三，凝集素的分類
凝集素可根據糖特異性、分子結構、結合位點及其功能進行分類。動物凝集素根據其分子結構分為C型凝集素、S型凝集素、P型凝集素、I型凝集素和五聚蛋白。c型凝集素是Ca2+依賴性凝集素；s型凝集素是特異性識別β-半乳糖苷鍵的凝集素；p型凝集素是壹種特異性識別甘露糖6磷酸酯的凝集素；I型凝集素類似於免疫球蛋白；五聚蛋白是壹種具有五個亞單位的凝集素。
第四，凝集素的性質
到目前為止，在無脊椎動物中發現的凝集素是糖蛋白，糖以價鍵的形式結合到凝集素中。糖的類型主要有甘露糖、氨基葡萄糖和半乳糖，木糖和阿拉伯糖很少。動物凝集素中包含的糖類型不同於植物和微生物凝集素中包含的糖類型。凝集素的蛋白質部分主要由天冬氨酸、絲氨酸和蘇氨酸組成，含硫氨基酸很少。與某些凝集素活性有關的金屬離子往往是Ca2+和Mg2+，這是許多糖結合或凝集所必需的。Ca2+的存在是許多凝集素(如C型凝集素)凝集的必要條件。在凝集素(Limulin)中，需要以鈣調素的形式擴展C並進行生理活動。在黑棘花中，Ca2+影響凝集素的分子構型；Ca2+通過改變蛋白質構型而不是直接參與配體結合來影響牡蠣凝集素。有人認為Ca2+通過離子鍵與紡錘體相互作用來穩定結構，增強氫鍵與疏水基團的相互作用。
凝集素的凝集反應常被單糖抑制，有的則需要壹些二糖、三糖或多糖，抑制的敏感性差異較大。壹些典型的特異性凝集素易被相應血型物質中的某些糖抑制，如血液抗原A的特異性凝集素被N-乙酰-D-半乳糖抑制；L-巖藻糖抑制o型特異性凝集素。凝集素結合糖的特異性範圍不同。少數凝集素的結合範圍很窄。用蛋白酶如胰蛋白酶和鏈黴蛋白酶溫和處理凝集素，可提高凝集活性的敏感性，某些添加劑和金屬離子也影響凝集素活性。
第五，研究凝集素的意義
凝集素廣泛存在於動物和植物中。凝集素最大的特點是能識別糖蛋白和糖脂中復雜的碳水化合物結構，特別是細胞膜中的，即細胞膜表面的糖基。凝集素具有僅特異性結合壹種特定糖基團的能力。因此，凝集素可以作為研究細胞膜結構的探針。凝集素在無脊椎動物血液中具有多種生物活性，能選擇性凝集多種細胞，對腫瘤細胞有特異性凝集作用。它是免疫防禦的重要體液因素之壹。另壹方面，凝集素具有多價結合能力，可以與熒光素、酶、生物素、鐵蛋白、膠體金結合，而不影響其生物活性。可用於光鏡或電鏡水平的免疫細胞化學研究，在探索細胞分化、增殖和惡性轉化的生物進化過程，展示腫瘤相關抗原物質，診斷和評估腫瘤等方面具有壹定的價值。此外，植物凝集素在植物中也有重要作用，如在種子萌發過程中；作為植物胚胎細胞的促有絲分裂因子；在農作物病蟲害防治等方面的保護作用。研究凝集素的特異性有助於在分子或原子水平上理解生命現象或病理變化。