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第108章 细胞凋亡检测方法

细胞凋亡与坏死是两种完全不同的细胞凋亡形式,根据死亡细胞在形态学、生物化学和分子生物学上的差别,可以将二者区别开来。细胞凋亡的检测方法有很多,下面介绍几种常用的测定方法。

一、形态学观察方法

1.HE染色、光镜观察

凋亡细胞呈圆形,胞核深染,胞质浓缩,染色质成团块状,细胞表面有“出芽”现象。

2.丫啶橙(AO)染色,荧光显微镜观察

活细胞核呈黄绿色荧光.胞质呈红色荧光。凋亡细胞核染色质呈黄绿色浓聚在核膜内侧,可见细胞膜呈泡状膨出及凋亡小体。

3.台盼蓝染色

如果细胞膜不完整、破裂,台盼蓝染料进人细胞,细胞变蓝,即为坏死。如果细胞膜完整,细胞不为台盼蓝染色,则为正常细胞或凋亡细胞。此方法对反映细胞膜的完整性,区别坏死细胞有一定的帮助。

4.透射电镜观察

可见凋亡细胞表面微绒毛消失,核染色质固缩、边集,常呈新月形,核膜皱褶,胞质紧实,细胞器集中,胞膜起袍或出“芽”及凋亡小体和凋亡小体被临近巨噬细胞吞噬现象。

二、DNA凝胶电泳

1.基本原理

细胞发生凋亡或坏死,其细胞DNA均发生断裂,细胞内小分子量DNA片断增加,高分子DNA减少,胞质内出现DNA片断。但凋亡细胞DNA断裂点均有规律的发生在核小体之间,出现180~200bp,DNA片断,而坏死细胞的DNA断裂点为无特征的杂乱片断,利用此特征可以确定群体细胞的死亡,并可与坏死细胞区别。

2.结果判断

正常活细胞DNA电泳出现阶梯状条带;坏死细胞DNA电泳类似血抹片时的连续性条带。

三、酶联免疫吸附法(ELlSA)核小体测定

凋亡细胞的DNA断裂使细胞质内出现核小体。核小体由组蛋白及其伴随的DNA片断组成,可由ELISA法检测。

1.操作步骤

(1)将凋亡细胞裂解后高速离心,其上清液中含有核小体。

(2)在微定量板上吸附组蛋白体。

(3)加上清液使抗组蛋白抗体与核小体上的组蛋白结合。

(4)加辣根过氧化物酶标记的抗DNA抗体使之与核小体上的DNA结合。

(5)加酶的底物,测光吸收值。

2.用途

该法敏感性高,可检测5×100/ml个凋亡细胞。可用于人、大鼠、小鼠的凋亡检测。该法不需要特殊仪器,适合基层工作,但是不能精确测定凋亡细胞发生的绝对量。

四、流式细胞仪定量分析

1.基本原理

细胞发生凋亡时,其细胞膜的通透性也增加,但是其程度介于正常细胞与坏死细胞之间。利用这一特点,被检测细胞悬液用荧光素染色,利用流式细胞仪测量细胞悬液中细胞荧光强度来区分正常细胞、坏死细胞核凋亡细胞。

流式细胞仪检测具有以下特点:①检测的细胞数量大,因此其反映群体细胞的凋亡状态比较准确;②可以做许多相关性分析;③结合被检铡细胞的DNA含量的分析,可确定凋亡的细胞所处的细胞周期。

2.方法

(1)检测形态学及细胞膜完整性的Hoechs—PI双染色法细胞发生凋亡时,其细胞膜的通透性液增加,但其程度介于正常细胞和坏死细胞之间,利用这一特点,被检测细胞悬液用荧光素染色,利用流式细胞仪检测细胞悬液中细胞荧光强度来区分正常细胞、坏死细胞和凋亡细胞。

利用Hoechs—PI染色法,正常细胞对染料有抗拒性,荧光染色很浅,凋亡细胞主要摄取Hoecha染料,呈现强蓝色荧光,而坏死细胞主要摄取碘化丙啶(PI)而呈强的红色荧光。

(2)DNA片断原位标记法凋亡细胞DNA片断原位末端检测技术是指在细胞(或组织)结构保持不变的情况下,用荧光素、地高辛或生物素标记的脱氧尿三磷酸(DUTP)和末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)相反应与凋亡细胞裂解后3"的羟基(—OH)端结合,经显色反应后检测DNA裂解点的技术。

DNA片段原位标记法有二种:

①原位缺口转移(in situ nick—translation,ISNT)技术,它是利用DNA多聚酶I将标记的核苷酸连接到断裂DNA的3"—OH端;

②原位缺口末端标记技术(in situ end labelling technique,ISEL),即TUNEL法,它是利用TdT将标记的DUPT接到3"—OH端。研究证明,TUNEL法的敏感性远高于ISNT,尤其对早期凋亡的检测,TUNEL更为合适。

(3)检测细胞膜成分变化的Annexin V联合PI法

①原理:在细胞凋亡早期位于细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸(PS)迁移至细胞膜外测。磷脂结合蛋白V(Annexin V)是一种钙依赖性的磷脂结合蛋白,它与PS具有高度的结合力。因此,Annexin V可以作为探针检测暴露在细胞外测的磷脂酰丝氨酸。故利用对PS有高度亲和力的Annexin V,将Annexin V标记上荧光紊(如异硫氰酸荧光素FITC),同时结合使用PI拒染法(因坏死细胞PS亦暴露干细胞膜外测,且对PI高染)进行凋亡细胞双染法后用流式细胞仪即可检测凋亡细胞。

②结果判断:正常活细胞Annexin V、PI均低染;凋亡细胞Annexin V高染、PI低染;坏死细胞Annexin V/PJ均高染。

③用途:细胞发生凋亡时,膜上的Ps外露早于DNA断裂发生,因此Annexin V联合PI染色法检测早期细胞凋亡较TUNEL法更为灵敏。又Annexin V联合PI染色不需固定细胞,可避免PI染色时因固定造成的细胞碎片过多及TUNEL法因固定出现的DNA片段丢失。因此,Annexin V联合PI法更加省时,结果更为可靠,是日前最为理想的检测细胞凋亡的方法。