细胞增殖是生物体的重要生命特征,细胞以分裂的方式进行增殖。
单细胞生物,以细胞分裂的方式产生新的个体;多细胞生物,以细胞分裂的方式产生新的细胞,用来补充体内衰老或死亡的细胞。同时,多细胞生物可以由一个受精卵,经过细胞的分裂和分化,最终发育成一个新的多细胞个体。
必须强调指出,通过细胞分裂,可以将复制的遗传物质,平均地分配到两个子细胞中去。可见,细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。
细胞增殖最直接的结果就是细胞数目的增加,如果控制样品的体积一定,细胞数目的增加就是细胞浓度的增加,那么在同一台仪器上用相同的分析速度上样计数时,浓度大的样品单位时间内被检测到的细胞数越多,上样相同时间后得到的相对细胞数也就越多。
流式细胞术相对计数法测定细胞增殖的原理即是将对照组和各实验组控制在相同的条件下直接计数,然后比较计数结果得出增殖结论。
相对计数法检测细胞增殖不仅可以得到对照组和各实验组间的相对数值,也可以得到绝对数值。
如在对照组和各实验组中加入1×105PE标记的人工微球作为内参(internal control),该微球的大小与需要检测的细胞相当。用相对计数法同时可以计数该PE标记的人工微球,以计数得到的数值为基值,其他对照组和实验组的相对数值就可以根据此基值计算出对照组和实验组的绝对数值。
如低速上样90秒计数得到的PE标记人工微球相对数为20 000,那么相对数值20 000就代表绝对数值1×105,如果某实验组得到的目标细胞相对数值为50 000,那么该实验组内细胞的绝对数值就是2. 5×105。
方法和注意事项:
(1)对照组和各实验组每种细胞所加的浓度必须相同,每个组至少设置3个复孔,这样每个孔可以得到1个细胞数,将3个复孔取平均值后就是这个组的结果。如果同时需要得到每孔目标细胞增殖后的绝对数值,在每孔细胞中加入1×105PE标记的人工微球作为内参。
(2)收集各组的细胞于Eppendorf管中,注意必须尽量将各组的所有细胞都收集起来。标记需要计数细胞的标志表型的荧光素偶联抗体,4℃静置30分钟。
(3)PBS洗涤一次,洗去游离的抗体。用400μl的流式PBS重悬沉淀,将细胞置于流式管中准备上样计数,上样分析前加入7-AAD以排除死细胞的影响。注意各组最后重悬沉淀的PBS的体积必须相同,这样才能保证结果的可比性。
(4)每组每管样品低速上样90秒,计数目标细胞的数目。如果样品细胞中加有作为内参的人工微球,同时计数人工微球数。注意上样时速度必须相同,都用低速、中速或者高速上样;而且要求上样的时间也必须相同,上样时间要求长于1分钟,这样有助于减少人为误差。
体外检测细胞增殖和细胞周期经典常用的方法包括MTT比色法、3H-TdR掺入法和BrdU标记法、EdU标记法等方法。还可以检测相应的细胞周期蛋白,如细胞周期蛋白(cyclin)及细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)。流式细胞术监测不同时间内细胞DNA含量变化,从而确定细胞周期的长短。因此能进行DNA染色的染料可以进行细胞增殖和细胞周期的检测,常见DNA染料有PI、BrdU、EdU,可用于流式检测;还可以用细胞内染色的方式检测细胞周期蛋白的表达,另新的检测细胞增殖的方法有CFSE标记法等。
MTT全称为3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide,汉语化学名为3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐,商品名:噻唑蓝,是一种黄颜色的染料。MTT比色法可以检测细胞存活和生长,检测原理为活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲瓒(formazan)并沉积在细胞中,而死细胞无此功能。二甲基亚砜(DMSO)能溶解细胞中的甲瓒,用酶联免疫检测仪在490nm波长处测定其光吸收值,可间接反映活细胞数量。在一定细胞数范围内,MTT结晶形成的量与细胞数成正比。MTT法灵敏度高、经济。缺点是由于MTT有致癌性,经还原所产生的甲瓒产物不溶于水,需被溶解后才能检测,这不仅使工作量增加,也会对实验结果的准确性产生影响,而且溶解甲瓒的有机溶剂对实验者也有损害;另外MTT法只能用来检测细胞相对数和相对活力,但不能测定细胞绝对数。
胸腺嘧啶核苷(TdR)是DNA特有的碱基,也是DNA合成的必需物质。3H-TdR掺入法检测细胞增殖是用放射性核素3H标记TdR作为DNA合成的前体能掺入DNA合成代谢过程,通过测定细胞的放射性强度,可以反映细胞DNA的代谢及细胞增殖情况。这是因为细胞发生有丝分裂,细胞进入S期,此时在细胞培养液中加入氚标记的胸腺嘧啶核苷(3H-TdR),可被细胞摄入而掺入DNA中,测定3H-TdR的掺入量,可判定细胞的增殖程度。这个方法具有一定的放射性危害。