细胞凋亡的形态学检测
形态学检测是利用光学显微镜、荧光显微镜、共聚焦激光扫描显微镜或透射电子显微镜观察细胞在未染色或染色后,细胞是否出现典型的凋亡形态。
线粒体膜势能的检测
受到凋亡诱导后线粒体转膜电位会发生变化,导致膜穿透性的改变。细胞核凋亡特征(染色质浓缩、DNA断裂)出现之前,线粒体跨膜电位DYmt的下降,使一些亲脂性阳离子荧光染料如Rhodamine 123、TMRM等可结合到线粒体基质,其荧光的增强或减弱说明线粒体内膜电负性的增高或降低。
DNA片段化检测
细胞凋亡时主要的生化特征是染色质发生浓缩。 早期染色体断裂成50~300kbp长的DNA大片段。采用脉冲电泳技术可将DNA按其分子量大小分开。晚期染色质DNA在核小体单位之间的连接处断裂, 形成50~300kbp长的DNA大片段, 或180~200bp整数倍的寡核苷酸片段, 在凝胶电泳上表现为梯形电泳图谱(DNA ladder)。
TUNEL法
在细胞凋亡过程中, 细胞核内染色体DNA发生双链断裂或单链断裂而产生大量的粘性3'-OH末端。利用脱氧核糖核苷酸末端转移酶(TdT)的作用,可将荧光素、过氧化物酶、碱性磷酸酶或生物素标记到DNA的3'-末端,从而可进行凋亡细胞的检测,这类方法称为脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法(terminal -deoxynucleotidyl transferase mediated nick end labeling, TUNEL)。
Caspase-3活性的检测
Caspase家族蛋白在凋亡信号传导的许多途径中发挥重要功能。Caspase-3正
常以酶原(32KD)的形式存在于细胞质中。在凋亡的早期阶段,它被激活。活化的Caspase-3由两个大亚基(17KD)和两个小亚基(12KD)组成,裂解相应的细胞质和细胞核中的底物,最终导致细胞凋亡。但在细胞凋亡的晚期和死亡细胞中,caspase-3的活性明显下降。可通过分析Procaspase-3活化的程度来检测细胞凋亡。
凋亡相关蛋白TFAR19蛋白的表达和细胞定位分析
该分子表达广泛,在原核和真核生物不同种属间具有很高的同源性。该分子具有
促进某些肿瘤细胞(HL60、MGC-803、MCF-7等)凋亡的效应,可作为早期凋亡的信号进行检测。
磷脂酰丝氨酸外翻分析(Annexin V法)
磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine, PS)在正常细胞中位于细胞膜的内侧,但在细胞凋亡的早期,磷脂酰丝氨酸可从细胞膜的内侧翻转到细胞膜的外表面,暴露在细胞外环境中。Annexin Ⅴ,分子量为35.8kD,是一种Ca2+依赖性磷脂结合蛋白。它能与细胞凋亡过程中翻转到细胞膜外的磷脂酰丝氨(Phosphatidylserine,PS)高亲和力特异性的结合。以标记了荧光素(FITC)的AnnexinⅤ作为荧光探针,利用流式细胞仪或荧光显微镜可检测细胞凋亡的发生。
细胞内氧化还原状态改变的检测:
正常状态下,谷光苷肽(glutathione:GSH)作为细胞的一种重要的氧化还原缓冲剂。细胞内有毒的氧化物通过被GSH还原而定期去除,氧化型的GSH又可被GSH还原酶迅速还原。在Jurcat和一些其它类型的细胞中,细胞膜中有可被凋亡信号启动的ATP依赖的GSH转移系统。当细胞内GSH的排除非常活跃时,细胞液就由还原环境转为氧化环境,这可能导致了凋亡早期细胞线粒体膜电位的降低,从而使细胞色素C(三羧酸循环中的重要组分)从线粒体内转移到细胞液中,启动凋亡效应器caspase的级联反应。可通过体外检测凋亡细胞细胞质中谷光苷肽的减少来检测凋亡早期细胞内氧化还原状态的变化。
细胞色素C的定位检测
细胞色素C作为一种信号物质,在细胞凋亡中发挥着重要的作用。正常情况下,它存在于线粒体内膜和外膜之间的腔中,凋亡信号刺激使其从线粒体释放至细胞液,结合Apaf-1 (apoptotic protease activating factor-1)后启动caspase级联反应:细胞色素C/Apaf-1复合物激活caspase-9,后者再激活caspase-3和其它下游caspase。细胞色素C氧化酶亚单位Ⅳ(cytochrome c oxidase subunit Ⅳ:COX4)是定位在线粒体内膜上的膜蛋白,凋亡发生时,它保留在线粒体内,因而它是线粒体富集部分的一个非常有用的标志。
LM-PCR Ladder (连接介导的PCR检测)
当凋亡细胞比例较小以及检测样品量很少(如活体组织切片)时,直接琼脂糖电泳可能观察不到核DNA的变化。通过LM-PCR(ligation-mediated PCR),连上特异性接头,专一性地扩增核小体的梯度片段,从而灵敏地检测凋亡时产生的核小体的梯度片段。
端粒酶(Telemerase)检测
端粒酶是由RNA和蛋白组成的核蛋白,它可以自身RNA为模板逆转录合成端粒区重复序列,使细胞获得“永生化”。正常体细胞是没有端粒酶活性的,每分裂一次,染色体的端粒会缩短,这可能作为有丝分裂的一种时钟,表明细胞年龄、复制衰老或细胞凋亡的信号。研究发现,90%以上的癌细胞或凋亡细胞都具有端粒酶的活性,可通过对端粒酶活性的检测来判断细胞凋亡的发生。
mRNA水平的检测
一些基因在细胞凋亡时表达异常,检测这些特异基因的表达水平也成为检测细胞凋亡的一种常用方法。Fas 蛋白结合受体后能诱导癌细胞中的细胞毒性T细胞等靶细胞。Bcl-2 和bcl-X作为抗凋亡的调节物,它们的表达水平比例决定了细胞是凋亡还是存活。因此可通过检测fas, bax-alpha 和 bcl-X基因的mRNA表达水平来进行细胞凋亡的检测。 |