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技术百科:带你认识流式细胞术 (Flow Cytometry) PART 4 - 进阶应用实战

摘要: 这是流式细胞术系列文章的完结篇。在掌握了原理、图谱和操作基础后,本期我们将深入探讨流式细胞术在科研中的四大核心应用场景:细胞群比例测定、表面/胞内蛋白表型分析、细胞因子多重检测以及功能学检测(增殖与凋亡)。

1. 细胞群比例测定 (Cell Population Analysis)

这是流式最基本、最广泛的应用。例如,在造血干细胞移植研究中,测定 CD34+ 细胞的比例。

关键步骤:

  • 明确总体:首先确定“分母”是谁。是占所有活细胞的比例?还是占淋巴细胞的比例?
  • 确定标志物:利用特异性抗体标记目标细胞群。
    • 造血干细胞:CD34+, CD45+, CD38-
    • T细胞:CD3+ (辅助T: CD3+CD4+; 杀伤T: CD3+CD8+)
    • B细胞:CD19+, CD20+
    • NK细胞:CD56+, CD16+, CD3-
  • 设门 (Gating):先在 FSC-SSC 图上圈出感兴趣的细胞群(如淋巴细胞群),然后再看荧光信号。

2. 细胞表型与蛋白表达分析 (Phenotyping)

除了看“有多少”,我们还要看“强不强”。通过测量平均荧光强度 (MFI),可以判断蛋白表达水平的变化。

  • 表面标记:直接染色即可。如检测肿瘤细胞表面的 PD-L1 表达。
  • 胞内标记:必须先进行固定 (Fixation)破膜 (Permeabilization),在细胞膜上打孔,让抗体进入细胞内部。如检测胞内转录因子(Foxp3)或细胞因子(IFN-γ)。

3. 细胞因子检测 (Cytokine Detection)

细胞因子(如 IL-6, TNF-α)通常分泌到培养上清中,浓度极低。流式主要有两种检测策略:

策略一:胞内染色法 (ICS)

使用蛋白转运抑制剂(如 Brefeldin A / Monensin)阻断高尔基体转运,迫使细胞因子积聚在细胞内,然后通过破膜染色检测。这种方法能明确知道“是哪一类细胞”在分泌因子。

策略二:微球阵列法 (CBA / LegendPlex)

利用大小不同或荧光强度不同的微球,分别偶联针对不同细胞因子的捕获抗体。只需微量样本(25-50 μL),即可同时检测十几种甚至几十种细胞因子,也就是常说的“液相芯片”技术。

4. 细胞增殖检测 (Proliferation Assay)

4.1 CFSE 示踪法

原理:CFSE 是一种可透过细胞膜的染料,进入细胞后与胞内蛋白共价结合发出强绿光。细胞每分裂一次,胞内染料被两个子细胞平分,荧光强度减半

结果:在流式图上可以看到一系列荧光强度依次减半的峰,分别代表分裂了 0代、1代、2代……的细胞群。

4.2 BrdU / EdU 掺入法

原理:BrdU/EdU 是胸腺嘧啶类似物,在 S 期(DNA合成期)被摄入新合成的 DNA 中。通过检测阳性细胞比例,可以精确判断细胞的增殖活性。

5. 细胞凋亡检测 (Apoptosis Assay)

最经典的方法是 Annexin V / PI 双染法

原理:

  • Annexin V:特异性结合磷脂酰丝氨酸 (PS)。在凋亡早期,PS 从细胞膜内侧翻转到外侧,被 Annexin V 识别。
  • PI (碘化丙啶):核酸染料,无法进入活细胞和早期凋亡细胞(膜完整),只能进入晚期凋亡或坏死细胞(膜破损)。
象限 (Quadrant) Annexin V 信号 PI 信号 细胞状态
Q3 (左下) 阴性 (-) 阴性 (-) 活细胞
Q4 (右下) 阳性 (+) 阴性 (-) 早期凋亡
Q2 (右上) 阳性 (+) 阳性 (+) 晚期凋亡 / 坏死
Q1 (左上) 阴性 (-) 阳性 (+) 机械损伤 / 裸核

总结

流式细胞术不仅是一种检测技术,更是生命科学探索微观世界的“显微镜”。从简单的计数到复杂的信号通路分析,它为我们提供了无与伦比的高通量单细胞数据。希望通过本系列文章,您能对这一技术有更全面、深入的理解。