如何使用熒光顯微鏡觀察細(xì)胞

免疫熒光
IF是一種通過熒光基團(tuán)標(biāo)記檢測細(xì)胞內(nèi)有機(jī)分子，胞內(nèi)定位及其相互作用關(guān)系的成像研究手段。IF制劑可通過多種顯微鏡技術(shù)（如激光共聚焦、寬場熒光、全內(nèi)反射成像等）來加以分析，具體取決于應(yīng)用目的或研究人員的關(guān)注重點(diǎn)。與此同時(shí)，在很多使用至少一套簡易熒光顯微鏡的研究工作組當(dāng)中，IF早已成為不可缺少的一部分。
IF實(shí)驗(yàn)的核心部分是兩種不同組分的組合：

• 首先是特異性抗體，用于形成免疫復(fù)合物來標(biāo)記細(xì)胞內(nèi)需要研究的分子，大多數(shù)情況下為蛋白質(zhì)。

• 其次是熒光色素，與免疫復(fù)合物耦合，可以利用顯微鏡進(jìn)行觀察目標(biāo)結(jié)構(gòu)。

圖1：圖中顯示了間接免疫熒光的典型工作流程，上皮細(xì)胞粘附在蓋玻片上生長。培養(yǎng)后細(xì)胞被固定，因此用化學(xué)交聯(lián)劑（如甲醛）將其殺死。再用清潔劑進(jìn)行透化處理，使抗體穿過細(xì)胞膜。用正常血清、奶粉或牛血清白蛋白來進(jìn)行封閉，可減少抗體與非靶向結(jié)構(gòu)的非特異性結(jié)合，從而減少假陽性信號。接下來與一抗進(jìn)行孵育，特異性識別靶向分子上的表位。在第二個(gè)培育步驟中，應(yīng)用熒光耦合二抗，與一抗結(jié)合來實(shí)現(xiàn)靶向結(jié)構(gòu)的可視化觀察�？贵w孵育后，用DAPI或Hoechst等嵌入DNA的染料進(jìn)行細(xì)胞核染色。在顯微鏡載玻片上涂有封固介質(zhì)（例如Mowiol或Prolong Gold）的蓋玻片后，IF即已準(zhǔn)備好進(jìn)行顯微鏡觀察。

直接與間接免疫熒光
根據(jù)實(shí)驗(yàn)類型的不同，有兩種不同的IF變體可以使用：第一種是直接IF或一級IF，一種具有特異性的一抗，能夠與熒光色素連接用于結(jié)合靶向結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)直接可視化觀察。

第二種變體是指間接或二級IF，這種變體需要采用兩步式培育。首先，特異性一抗識別靶向結(jié)構(gòu)。然后應(yīng)用與一抗特異結(jié)合的熒光色素耦合二抗。這種特異性是通過引導(dǎo)二抗抵御產(chǎn)生一抗的物種而獲得的（見‘抗體和熒光色素’章節(jié)）。比較兩種IF變體可見兩者各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)：

通過耦合一抗和熒光色素，耗時(shí)的清洗和培育步驟被省略，所以直接IF比間接IF更快。因此，直接IF更易于處理，適合于在標(biāo)準(zhǔn)IF實(shí)驗(yàn)中（例如在臨床實(shí)踐中）對樣本進(jìn)行快速分析。但必須使用一種功能良好且對其抗原高度敏感的一抗。這同時(shí)也是一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)闊晒怦詈虾万?yàn)證的一抗成本較為高昂。此外，每個(gè)靶向結(jié)構(gòu)都需要一個(gè)單獨(dú)的一抗，與間接IF相比，抗體與直接IF中的熒光色素的連接限制了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的靈活性。

這種靈活性是間接IF的顯著優(yōu)勢之一。通常在IF反應(yīng)過程中，同一樣本都會有幾個(gè)不同的靶結(jié)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)可視化觀察，因此必須為每個(gè)靶向分子選擇一個(gè)離散的熒光色素。

在間接IF中，不同的熒光耦合二抗可以與不同的一抗結(jié)合（當(dāng)然還要考慮到物種的反應(yīng)性）。相較之下，如果想在直接IF中對靶向結(jié)構(gòu)“玩”顏色組合，則需要為每一種顏色使用單獨(dú)的一抗。間接熒光的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是二抗的信號放大。多個(gè)二抗分子可與一個(gè)一抗結(jié)合來實(shí)現(xiàn)熒光增強(qiáng)，這意味可減少使用一抗。

間接IF的工作流程可能需要花費(fèi)更多時(shí)間，但由于一抗和二抗能夠組合而且整個(gè)操作過程的經(jīng)濟(jì)性更高，因此間接熒光成為了絕大多數(shù)研究人員的首選方法。

圖2：有兩種方法通過免疫熒光顯示靶向結(jié)構(gòu)：在兩種變體中，一種特異的一抗用于識別靶分子上的特定表位。在此圖中，目標(biāo)分子由幾個(gè)相同的蛋白質(zhì)亞單位（=大分子）組成，因此會在每個(gè)亞單位上表現(xiàn)出幾個(gè)相同類型的表位。為方便簡化，此處只描繪了一個(gè)表位。
 

直接IF中，一抗直接連接到熒光色素，在顯微鏡下觀察靶向結(jié)構(gòu)。間接IF中，熒光耦合二抗在第二培育步驟中使用，從而專門對一抗進(jìn)行標(biāo)記。因?yàn)槎鄠�(gè)二抗分子可以結(jié)合到一個(gè)一抗上，所以選擇抗體和熒光色素的靈活性更大，并能夠進(jìn)一步放大信號。
 

抗體與熒光色素

高質(zhì)量的IF染色當(dāng)中，最重要的工具是良好的一抗。同時(shí)，幾乎每種細(xì)胞類型中的每種蛋白質(zhì)都有一種或幾種市售抗體。但此處需要強(qiáng)調(diào)若干重要注意事項(xiàng)。

要根據(jù)IF染色來做出精確的科學(xué)或臨床聲明，就必須確保一抗對其目標(biāo)抗原的特異性。在操作中，研究人員不應(yīng)完全依賴商業(yè)供應(yīng)商的說明。應(yīng)根據(jù)之前的使用經(jīng)驗(yàn)以及文獻(xiàn)中確認(rèn)有效的一抗來進(jìn)行抗體選擇。查看制造商網(wǎng)站上的抗體數(shù)據(jù)表，查看IF染色的可用圖片并與自身期望相比較，或者與其他已發(fā)布的插圖進(jìn)行比較。注意抗體的克隆號，因?yàn)閱慰寺】贵w只與一個(gè)表位特異性結(jié)合，而多克隆抗體可識別多個(gè)表位，因此有可能存在非靶向結(jié)構(gòu)的非特異性標(biāo)記。所以，特異性較高且性能較優(yōu)的單克隆抗體通常更昂貴，但也能獲得更好的效果。

如希望開展多色間接IF實(shí)驗(yàn)，則不同的一抗必須衍生自不同的物種，以便在之后通過熒光耦合二抗來區(qū)分免疫復(fù)合體（見表1）。比如，您希望使用小鼠衍生的抗體抗蛋白A、兔衍生的抗體抗蛋白B和大鼠衍生的抗體抗蛋白C來實(shí)施IF檢查。在選擇二抗時(shí)必須記住，每種抗體都只能特定識別一種一抗。此外，在這三種二抗的例子中，熒光色素的波長光譜必須不同，以便在顯微鏡分析中辨別熒光信號。如今，可以買到與熒光色素相連的二抗，其波長范圍從紫外線到紅外線，幾乎可以針對任何物種的一抗。因此，研究人員目前僅受到現(xiàn)有顯微鏡（濾光片組、激發(fā)激光器）配置的限制。利用新型的激光器，可以擴(kuò)展紅外一區(qū)的信號（圖一、二）。
 

表1：此處的多色間接IF示例演示了如何在同一個(gè)細(xì)胞中同時(shí)標(biāo)記三種不同的蛋白質(zhì)。三種蛋白質(zhì)的一抗必須來自不同的物種，以便用三種不同的熒光色素耦合二抗來進(jìn)行檢測。二抗的熒光色素必須在波長光譜上有所區(qū)分才能在顯微鏡下進(jìn)行不同的分析。

圖一 常見熒光蛋白和熒光素的發(fā)射光譜

圖二 在近紅外一區(qū)，利用新型熒光標(biāo)記可以獲得更多信號。Cos-7細(xì)胞圖像，使用SiR-Actin（657 – 740nm探測范圍）、AF750-Tom20（760 – 790nm）、AF790-Tubulin（810 – 850nm）標(biāo)記。樣本由蘇黎世大學(xué)的Jana Döhner和Urs Ziegler提供。左：使用傳統(tǒng)的GaAsP探測器。右：使用STELLARIS 8。
 

了解了借助免疫熒光方法觀察細(xì)胞的原理，接下來獲得目標(biāo)樣本并根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理制備用于熒光觀察的樣片。下一期將為您介紹如何為免疫熒光顯微鏡制備樣本。
 

今年，徠卡突破傳統(tǒng)免疫熒光多標(biāo)數(shù)量的限制，開發(fā)了Cell DIVE超多標(biāo)組織成像分析技術(shù)。通過循環(huán)染色的方法，可以實(shí)現(xiàn)一張組織切片，超過60個(gè)靶向蛋白的標(biāo)記。從單張切片中，獲得更多的信息。