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詳解免疫熒光半定量分析誤區(qū)

 迷途中小小書童 2020-11-19

好久沒提到實(shí)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容,都快忘記自己是搞實(shí)驗(yàn)出身的了。

最近,陸陸續(xù)續(xù)有多個(gè)粉絲朋友在后臺(tái)咨詢關(guān)于“免疫熒光”的問題,基本都是在問免疫熒光分析的問題。

問題來了。

 免疫熒光到底該不該分析?

關(guān)于這個(gè)話題,我想細(xì)致地采用一問一答的方式進(jìn)行討論。這樣,讀到這篇文章的人不會(huì)產(chǎn)生混亂的感覺。


問題1:什么是半定量分析?

答:對(duì)于一些指標(biāo),我們無法檢測其絕對(duì)的含量,只能通過設(shè)置參照指標(biāo),以參照指標(biāo)的倍數(shù)來反映目標(biāo)物相對(duì)含量,這個(gè)“相對(duì)”是針對(duì)參照的。分析結(jié)果是半定量的,也是沒有單位的,因?yàn)樗举|(zhì)上是一個(gè)比值(目標(biāo)/參照)。

因此,參照指標(biāo)的含量在任何情況下是恒定的,否則就是刻舟求劍。這句話的含義可以再延伸一下,即只要在被測物中存在一個(gè)恒定已知量,就可以采用它作為參考進(jìn)行半定量分析。

問題2:舉例說明哪些指標(biāo)是典型的半定量分析?

答:① Western Blot、ELISA、RT-PCR實(shí)驗(yàn),經(jīng)常采用GAPDH、β-actin等管家蛋白作為內(nèi)參照,進(jìn)而分析蛋白的相對(duì)表達(dá)量。

② 免疫組織化學(xué)染色(DAB法)、免疫細(xì)胞化學(xué)染色(DAB法)。同樣也是采用GAPDH、β-actin等管家蛋白作為參照,通過在明場下采集圖像,進(jìn)而使用Image J或Image Pro Plus對(duì)陽性表達(dá)產(chǎn)物的平均光密度進(jìn)行半定量分析。

注意上面標(biāo)紅的文字。DAB染色法是在明場,即光鏡下進(jìn)行觀察,全程不涉及熒光激發(fā)過程。DAB染色后的切片基本不會(huì)褪色。也就是說DAB染色后的切片觀察不會(huì)受到時(shí)間、地點(diǎn)、觀察者變化等影響,其陽性表達(dá)的強(qiáng)度和范圍在封片之后是不變的。這是DAB法染色后能夠進(jìn)行半定量分析的根本原因。

問題3:蛋白免疫熒光適合半定量分析嗎?

答:不適合。免疫熒光染色的關(guān)鍵是熒光二抗,之后在熒光場下進(jìn)行拍照,留取照片。表面上看,這個(gè)過程與DAB染色后類似,但實(shí)際上其中存在相當(dāng)多的變量,正是這些變量導(dǎo)致免疫熒光染色不適合做半定量分析。

變量①:熒光二抗的質(zhì)量好壞決定了熒光染色效果。同樣一張切片、細(xì)胞爬片,采用國產(chǎn)熒光二抗和進(jìn)口熒光二抗,效果上存在非常大的差異,用過的都知道。此時(shí),我們難道就能僅僅憑借熒光強(qiáng)度和分布范圍就說蛋白表達(dá)水平不同嗎?顯然不行。

變量②:熒光拍攝條件。拍攝環(huán)境、顯微鏡品牌和激發(fā)熒光決定了鏡下觀察的效果。同樣的操作方法和切片,在不同品牌顯微鏡下顯示出不同的熒光強(qiáng)度。但事實(shí)上,切片上的蛋白從未變化,改變的是拍攝條件。

變量③:熒光衰減。熒光衰減是非常明顯的。同樣的一組切片,1小時(shí)內(nèi)拍攝和8小時(shí)后拍攝,熒光效果顯然不同。再舉個(gè)例子,50張熒光染色切片,分析第1張和分析到第50張時(shí),熒光強(qiáng)度已經(jīng)發(fā)生了變化。盡管現(xiàn)在有商用的防熒光衰減試劑,但這些試劑僅能熒光染色在自然環(huán)境下不會(huì)快速衰減。熒光染色后在激發(fā)光的直接作用下,10秒左右就會(huì)快速衰減。拍過照的朋友應(yīng)該有印象,激發(fā)光照射在組織切片上后會(huì)很快形成一個(gè)熒光暗淡的圓形區(qū)域,這個(gè)區(qū)域就是熒光衰減后的表現(xiàn)。

變量④:γ值(伽馬值)。有一些情況下,初學(xué)者經(jīng)常犯錯(cuò)誤,即拍攝是在不同的伽馬值下采集熒光照片,或通過調(diào)整伽馬值γ來呈現(xiàn)不同的熒光強(qiáng)度。如此操作,就算是同一張熒光染色照片上的熒光強(qiáng)度在γ值=0.75和γ值=0.8時(shí)也會(huì)被調(diào)成為截然不同的效果。在檢測微量蛋白時(shí),這種改變會(huì)對(duì)結(jié)論造成根本性的顛覆。因此,所有熒光照片應(yīng)該在同一γ值下進(jìn)行分析。


變量⑤:測量指標(biāo)。假如,我是說假如你真的想對(duì)熒光染色做半定量分析,那你該選用哪個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析呢?熒光染色面積?顯然不行。唯一在理論上稍有可能的方法就是將熒光染色彩色圖像轉(zhuǎn)換為黑白的灰度圖,然后再以灰度值作為測量指標(biāo)。但是,這個(gè)方法依然沒有繞開前面提到的那些變量,其分析結(jié)果還是不可信的。

變量這么多,你還敢對(duì)免疫熒光染色進(jìn)行半定量分析嗎?

問題4:為什么WB蛋白條帶可以半定量分析,而蛋白免疫熒光卻不行呢?

答:在理論上,得到一張蛋白條帶所涉及的操作是相同的,后面對(duì)蛋白進(jìn)行發(fā)光和拍照,這些也是在同一時(shí)刻進(jìn)行的操作。不涉及時(shí)間差的問題。即你是在同一條件、同一時(shí)間對(duì)此條帶上的不同孔進(jìn)行檢測。盡管也存在信號(hào)衰減的問題,但是此時(shí)所有孔代表蛋白的熒光衰減程度是一致的。

熒光染色就不一樣了,它的圖像采集時(shí)間更長,且你不可能同時(shí)對(duì)拍攝所有的切片。這就帶來了非常明顯的時(shí)間差問題,也就放大了熒光衰減對(duì)結(jié)果的影響。

問題5:為什么TUNEL熒光染色又可以進(jìn)行分析呢?

答:TUNEL熒光染色后分析是檢測細(xì)胞凋亡的金標(biāo)準(zhǔn),是通過將發(fā)光物連接到斷裂DNA的3‘ 斷端上,它不是一個(gè)絕對(duì)的免疫反應(yīng)過程。TUNEL熒光染色分析的本質(zhì)是一個(gè)計(jì)數(shù)問題,即通過計(jì)數(shù)凋亡細(xì)胞核的數(shù)量,來分析該張組織切片或細(xì)胞爬片上的凋亡指數(shù)。這個(gè)過程,我們的計(jì)數(shù)不會(huì)受到熒光衰減的強(qiáng)烈影響。只要判斷出熒光信號(hào)確實(shí)屬于凋亡細(xì)胞核,不管其信號(hào)點(diǎn)的大小如何,只要存在信號(hào),我們就可以計(jì)數(shù)為1個(gè)凋亡核。

但是免疫熒光就完全不一樣了。蛋白的表達(dá)水平直接通過熒光信號(hào)的強(qiáng)弱和分布范圍來體現(xiàn)。一旦信號(hào)衰減,陽性物的熒光就會(huì)衰減,分布面積會(huì)減小。此時(shí)我們無法再評(píng)價(jià)蛋白的表達(dá)水平了。

問題6:既然免疫熒光不適合做半定量分析,那么它到底有什么作用呢?

答:免疫熒光本質(zhì)上最適合作為定位分析指標(biāo)。我們可以通過不同的熒光二抗,在不同的激發(fā)光下,在同一張切片上的merge出不同染色效果。借此,我們可以對(duì)研究的蛋白分布范圍、空間相互關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)。這對(duì)于研究細(xì)胞內(nèi)超微結(jié)構(gòu)或者是蛋白受體等十分重要。常規(guī)的DAB染色根本無法滿足要求。

問題7:研究蛋白時(shí),如何最大化證據(jù)強(qiáng)度?

答:

①PCR檢測蛋白所對(duì)應(yīng)的基因表達(dá)水平;

②Western Blot作為主要的蛋白半定量分析方法;

③采用免疫組織化學(xué)染色或免疫細(xì)胞化學(xué)染色(DAB法)進(jìn)一步對(duì)蛋白表達(dá)的位置(胞外、胞膜、胞質(zhì)、胞核)進(jìn)行評(píng)價(jià),通過采用半定量分析法分析蛋白表達(dá)水平,鞏固Western Blot半定量分析的結(jié)果;

④采用免疫熒光的方法,對(duì)目標(biāo)蛋白的空間分布進(jìn)行再評(píng)估,以鞏固免疫化學(xué)染色時(shí)對(duì)蛋白空間分布的評(píng)估,同時(shí)能豐富整個(gè)研究的色彩;

⑤有必要的話,可進(jìn)一步采用以上四種方法研究目標(biāo)蛋白的受體,搞清楚其上下游和同水平的調(diào)控關(guān)系。

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