细胞凋亡检测
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细胞蛋白质含量测定法
•
•
细胞蛋白质合成的3H-亮氨酸掺入试验
细胞DNA合成的3H-TdR掺入试验
1、四氮唑盐（MTT）比色法
• 原理：活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能将MTT 黄色溶液还原成不溶性的蓝紫色结晶物，并沉积 于细胞中，而死细胞无此功能。二甲基亚砜 （DMSO）和酸化的异丙醇或酸化的SDS等均能 溶解细胞中的紫蓝色结晶物，用酶联免疫检测仪， 在490，570 nm波长处测定其光吸收值（OD）， 可间接反映活细胞数量。在一定细胞数值范围内， MTT结晶物形成的量与细胞数成正比。 • 此法已广泛用于生物活性因子的活性检测、细胞 毒性实验、抗肿瘤药物筛选和肿瘤放射敏感性测 定等。
• 磷脂酰丝氨酸（Phosphatidylserine, PS）正常位于细 胞膜的内侧，在凋亡早期，PS可从细胞膜的内侧翻 转到细胞膜的表面，暴露在细胞外环境中。 Annexin-V是一种分子量为3536KD的Ca2+依赖性 磷脂结合蛋白，能与PS高亲和力特异性结合。将 Annexin-V进行荧光素（FITC、R-PE）或biotin标记， 以标记了的Annexin-V作为荧光探针，利用流式细 胞仪、荧光显微镜以及共聚焦激光扫描显微镜检测 细胞凋亡的发生。
4、细胞DNA合成的3H-TdR 掺入实验
原理：胸腺嘧啶核苷（TdR）是DNA特有的 碱基，也是DNA合成的必需物质。用核苷3H标 记TdR即3H-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。
五、细胞凋亡检测方法
（一）、凋亡概念：
似秋叶的凋零， 告别生命之辉煌； 那难以计数的攻击、诱导， 轻启着道道程序， 逼细胞步步走向生命的末端； 啊，活性氧处处肆虐， 钙波涛惊石裂岸， 线粒体把生命之光一点一点拧淡;
• • • • • • • • • •
危难中的细胞啊， 你沉稳不乱， DNA片片切割， 化云梯直通天堂； 细胞体分团相聚， 把生命的凝重浓集在小体上； 分别了朝夕相处的伙伴， 再见了快乐美好的时光； 这一切的一切又融入临近的胞体， 腾出的空间再写生命的篇章。
5.DNA 末端断裂分析
6. 凋亡的效应分子检测
•
细胞凋亡的分子机制虽然还不十分清楚，但 Caspase即半胱天冬蛋白酶在凋亡过程中是起着必不 可少的作用，细胞凋亡的过程实际上是Caspase不可 逆有限水解底物的级联放大反应过程。 • 半胱氨酸蛋白酶，水解底物天冬氨酸C端肽键，因 此又称之为Caspases(取英文Cysteine C，aspartic acid ， Asp ，proteases的词头)
3、细胞分裂指数
• 细胞分裂指数是表示细胞增殖旺盛程度的指 标；以被测1000个细胞中的分裂细胞数来计 算。 • 方法：染色后血细胞计数板计数
细胞分裂指数＝细胞分裂相数/细胞总数（1000）×100％
4、克隆形成率
• 克隆形成率所计数的细胞必为贴壁和有增殖能力的 细胞，反映细胞群体依赖性和增殖能力。
细胞凋亡是细胞循自身程序结束其生命的主动 死亡的过程，具有特征的形态和生化改变，是由 基因控制的个别细胞发生的自主有序的死亡。即 是由基因控制细胞有目的，有选择性的自我消亡 过程，这种淘汰机制是保证生命进化的基础。
（二）、凋亡的研究历史
a、凋亡概念的形成和形态学的研究(1972） 1965年发育生物学家Lockshin在研究硪发育过程中首次提出程序化死亡 （programmed cell death ）概念。 1971年 澳大利亚生物学家Kerr用皱缩死亡来区别经典的细胞坏死。 1972年Kerr等在英国癌症杂志发表论文，首次提出细胞凋亡(apotosis)的概 念。宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始。 b、DNA的降解和内源性核酸内切酶的参与。(1987） c、蛋白质水解酶活化的研究(1995) d、细胞膜的变化(1997) e、线粒体的变化和分子生物学的研究(1998-) 1) 相关基因及调控 2）信号转导 3）各种分子及其相互作用及相互关系 4）疾病机制的阐明，以及新疗法的探索及问世。 Science. 2005 Oct 7;310(5745):66-7.
Trypan blue staining of adult rat cardiac myocytes in primary culture. Live cells exclude the blue dye, and so appear clear. Dead cells take up the dye and appear blue.
三、细胞生长状况有关指标的检测方法
细胞计数法
细胞生长曲线
细胞分裂指数
克隆形成率
1、细胞计数法
细胞计数法是用血细胞计数板计数细胞悬液 中的细胞数目，以测定细胞增殖和调整细胞浓度。 台盼蓝染色法用于检测存活细胞数。 注：台盼蓝染色——排除检测法，由于死细胞的细 胞膜通透性发生改变，染料可大量进入却不能被排 出，因而细胞被染色；而活细胞能拒染，因而不易 着色。
染色质
染料排斥试 验
染色质致密，凝集或边集浓染
开始被排斥
染色质疏松变性粗糙
染料掺入（膜破坏或通透性↑） 随机降解弥漫ATP膜损伤， 氧自由基损伤 吞噬细胞吞噬细胞碎片，溶解
DNA 破坏机 核酸内切酶作用核酸DNA裂解为200bp 制 或其倍数片断（核孔裂开） 结局 组织反应 凋亡小体可被同种或异种细胞识别吞 噬
不引起炎症反应，迅速退 化，无整个 引起炎症反应，继发性组织损伤， 组织瓦解，不诱发组织的再生与修复， 诱发组织再生与修复，形成疤痕， 细胞生长增殖→凋亡 坏死→补偿性增生→细胞增殖
（四）、细胞凋亡的过程及机理
接受凋亡信号
凋亡调控分子间的相互作用
蛋白水解酶（caspases）的活化 凋亡的级联反应
•操作步骤
（1）单细胞悬液接种于96孔培养板； 103-104细胞/孔，每孔培养基总量200 μl, 37℃、5％CO2培养箱中培养一段时间 （根据实验目的决定培养时间） （2）加入2mg／ml的MTT液（50微升 ／孔）；继续培养3小时。 （3）吸出孔内培养液后，加入DMSO 液（150μl／孔），将培养板置于微孔 板扳荡器上振荡10分钟，使结晶物溶解。 （4）酶标仪检测各孔OD值（检测波长 为490或570 nm）。记录结果，绘制细 胞生长曲线
• 电镜观察凋亡细胞体积变小，细胞质浓缩。凋亡Ⅰ期的细
胞核内染色质高度盘绕，出现许多称为气穴现象的空泡结构。 细胞凋亡的晚期，细胞核裂解为碎块，产生凋亡小体。
A、Normal cell
B、Apoptosis: Apoptotic bodies
2.磷脂酰丝氨酸（PS）外翻分析 （Annexin V法）
Apoptotic HeLa cells were stained with FITC-AnnexinV+PI
3.线粒体膜势能（△）的检测
线粒体荧光染料： Rhodamine 123、DiOC6（3）、 JC-1、TMRM等对线粒体膜电位非常敏感，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。
一般以细胞核染色质的形态学改变来评判细胞凋亡的进展情况。常用的DNA 特异性染料有：HO ,Hoechst 33342;HO, Hoechst 33258; DAPI。
电子显微镜观察
光学显微镜观察
Nuclear morphological changes of HeLa cells in apoptosis process （488nm 400）
磷脂酰丝氨酸外翻分析（Annexin V法）
不同凋亡阶段的区分
PI＋Annexin－V细胞凋亡检测
DNA 含 量 -PI
Annexin-V
PI Fluorescence
Annexin V-FITC Fluorescence
Time course of apoptosis in TF-1 cells cultured in GM-CSF-free medium
Apoptosis Assays
1.细胞凋亡的形态学检测
光学显微镜和倒置显微镜
未染色细胞：凋亡细胞的体积变小、变形，细胞膜完整但出现发泡现象， 细胞凋亡晚期可见凋亡小体。 染色细胞：常用姬姆萨染色、瑞氏染色、苏木精染色等。凋亡细胞的染色质 浓缩、边缘化，呈新月状附在核膜周围。
荧光显微镜和共聚焦激光扫描显微镜
凋亡主要信号途径
Model for caspase activation by mitochondria.
osmotic disequilibrium leading to an expansion of the matrix space, organellar swelling, and subsequent rupture of the outer membrane
2、细胞蛋白质含量测定法 （考马斯亮蓝测定法）
• 原理：考马斯亮蓝在酸性溶液与蛋白质结合后，在 595nm波长处呈现最大吸收量，其吸光值与蛋白质 含量呈正相关。 • 此法主要用于测定酶、受体及细胞外代谢产物特异 性活性的度量单位。
3、细胞蛋白质 合成的3H-亮氨酸掺入实验
原理：细胞在合成蛋白质时需摄取外源性氨 基酸，用核素标记氨基酸，如3H-亮氨酸，可以 掺入细胞蛋白质合成代谢中，通过测定细胞的 放射性强度，可了解细胞蛋白质合成代谢状况。
NIH 3T3 mouse fibroblasts exposure to hydrogen peroxide
线粒体膜势能（ △ ）的检测
Healthy cell
apoptotic cells
4Βιβλιοθήκη BaiduDNA片段化分析
细胞凋亡时主要生物化学特征是其染色质发生浓缩, 染色质DNA 在核小体单位之间的连接处断裂, 形成180200bp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)。
• 各种细胞克隆形成率差别很大，一般初代细胞克隆 形成率弱，传代细胞系强；二倍体细胞克隆形成率 弱，转化细胞系强；正常细胞克隆形成率弱，肿瘤 细胞强。
• 方法
克隆形成率＝克隆数/接种细胞数×100％
• 注意：细胞要分散好，不能有细胞团，接种密度不 要过大。
四、细胞生物活性的化学检测法
•
•
四氮唑盐（MTT）比色法
the other envisions opening of channels in the outer membrane thus releasing cyto c from the intermembr ane space of mitochondri a into the cytosol.
Multiple apoptotic pathways emanate from the mitochondria.
（三）、凋亡与坏死
Normal
Apoptosis
Necrosis
凋亡与坏死主要鉴别（形态学）
凋 细胞形态 过 程 细胞器 亡 坏 死 细胞膜出芽，冒泡但完整性 好，活组 织中个别细胞死亡 固缩核，浓染胞浆，脱离。凋亡小体 细胞器未遭破坏，胞浆浓缩 细胞完整性破坏 成片细胞死亡，破坏组织结构 细胞肿胀，核淡染，凝固性坏死， 无膜性小体 细胞器肿胀溶解
结果分析
• 细胞密度
细胞数/ml＝（4大格细胞数之和/ 4 ）×104×稀释倍数
• 细胞存活百分率
细胞活力（％）＝未着色细胞数÷总细胞数×100％
2、细胞生长曲线
• 细胞生长曲线是细胞培养实验中最基本的指标， 是观察同一代细胞的增殖过程。根据细胞生长曲 线分析细胞增殖 • 方法一：在同一规格的培养瓶中，接种同等量的 同一代细胞，经培养后每隔24 h取出几瓶细胞进 行计数，以培养时间为横坐标，不同时刻的细胞 数为纵坐标，即为该细胞的生长曲线。 • 方法二：四氮唑盐（MTT）比色法
chromatin condensation and fragmentation
（五）、 细胞凋亡的检测方法
细胞凋亡的形态学检测 磷脂酰丝氨酸外翻分析（Annexin V法） 线粒体膜势能（mt）的检测 DNA片断化检测 TUNEL法 Caspase-3活性的检测 WB检测 凋亡相关蛋白的表达和细胞定位分析
•
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细胞蛋白质合成的3H-亮氨酸掺入试验
细胞DNA合成的3H-TdR掺入试验
1、四氮唑盐（MTT）比色法
• 原理：活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能将MTT 黄色溶液还原成不溶性的蓝紫色结晶物，并沉积 于细胞中，而死细胞无此功能。二甲基亚砜 （DMSO）和酸化的异丙醇或酸化的SDS等均能 溶解细胞中的紫蓝色结晶物，用酶联免疫检测仪， 在490，570 nm波长处测定其光吸收值（OD）， 可间接反映活细胞数量。在一定细胞数值范围内， MTT结晶物形成的量与细胞数成正比。 • 此法已广泛用于生物活性因子的活性检测、细胞 毒性实验、抗肿瘤药物筛选和肿瘤放射敏感性测 定等。
• 磷脂酰丝氨酸（Phosphatidylserine, PS）正常位于细 胞膜的内侧，在凋亡早期，PS可从细胞膜的内侧翻 转到细胞膜的表面，暴露在细胞外环境中。 Annexin-V是一种分子量为3536KD的Ca2+依赖性 磷脂结合蛋白，能与PS高亲和力特异性结合。将 Annexin-V进行荧光素（FITC、R-PE）或biotin标记， 以标记了的Annexin-V作为荧光探针，利用流式细 胞仪、荧光显微镜以及共聚焦激光扫描显微镜检测 细胞凋亡的发生。
4、细胞DNA合成的3H-TdR 掺入实验
原理：胸腺嘧啶核苷（TdR）是DNA特有的 碱基，也是DNA合成的必需物质。用核苷3H标 记TdR即3H-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。
五、细胞凋亡检测方法
（一）、凋亡概念：
似秋叶的凋零， 告别生命之辉煌； 那难以计数的攻击、诱导， 轻启着道道程序， 逼细胞步步走向生命的末端； 啊，活性氧处处肆虐， 钙波涛惊石裂岸， 线粒体把生命之光一点一点拧淡;
• • • • • • • • • •
危难中的细胞啊， 你沉稳不乱， DNA片片切割， 化云梯直通天堂； 细胞体分团相聚， 把生命的凝重浓集在小体上； 分别了朝夕相处的伙伴， 再见了快乐美好的时光； 这一切的一切又融入临近的胞体， 腾出的空间再写生命的篇章。
5.DNA 末端断裂分析
6. 凋亡的效应分子检测
•
细胞凋亡的分子机制虽然还不十分清楚，但 Caspase即半胱天冬蛋白酶在凋亡过程中是起着必不 可少的作用，细胞凋亡的过程实际上是Caspase不可 逆有限水解底物的级联放大反应过程。 • 半胱氨酸蛋白酶，水解底物天冬氨酸C端肽键，因 此又称之为Caspases(取英文Cysteine C，aspartic acid ， Asp ，proteases的词头)
3、细胞分裂指数
• 细胞分裂指数是表示细胞增殖旺盛程度的指 标；以被测1000个细胞中的分裂细胞数来计 算。 • 方法：染色后血细胞计数板计数
细胞分裂指数＝细胞分裂相数/细胞总数（1000）×100％
4、克隆形成率
• 克隆形成率所计数的细胞必为贴壁和有增殖能力的 细胞，反映细胞群体依赖性和增殖能力。
细胞凋亡是细胞循自身程序结束其生命的主动 死亡的过程，具有特征的形态和生化改变，是由 基因控制的个别细胞发生的自主有序的死亡。即 是由基因控制细胞有目的，有选择性的自我消亡 过程，这种淘汰机制是保证生命进化的基础。
（二）、凋亡的研究历史
a、凋亡概念的形成和形态学的研究(1972） 1965年发育生物学家Lockshin在研究硪发育过程中首次提出程序化死亡 （programmed cell death ）概念。 1971年 澳大利亚生物学家Kerr用皱缩死亡来区别经典的细胞坏死。 1972年Kerr等在英国癌症杂志发表论文，首次提出细胞凋亡(apotosis)的概 念。宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始。 b、DNA的降解和内源性核酸内切酶的参与。(1987） c、蛋白质水解酶活化的研究(1995) d、细胞膜的变化(1997) e、线粒体的变化和分子生物学的研究(1998-) 1) 相关基因及调控 2）信号转导 3）各种分子及其相互作用及相互关系 4）疾病机制的阐明，以及新疗法的探索及问世。 Science. 2005 Oct 7;310(5745):66-7.
Trypan blue staining of adult rat cardiac myocytes in primary culture. Live cells exclude the blue dye, and so appear clear. Dead cells take up the dye and appear blue.
三、细胞生长状况有关指标的检测方法
细胞计数法
细胞生长曲线
细胞分裂指数
克隆形成率
1、细胞计数法
细胞计数法是用血细胞计数板计数细胞悬液 中的细胞数目，以测定细胞增殖和调整细胞浓度。 台盼蓝染色法用于检测存活细胞数。 注：台盼蓝染色——排除检测法，由于死细胞的细 胞膜通透性发生改变，染料可大量进入却不能被排 出，因而细胞被染色；而活细胞能拒染，因而不易 着色。
染色质
染料排斥试 验
染色质致密，凝集或边集浓染
开始被排斥
染色质疏松变性粗糙
染料掺入（膜破坏或通透性↑） 随机降解弥漫ATP膜损伤， 氧自由基损伤 吞噬细胞吞噬细胞碎片，溶解
DNA 破坏机 核酸内切酶作用核酸DNA裂解为200bp 制 或其倍数片断（核孔裂开） 结局 组织反应 凋亡小体可被同种或异种细胞识别吞 噬
不引起炎症反应，迅速退 化，无整个 引起炎症反应，继发性组织损伤， 组织瓦解，不诱发组织的再生与修复， 诱发组织再生与修复，形成疤痕， 细胞生长增殖→凋亡 坏死→补偿性增生→细胞增殖
（四）、细胞凋亡的过程及机理
接受凋亡信号
凋亡调控分子间的相互作用
蛋白水解酶（caspases）的活化 凋亡的级联反应
•操作步骤
（1）单细胞悬液接种于96孔培养板； 103-104细胞/孔，每孔培养基总量200 μl, 37℃、5％CO2培养箱中培养一段时间 （根据实验目的决定培养时间） （2）加入2mg／ml的MTT液（50微升 ／孔）；继续培养3小时。 （3）吸出孔内培养液后，加入DMSO 液（150μl／孔），将培养板置于微孔 板扳荡器上振荡10分钟，使结晶物溶解。 （4）酶标仪检测各孔OD值（检测波长 为490或570 nm）。记录结果，绘制细 胞生长曲线
• 电镜观察凋亡细胞体积变小，细胞质浓缩。凋亡Ⅰ期的细
胞核内染色质高度盘绕，出现许多称为气穴现象的空泡结构。 细胞凋亡的晚期，细胞核裂解为碎块，产生凋亡小体。
A、Normal cell
B、Apoptosis: Apoptotic bodies
2.磷脂酰丝氨酸（PS）外翻分析 （Annexin V法）
Apoptotic HeLa cells were stained with FITC-AnnexinV+PI
3.线粒体膜势能（△）的检测
线粒体荧光染料： Rhodamine 123、DiOC6（3）、 JC-1、TMRM等对线粒体膜电位非常敏感，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。
一般以细胞核染色质的形态学改变来评判细胞凋亡的进展情况。常用的DNA 特异性染料有：HO ,Hoechst 33342;HO, Hoechst 33258; DAPI。
电子显微镜观察
光学显微镜观察
Nuclear morphological changes of HeLa cells in apoptosis process （488nm 400）
磷脂酰丝氨酸外翻分析（Annexin V法）
不同凋亡阶段的区分
PI＋Annexin－V细胞凋亡检测
DNA 含 量 -PI
Annexin-V
PI Fluorescence
Annexin V-FITC Fluorescence
Time course of apoptosis in TF-1 cells cultured in GM-CSF-free medium
Apoptosis Assays
1.细胞凋亡的形态学检测
光学显微镜和倒置显微镜
未染色细胞：凋亡细胞的体积变小、变形，细胞膜完整但出现发泡现象， 细胞凋亡晚期可见凋亡小体。 染色细胞：常用姬姆萨染色、瑞氏染色、苏木精染色等。凋亡细胞的染色质 浓缩、边缘化，呈新月状附在核膜周围。
荧光显微镜和共聚焦激光扫描显微镜
凋亡主要信号途径
Model for caspase activation by mitochondria.
osmotic disequilibrium leading to an expansion of the matrix space, organellar swelling, and subsequent rupture of the outer membrane
2、细胞蛋白质含量测定法 （考马斯亮蓝测定法）
• 原理：考马斯亮蓝在酸性溶液与蛋白质结合后，在 595nm波长处呈现最大吸收量，其吸光值与蛋白质 含量呈正相关。 • 此法主要用于测定酶、受体及细胞外代谢产物特异 性活性的度量单位。
3、细胞蛋白质 合成的3H-亮氨酸掺入实验
原理：细胞在合成蛋白质时需摄取外源性氨 基酸，用核素标记氨基酸，如3H-亮氨酸，可以 掺入细胞蛋白质合成代谢中，通过测定细胞的 放射性强度，可了解细胞蛋白质合成代谢状况。
NIH 3T3 mouse fibroblasts exposure to hydrogen peroxide
线粒体膜势能（ △ ）的检测
Healthy cell
apoptotic cells
4Βιβλιοθήκη BaiduDNA片段化分析
细胞凋亡时主要生物化学特征是其染色质发生浓缩, 染色质DNA 在核小体单位之间的连接处断裂, 形成180200bp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)。
• 各种细胞克隆形成率差别很大，一般初代细胞克隆 形成率弱，传代细胞系强；二倍体细胞克隆形成率 弱，转化细胞系强；正常细胞克隆形成率弱，肿瘤 细胞强。
• 方法
克隆形成率＝克隆数/接种细胞数×100％
• 注意：细胞要分散好，不能有细胞团，接种密度不 要过大。
四、细胞生物活性的化学检测法
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四氮唑盐（MTT）比色法
the other envisions opening of channels in the outer membrane thus releasing cyto c from the intermembr ane space of mitochondri a into the cytosol.
Multiple apoptotic pathways emanate from the mitochondria.
（三）、凋亡与坏死
Normal
Apoptosis
Necrosis
凋亡与坏死主要鉴别（形态学）
凋 细胞形态 过 程 细胞器 亡 坏 死 细胞膜出芽，冒泡但完整性 好，活组 织中个别细胞死亡 固缩核，浓染胞浆，脱离。凋亡小体 细胞器未遭破坏，胞浆浓缩 细胞完整性破坏 成片细胞死亡，破坏组织结构 细胞肿胀，核淡染，凝固性坏死， 无膜性小体 细胞器肿胀溶解
结果分析
• 细胞密度
细胞数/ml＝（4大格细胞数之和/ 4 ）×104×稀释倍数
• 细胞存活百分率
细胞活力（％）＝未着色细胞数÷总细胞数×100％
2、细胞生长曲线
• 细胞生长曲线是细胞培养实验中最基本的指标， 是观察同一代细胞的增殖过程。根据细胞生长曲 线分析细胞增殖 • 方法一：在同一规格的培养瓶中，接种同等量的 同一代细胞，经培养后每隔24 h取出几瓶细胞进 行计数，以培养时间为横坐标，不同时刻的细胞 数为纵坐标，即为该细胞的生长曲线。 • 方法二：四氮唑盐（MTT）比色法
chromatin condensation and fragmentation
（五）、 细胞凋亡的检测方法
细胞凋亡的形态学检测 磷脂酰丝氨酸外翻分析（Annexin V法） 线粒体膜势能（mt）的检测 DNA片断化检测 TUNEL法 Caspase-3活性的检测 WB检测 凋亡相关蛋白的表达和细胞定位分析