单细胞凝胶电泳试验

单细胞凝胶电泳试验

（一）原理

单细胞凝胶电泳试验（single cell gel electrophoresis，SCGE）是近年来经过不断完善逐步发展起来的一种快速检测单细胞水平DNA损伤的新技术。

有核细胞的DNA分子量很大，DNA超螺旋结构附着在核基质中，SCGE 分析技术是先用琼脂糖凝胶将细胞包埋在载玻片上，在细胞裂解液的作用下，细胞膜、核膜及其它生物膜遭到破坏，使细胞内的RNA、蛋白质及其它成分外泄到凝胶中，随后扩散到细胞裂解液中，但核DNA仍保持缠绕的环区附着在剩余的核骨架上，并留在原位。如果细胞未受损伤，电泳时，核DNA因其分子量大停留在核基质中，荧光染色后呈现圆形的荧光团，无拖尾现象。若细胞受损，在中性电泳液（pH=8.0）中，核DNA仍保持双螺旋结构，虽偶有单链断裂，但并不影响DNA双螺旋大分子的连续性。只有当DNA双链断裂时，其断片进入凝胶中，电泳时断片向阳极迁移，形成荧光拖尾现象，形似彗星。如果在碱性电泳液（pH>13）中，先是DNA双链解螺旋且碱变性为单链，单链断裂的碎片分子量小可进入凝胶中，电泳时断链或碎片离开核DNA向阳性迁移，形成拖尾。细胞DNA受损愈重，产生的断链或碱易变性断片就愈多，其断链或断片也就愈小，在电场作用下迁移的DNA量也就越多，迁移的距离越长，表现为尾长的增加和尾部荧光强度的增强。因此，通过测定DNA 迁移部分的光密度或迁移长度可定量地测定单个细胞的DNA损伤程度。

（二）仪器

1．全磨砂载玻片

2．1号盖玻片

3．微量吸管和吸头

4．冰盒

5．电泳仪

6．荧光显微镜

（三）试剂

1．正常熔点及低熔点琼脂糖。

EDTA，10mmol/L Tris-HCl，1％2．细胞裂解液：2.5mol/L NaCl，100mmol/L Na

2

肌氨酸钠，用NaOH调 pH值到10。用前加1％Triton X-100和10％DMSO。

3．碱性电泳液：1mmol/L Na

EDTA，300mmol/L NaOH 调pH到13。

2

4．0.4mol/L Tris-HCl 缓冲液（pH=7.5）。

5．荧光染料：2.5µg/ml的溴乙锭，也可用8.5µg/ml的吖啶橙或2.5µg/ml的碘丙锭等。

（四）方法

1.制备细胞悬液

单细胞来自人、动物(小鼠、大鼠、狗、鱼、鸡等)和植物的组织或培养的细胞系，或从活体组织分离出的原代细胞等。动物体内测试可以根据靶器官适当选择有针对性的原代细胞进行测试。选择合适的培养基和缓冲液，分离纯化制成单细胞悬液，用台盼蓝法测定细胞存活率>95%，细胞密度为(1～5)×105/mL 备用。

2. 凝胶制片

为了加强凝胶对玻片的附着力，在载玻片上先铺一基底层：在磨砂面上滴加45℃水浴后的0.5％～1.0％正常熔点琼脂糖50 µl。然后再铺胶2层。第1层：取密度为3×105/ml的细胞悬液，以体积比为1：9的比例与预热到37℃的0.5％低熔点琼脂糖混匀，取50µl加到第1层胶上，铺匀凝固；第2层：以0.5％低熔点琼脂糖覆盖中层细胞，这样制成细胞“三明治”。

3.细胞裂解

将细胞“三明治”载玻片浸入新配制的预冷4℃的裂解液中，保持4℃1-2 h。

4.DNA解旋

细胞裂解后，将载玻片置于水平电泳槽内，用新配制的碱性电泳液盖过胶面约2～3mm，加盖避光，置于4℃20～40min。使DNA充分解旋。碱性条件下（pH>13）可使DNA 展开、解旋为单链，碱性易变性区段(ALS) 变为单链断片( SSB) 。5.电泳

DNA解旋结束后，通电电泳。电泳条件为25V和300mA，电泳10～30min。或按0.7～0.9V/cm确定电压。最适条件实验者可自行选择。最好能使阴性对照有部分细胞出现短拖尾，以保证试验有足够的敏感性并减少实验室间差异。

6.中和与染色

电泳后取出载玻片，在0.4mol/L Tris-HCl 缓冲液（pH=7.5）中浸没15 min 或漂洗3次，每次5min。每张胶板上滴加20～100µl荧光染色剂，后用蒸馏水洗涤。以上各步骤应在黄或红光下操作。中和后的凝胶片应在24h内染色，以免DNA过多

扩散。否则应将之浸入无水乙醇或无水甲醇中脱水5min左右，或在室温中晾干。对于干燥的凝胶片，使用中性缓冲的甲醛处理数分钟，将有利于长期保存。

7.结果观察

结果观察有肉眼观察测量和图像分析两种方式。在荧光显微镜下，观察单细胞电泳图像(放大200～400倍)，每片记数25～50个细胞，每个剂量组检查100个细胞。无DNA损伤的细胞表现为一圆形荧光细胞核。DNA受损的细胞所产生的DNA断片游动移出细胞核之外，向阳极伸延而形成“慧头”带“慧尾”的慧星现象。

镜下观察时，首先应记录出现拖尾的细胞数，计算拖尾细胞率。同时用目镜测量拖尾细胞的尾长，统计各试验（剂量）组的平均尾长。尾长是指DNA断片从其主核向电泳正极迁移的距离，而不同的实验室尾长测定方法有所不同。但并不妨碍将各剂量组平均尾长与阴性对照组进行比较。

图象分析需有相应的设备和专门的分析软件。使用电脑逐个对细胞进行图像分析。应用图像分析系统可得到更多的分析参数。目前主要观察指标有尾长（tail length）、慧尾DNA的百分含量、尾距（tail moment）、尾块(tail local)和尾惯量（tail inertia）等。尾长(tail length)即DNA 迁移的长度，在低损伤剂量范围内与DNA 损伤呈线性关系；尾矩是尾长与慧尾DNA百分含量之乘积，在高损伤剂量下与损伤程度呈线性关系；尾块(tail local)即彗星尾部分散的大小不一的DNA 断片组成，与损伤程度有关；尾惯量是与每个尾块的面积、平均荧光强度、在X 轴上与彗核中心距离有关的综合性指标。目前通常选用DNA 迁移细胞率、尾长、尾矩作为检测指标。

目前，国外彗星电脑分析软件主要有英国Kinetic Imaging 公司的KOMET 、美国LAI公司的LAI Comet Analysis System(LACAS)、德国Zeiss 公司的KS400分析系统、捷克LIM公司的Lucia彗星图像分析系统等，这些软件能定量测定尾部长度、尾部面积、尾部力矩、尾部力矩臂、尾部力矩惯性、细胞密集程度、尾部的DNA百分比、碎片等。但这些软件均需与其相应的仪器设备配套使用，价格十分昂贵。国内也正在开发一些分析系统。

除了昂贵的商业软件外，也有一些免费的彗星分析软件。如Helma 等所设计的分析软件(Sicion Image) 能测量彗星强度、尾长、头面积、尾面积、尾部DNA 含量、尾矩等多项参数。Konca 等在Helma的基础上研制了另一软件(CASP)，