細(xì)胞內(nèi)pH
細(xì)胞內(nèi)pH、膜電位和細(xì)胞內(nèi)鈣都是細(xì)胞激活過程中重要的細(xì)胞參量。實驗表明:外源凝集素刺激淋巴細(xì)胞后幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)pH值的增加。流式細(xì)胞術(shù)多參量(DNA和pH)測量表明,細(xì)胞周期移行過程中,增殖期細(xì)胞比靜止期細(xì)胞更偏堿性。此外,實驗還證明,實體瘤中有一些區(qū)域,它們中的pH值顯著低于正常組織,可能是由于這些細(xì)胞缺氧產(chǎn)生乳酸所造成。
流式細(xì)胞術(shù)中采用的pH熒光探針很多,較常用的有BCECF(2’7’-bis(Carboxyethyl)-5,6-Carboxy Fluorescein,2’7’二羧乙基-5,6羧基熒光素)和6-COFDA(6-Carboxy Fluorescein Diacetate,6-羧基二醋酸酯熒光素),這兩種pH熒光探針都是熒光素的衍生物。還有DCH(2,3-Dicyano-hydrochinone,2,3二氰基氫醌)以及SNARF系列(Seminaphthorhodafluor)和SNAFL系列(Seminaphthof-luorescein)pH指示劑。
BCECF的激光光譜是pH依賴性的,在低pH環(huán)境中激發(fā)峰為450nm,高pH環(huán)境中激發(fā)峰為500nm,其發(fā)射峰對pH不敏感,約為530nm。用BCECF測量細(xì)胞內(nèi)pH采用比例法,即分別用500nm和450nm激發(fā)BCECF所得到的530nm發(fā)射熒光之比。在生理pH有很好的線性關(guān)系,被估計的細(xì)胞內(nèi)pH的最大分辨率為0.4pH單位。用比例熒光測量pH的好處是,測量值不受染料進(jìn)入細(xì)胞多少、細(xì)胞的厚度、光猝滅情況以及染料漏出等影響。試驗中BCECF比例熒光與pH的關(guān)系必須被校準(zhǔn)。作校準(zhǔn)曲線的方法是:將細(xì)胞與已知pH值并加有質(zhì)子載體尼日利亞菌素(nigericin)的緩沖液達(dá)到平衡后,對應(yīng)幾組不同pH值的緩沖液,分別測出熒光發(fā)射的比例,可以獲得pH校準(zhǔn)曲線。質(zhì)子載體的作用是能轉(zhuǎn)運質(zhì)子通過細(xì)胞膜,使膜內(nèi)外pH值相等。此外應(yīng)注意校準(zhǔn)曲線是與測量儀器、所用染料有關(guān)系的,必須嚴(yán)格控制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時和實驗時各種條件的一致性。
BCECF不能直接進(jìn)入細(xì)胞,通過它的乙酰甲酯(aceto-xymethyl ester)BCECF-AM能夠進(jìn)入細(xì)胞中,在細(xì)胞內(nèi)被酯酶水解后,釋放出BCECF分子。BCECF在細(xì)胞內(nèi)不進(jìn)入線粒體和其它酸性室如溶酶體,只限于胞漿中,所以測的是細(xì)胞質(zhì)pH。
BCECF對于多數(shù)細(xì)胞滯留性好,不容易從細(xì)胞中漏出來。如果用BCECF-AM標(biāo)記細(xì)胞后,
重新懸浮在緩沖液中,在4℃,兩小時內(nèi)染料仍有95%滯留于細(xì)胞中,所以背景熒光低,信噪比大?傊捎贐CECF能夠估計將近2單位的pH值,熒光僅限于胞漿內(nèi)并且較穩(wěn)定等特性,使它成為較常用的pH熒光探針。
COFDA的光譜特性與BCECF類似,低pH下激發(fā)峰為450nm,高pH下激發(fā)峰為495nm,發(fā)射峰約為520nm。比例測量是分別以495nm和450nm激發(fā)COFDA所得到的520nm發(fā)射熒光的比例。
COFDA是通過二醋酸酯導(dǎo)入細(xì)胞中,在細(xì)胞內(nèi)被酯酶水解后,釋放出羧基熒光素分子,由于它不進(jìn)入線粒體中,所以可以估計細(xì)胞漿pH值,此外COFDA在細(xì)胞內(nèi)滯留特性也較好。
DCH熒光對pH值有很強(qiáng)的依賴性。DCH通過它的酯ADB(1,4-diacetoxy-2,3-dicyano-benzene)進(jìn)入細(xì)胞,然后被酯酶水解成為DCH。DCH在細(xì)胞中的分布,約有10%的染料進(jìn)入細(xì)胞器中。當(dāng)pH為6—7.6時,溶液中的DCH激發(fā)峰為350nm,發(fā)射峰為460nm。比例法測量為:紫外光激發(fā),測量熒光發(fā)射425/540nm的比例;所得結(jié)果可以估計pH值為6—7.6的范圍,分辨率可達(dá)0.2pH單位。DCH標(biāo)記細(xì)胞后10分鐘,熒光達(dá)到最強(qiáng),隨后染料逐漸漏失,在4℃染色30分鐘后,約漏掉50%的染料,染色后10—30分鐘內(nèi),熒光比例是穩(wěn)定的,可進(jìn)行流式測量。
近年來又合成了一些新的細(xì)胞內(nèi)pH熒光探針,例如SNARF和SNAFL系列pH熒光探針,這類探針對于測量6.3—8.6范圍的pH值是很有用的。他們有兩個發(fā)射峰,在酸性溶液中發(fā)黃色或橙色熒光,在堿性溶液中發(fā)紅色熒光。由于其間有一個不依賴于pH值的等發(fā)射點,故可采用以同一激發(fā)波長激發(fā)樣品,測量兩個發(fā)射峰比例的方法。這類探針的另一特點是其吸收光譜也依賴于pH而變化,所以也可采用以兩個激發(fā)波長激發(fā)樣品,測量同一發(fā)射熒光的激發(fā)比例法?筛鶕(jù)儀器條件,選擇一種比例法測量細(xì)胞內(nèi)pH值。測量前,必須作pH值與比例值之間的校正曲線。由于這類染料適于較長波長激發(fā),所以可用氬離子激光器激發(fā)。
SNARF和SNAFL的乙酰甲酯SNARF-AM和SNAFL-AM很容易通過膜進(jìn)入細(xì)胞中,并且比羧基熒光素在細(xì)胞內(nèi)的滯留性能好,是一種很有前途的pH熒光探針。使用時,先以1nM的濃度溶在干燥的DMSO中(放熱防潮),使用前立即用緩沖液稀釋貯液,標(biāo)記細(xì)胞的終濃度為1—5uM。
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