熒光探針Fluo-3/AM和FuraRed測(cè)量單細(xì)胞中比率鈣

更新時(shí)間：2013-06-18

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熒光探針Fluo-3/AM和FuraRed測(cè)量單細(xì)胞中比率鈣

中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志1999年第3期第16卷實(shí)驗(yàn)研究作者：馬曉冬朱曉亮趙　清張　瑾張　颯雷國(guó)華黃行許鮑永耀單位：馬曉冬趙　清張　瑾張　颯雷國(guó)華黃行許鮑永耀（*軍醫(yī)大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室）；朱曉亮（南方醫(yī)院皮膚科,廣東廣州510515）關(guān)鍵詞：激光掃描共聚焦顯微鏡；Fluo-3/AM；FuraRed；比率鈣...

摘要：應(yīng)用ACAS570激光掃描共聚焦顯微鏡（laser scanning confocal microscope，LSCM簡(jiǎn)稱共焦顯微鏡）和鈣離子指示劑Fluo-3/AM 、FuraRed熒光探劑雙標(biāo)記技術(shù)，測(cè)定了單個(gè)活細(xì)胞內(nèi)比率鈣的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果顯示37 ℃, Fluo-3/AM濃度10 μmol/L，F(xiàn)uraRed濃度10 μmol/L的條件下，昆明小鼠巨噬細(xì)胞負(fù)載1 h左右即可獲良好的標(biāo)記效果。用比率探針測(cè)量細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺的動(dòng)態(tài)變化，使Ca²⁺的定性定量測(cè)定不受染料濃度、細(xì)胞大小、照射光強(qiáng)度以及一定程度的光漂白和染料泄漏等因素的影響，提供了一種準(zhǔn)確定性定量細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、原位變化的新方法。

　　中圖分類號(hào)：Q74　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　文章編號(hào)：1005-202X（1999）03-0180－03

Ratiometric calcium measurements in single cells with visible wavelength probes fluo-3/AM and furared

MA Xiao-donget al.

　　First Military Medical University,Central Laboratory,,

　　ZHU Xiao-liang

　　Department of Dermatology of Nanfang Hospital , Guangzhou 510515,China

　　Key words：laser scanning confocal microscope ; fluo-3/AM; furared; ratiometric calcium.

　　細(xì)胞內(nèi)游離Ca²⁺不僅作為一種重要的第二信使廣泛參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、分泌、代謝和分化等多種細(xì)胞功能活動(dòng)的調(diào)節(jié)^[1]；而且胞內(nèi)游離Ca²⁺濃度的變化與調(diào)控對(duì)于參與維持存在于細(xì)胞質(zhì)膜或細(xì)胞器膜兩側(cè)的跨膜Ca²⁺梯差，介導(dǎo)細(xì)胞對(duì)外界刺激的應(yīng)答反應(yīng)具有重要的調(diào)節(jié)作用^[2-4]。因此，在完整細(xì)胞上準(zhǔn)確測(cè)定胞內(nèi)游離Ca²⁺濃度的動(dòng)態(tài)變化，其重要性是顯而易見的。本文利用ACAS570激光掃描共聚焦顯微鏡（laser scanning confocal microscope，LSCM），采用單激發(fā)單發(fā)射指示劑Fluo-3/AM和FuraRed雙標(biāo)記法測(cè)定了外源性刺激劑地塞米松誘導(dǎo)胞漿游離Ca²⁺的動(dòng)態(tài)變化，獲得了良好的測(cè)定效果。

　　1　材料與方法

1.1　材料

　?。?）試劑：①地塞米松，用不含Ca²⁺、Mg²⁺的PBS緩沖液配制，RPMI1640培養(yǎng)基（Gibco，德國(guó)），小牛血清（Gibco,德國(guó)）。②Fluo-3/AM（biotium公司）、FuraRed（Molecular Probes Inc,USA）用二甲基亞砜配成1 mmol/L，置于-20℃冰箱保存，PluronicF-127（biotium公司）。③不含Ca²⁺、Mg²⁺的PBS緩沖液（g/L）: 8.01 gNaCl、Na₂HPO₄.₁₂H₂O、0.23 g NaH₂PO₄.2H₂O。④Hepes緩沖液。⑤昆明種雄性小鼠（*軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物所提供）腹腔巨噬細(xì)胞培養(yǎng)。

　　（2）儀器：ACAS570激光掃描共聚焦顯微鏡（Meridian,USA）

　　1.2　方法

　　（1）巨噬細(xì)胞培養(yǎng)

　　18～20 g雄性昆明小鼠，按1次/天，1 ml/次連續(xù)三天腹腔注射1%巰基乙醇酸鈉，停一天，按鄂征等人的方法取腹腔巨噬細(xì)胞（臺(tái)酚蘭吞噬實(shí)驗(yàn)顯示99％為巨噬細(xì)胞），以1×10⁶個(gè)/ml接種于特制的Petri培養(yǎng)皿（Meridian，USA）,用含10％小牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)于37℃，含5％CO₂孵箱內(nèi)。2 d后即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

　?。?）熒光探針標(biāo)記

　　將培養(yǎng)2 d的小鼠腹腔巨噬細(xì)胞用Hepes緩沖液漂洗3次，滴入終濃度為10 μmol/L的Fluo-3/AM 和FuraRed，加入1 μl 25％ pluronic F-127，在37 ℃、5%CO₂孵箱中孵育1 h，其間輕輕振蕩幾次，經(jīng)Hepes緩沖液漂洗2次后，再滴入Hepes液0.5 ml。

　?。?）Ca²⁺動(dòng)態(tài)變化的LSCM測(cè)定

　　LSCM由共聚焦顯微鏡主體，激光器（Ar⁺激光）和微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。激光束的掃描與控制以及圖像數(shù)據(jù)的采集和加工均由計(jì)算機(jī)完成。將標(biāo)記好熒光探劑Fluo-3/AM和FuraRed的小鼠腹腔巨噬細(xì)胞，放入激光掃描共聚焦顯微鏡測(cè)定小室，用裝有Olympus

　　IMT-2倒置相差顯微鏡和40×物鏡ACAS570激光掃描共聚焦顯微鏡系統(tǒng)掃描成像。用488 nm氬離子激光同時(shí)激發(fā)兩種染料，用ACAS570多彩色濾光盤（Molti-Color Filter Wheel）提供的530/30 nm帶通濾光器和605 nm長(zhǎng)通濾光器將兩者的發(fā)射光分開，用有增輝電路的DageCCD攝像機(jī)，以1.0秒的間隔記錄。數(shù)據(jù)通過(guò)圖像采集器直接送入計(jì)算機(jī)，然后用ACAS570-IQ分析軟件分析。

2　結(jié)果

　?。?）用外源性刺激劑地塞米松測(cè)得巨噬細(xì)胞中Fluo-3和FuraRed對(duì)細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺的熒光強(qiáng)度變化曲線。在本實(shí)驗(yàn)中，將地塞米松（終濃度為1.5μM）加到巨噬細(xì)胞培養(yǎng)液中（100sec后），引起細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺迅速增加，隨后逐漸達(dá)到平臺(tái)。兩種染料的熒光強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化曲線清楚的表明，加地塞米松時(shí)（100sec）引發(fā)Fluo-3熒光急劇增強(qiáng)，同時(shí)伴有FuraRed熒光減弱，提示Ca²⁺增加（圖1）。在加地塞米松前和Ca²⁺反應(yīng)的峰值時(shí)，兩種染料的相對(duì)熒光強(qiáng)度以灰度圖表示（圖2）。

　　圖1　地塞米松刺激后，小鼠腹腔巨噬細(xì)胞負(fù)載Fluo-3/AM和FuraRed的熒光強(qiáng)度變化曲線檢測(cè)器1（Det1）Fluo-3/AM通過(guò)530/30nm帶能濾光器后單激發(fā)的熒光強(qiáng)度變化曲線檢測(cè)器2（Det2） FuraRed 通過(guò)605 nm長(zhǎng)通濾光器后單激發(fā)的熒光強(qiáng)度變化曲線

（上圖）

（下圖）

　　圖2　地塞米松處理前，小鼠腹腔巨噬細(xì)胞負(fù)載Fluo-3/AM、FuraRed的熒光灰度圖像（上圖）和處理后小鼠腹腔巨噬細(xì)胞負(fù)載Fluo-3/AM、FuraRed的熒光灰度圖像（下圖）。檢測(cè)器1（Detector1）表示負(fù)載Fluo-3/AM。檢測(cè)器2（Detector2）表示負(fù)載FuraRed。　?。?）為了定量熒光變化，按實(shí)驗(yàn)中每個(gè)時(shí)間點(diǎn)求得Fluo-3/AM探針發(fā)射強(qiáng)度與FuraRed探針發(fā)射強(qiáng)度的比率。巨噬細(xì)胞對(duì)地塞米松反應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化曲線表明，熒光比率迅速增加1.2倍，隨后逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)（圖3）。

　圖3　地塞米松處理后，小鼠腹腔巨噬細(xì)胞負(fù)載

　　 Fluo-3/AM、FuraRed的比率熒光動(dòng)態(tài)變化曲線

3　討論

　　（1）在比率法中用兩種染料同時(shí)標(biāo)記，需要其比率在細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺濃度不變時(shí)保持穩(wěn)定。兩種染料的泄漏、區(qū)域化分布、漂白或代謝等均能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中比率不穩(wěn)定。Fluo-3/AM和FuraRed都對(duì)光漂白敏感，對(duì)經(jīng)過(guò)10 μmol/LFluo-3/AM和10 μmol/LFuraRed孵育的巨噬細(xì)胞連續(xù)掃描，在本實(shí)驗(yàn)中地塞米松處理之前兩種染料熒光強(qiáng)度的基線值（圖1）及其比率熒光強(qiáng)度的基線值（圖3）都是穩(wěn)定的。這些結(jié)果表明：巨噬細(xì)胞中染料無(wú)預(yù)先發(fā)生的光漂白或泄漏；Fluo-3/AM和FuraRed用在比率法中是可行的。

　　（2）FuraRed是近年來(lái)研制的一種*的Ca²⁺指示劑，發(fā)射640nm波長(zhǎng)的熒光，熒光強(qiáng)度隨FuraRed與Ca²⁺結(jié)合的增加而減弱^[5,6]。相反Fluo-3發(fā)射530nm較短波長(zhǎng)的熒光，熒光強(qiáng)度隨Fluo-3/AM與Ca²⁺結(jié)合的增加而增強(qiáng)^[7,8]。據(jù)此提供了一種定量細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺可見光激發(fā)的比率方法：將Fluo-3/AM和FuraRed聯(lián)合使用，用488nm的可見光（激光）激發(fā)，來(lái)測(cè)定細(xì)胞內(nèi)比率Ca²⁺的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)變化。由于這兩種染料與Ca²⁺結(jié)合發(fā)出的熒光量呈相反的變化，所以增加了對(duì)Ca²⁺檢測(cè)的靈敏度。

　?。?）Fluo-3/AM和FuraRed都是很好的Ca²⁺指示劑。聯(lián)合使用兩種指示劑，用單一可見光激發(fā)能為用比率法測(cè)量細(xì)胞內(nèi)比率Ca²⁺提供一種*的有價(jià)值的方法。類似的比率測(cè)定法還有很多，如用兩種染料同時(shí)測(cè)量Ca²⁺和pH^[5,9]。但這些方法需要兩種不同的熒光探針，而且須特別注意染料負(fù)載、光漂白和染料泄漏，每一種因素在各次實(shí)驗(yàn)之間可能明顯地影響比率。使用Fluo-3/AM和FuraRed能提供一種Ca²⁺測(cè)量方法并具有可見光激發(fā)的優(yōu)點(diǎn)。

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熒光探針Fluo-3/AM和FuraRed測(cè)量單細(xì)胞中比率鈣