1) PS（磷脂酰絲氨酸）在細胞外膜上的檢測：PS從細胞膜內側轉移到外側在細胞受到雕亡誘導後不久發生，可能作為免疫系統的識別標誌。AnnexinV，壹個鈣依賴性的磷脂結合蛋白，能專壹性的結合暴露在膜外側的PS，再通過簡單的顯色或發光系統進行檢測。由於這是壹種雕亡早期的活細胞檢測（懸浮細胞和貼壁細胞都適用），可與DNA染料或別的晚期檢測方法相結合來標記雕亡的發展階段。
美國著名生物試劑公司CLONTECH和Invitrogen公司分別開發了多種標記的Annexin V產品，簡便快速，10分鐘就可完成檢測。其中帶熒光標記的Annexin V-EGFP（Enhanced Green Fluorescent Protein）及Annexin V-FITC，靈敏度高，可作為FACS（流式細胞分選）方法篩選雕亡細胞的基礎。由於融合蛋白Annexin V-EGFP，EGFP與PS 的結合比例為1：1，還可進行定量檢測。除此之外，還提供生物素偶聯的Annexin V，可通過常用的酶聯顯色反應來檢測。另外，MACS公司將磁珠包被Annexin V，可采用磁分選方法篩選雕亡細胞。
2)細胞內氧化還原狀態改變的檢測：
這反應了細胞雕亡研究中相對較新的趨勢，研究什麽樣的氧化還原環境引起下遊事件的發生。CLONTECH公司的ApoAlertTM GlutathioneDetection Kit通過熒光染料monochlorobimane（MCB）體外檢測雕亡細胞細胞質中谷光苷肽的減少來檢測雕亡早期細胞內氧化還原狀態的變化。正常狀態下，谷光苷肽（glutathione：GSH）作為細胞的壹種重要的氧化還原緩沖劑。細胞內有毒的氧化物通過被GSH還原而定期去除，氧化型的GSH又可被GSH還原酶迅速還原。這壹反應在線粒體中尤為重要，許多呼吸作用中副產物的氧化損傷將由此被去除。在Jurcat和壹些其它類型的細胞中，細胞膜中有可被雕亡信號啟動的ATP依賴的GSH轉移系統。當細胞內GSH的排除非常活躍時，細胞液就由還原環境轉為氧化環境，這可能導致了雕亡早期細胞線粒體膜電位的降低，從而使細胞色素C（三羧酸循環中的重要組分）從線粒體內轉移到細胞液中，啟動雕亡效應器caspase的級聯反應。
由於 GSH與氧化還原作用及線粒體功能密切相關，此項檢測除了對研究細胞雕亡的起始非常有用外，還可用於心臟病、中風等疾病治療的研究。但有些細胞如：HeLa 和3T3細胞雕亡時沒有明顯的GSH水平的變化，不能用此法檢測。
3)細胞色素C的定位檢測
細胞色素C作為壹種信號物質，在細胞雕亡中發揮著重要的作用。正常情況下，它存在於線粒體內膜和外膜之間的腔中，雕亡信號刺激使其從線粒體釋放至細胞液，結合Apaf-1 （apoptoticprotease activating factor-1）後啟動caspase級聯反應：細胞色素C/Apaf-1復合物激活caspase-9，後者再激活caspase-3和其它下遊caspase。細胞色素C氧化酶亞單位Ⅳ（cytochrome c oxidase subunit Ⅳ：COX4）是定位在線粒體內膜上的膜蛋白，雕亡發生時，它保留在線粒體內，因而它是線粒體富集部分的壹個非常有用的標誌。
ApoAlertTMCell Fractionation Kit不用超離心，可從雕亡和非雕亡細胞中快速有效分離出高度富集的線粒體部分，再進壹步通過Western雜交用細胞色素C抗體和COX4抗體標示細胞色素C和COX4的存在位置，從而判斷雕亡的發生。
4) 線粒體膜電位變化的檢測：
在雕亡研究的早期，從形態學觀測上線粒體沒有明顯的變化。隨著雕亡機制研究的深入，發現線粒體雕亡也是細胞雕亡的重要組成部分，發生很多生理生化變化。例如，在受到雕亡誘導後線粒體轉膜電位會發生變化，導致膜穿透性的改變。MitoSensorTM，壹個陽離子性的染色劑，對此改變非常敏感，呈現出不同的熒光染色。正常細胞中，它在線粒體中形成聚集體，發出強烈的紅色熒光。雕亡細胞中，因線粒體穿膜電位的改變，它以單體形式存在於細胞液中，發出綠色熒光。用熒光顯微鏡或流式細胞儀可清楚地分辨這兩種不同的熒光信號。CLONTECH公司的ApoAlert Mitochondrial Membrane Sensor Kit就采用這種原理來檢測線粒體膜電位的變化。但是，這種方法不能區分細胞雕亡或其他原因導致的線粒體膜電位的變化。 細胞雕亡晚期中，核酸內切酶（某些Caspase的底物）在核小體之間剪切核DNA，產生大量長度在180-200 bp 的DNA片段。對於這壹現象的檢測通常有以下兩種方法：
1) TUNEL（Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end-labeling）
通過DNA末端轉移酶將帶標記的 dNTP （多為dUTP）間接（通過地高辛）或直接接到DNA片段的3’-OH端，再通過酶聯顯色或熒光檢測定量分析結果。美國Intergen公司提供多種標記方法，直接熒光標記，地高辛介導熒光標記或過氧化物酶聯顯色，可做細胞懸液、福爾馬林固定或石蠟處理的組織、細胞培養物等多種樣本的檢測。其中，直接標記步驟少，操作簡便。而間接標記有信號放大的作用，檢測靈敏度高。
2) LM-PCR Ladder （連接介導的PCR檢測）
當雕亡細胞比例較小以及檢測樣品量很少（如活體組織切片）時，直接瓊脂糖電泳可能觀察不到核DNA的變化。CLONTECH公司的ApoAlert?LM-PCR Ladder Assay Kit通過LM-PCR（ligation-mediated PCR），連上特異性接頭，專壹性地擴增核小體的梯度片段，從而靈敏地檢測雕亡時產生的核小體的梯度片段。此外，LM-PCR 檢測是半定量的，因此相同雕亡程度的不同樣品可進行比較。
上述兩種方法都針對細胞雕亡晚期核DNA斷裂這壹特征，但細胞受到其它損傷（如機械損傷，紫外線等）也會產生這壹現象，因此它對細胞雕亡的檢測會受到其它原因的幹擾。
3) Telemerase Detection （端粒酶檢測）
這是相對來說推出較早，用得較多的壹種方法。端粒酶是由RNA和蛋白組成的核蛋白，它可以自身RNA為模板逆轉錄合成端粒區重復序列，使細胞獲得“永生化”。正常體細胞是沒有端粒酶活性的，每分裂壹次，染色體的端粒會縮短，這可能作為有絲分裂的壹種時鐘，表明細胞年齡、復制衰老或細胞雕亡的信號。研究發現，90%以上的癌細胞或雕亡細胞都具有端粒酶的活性。Invitrogen公司的TRAP-eze Telemerase Detection Kit在1996年率先推出。它提供特定的寡核苷酸底物，分別與底物及端粒重復序列配對的引物。如果待測樣本中含有端粒酶活性，就能在底物上接上不同個數的6堿基（GGTTAG）端粒重復序列，通過PCR反應，產物電泳檢測就可觀察到相差六個堿基的DNA Ladder現象（參見圖4）。此外，Intergen公司還提供用酶聯免疫法（ELISA）檢測的試劑盒.
同樣，這種檢測方法也不專對細胞雕亡，檢測結果也不純反應細胞雕亡的發生。 根據雕亡細胞固有的形態特征，人們已經設計了許多不同的細胞雕亡形態學檢測方法。
1．光學顯微鏡和倒置顯微鏡
1． 未染色細胞：雕亡細胞的體積變小、變形，細胞膜完整但出現發泡現象，細胞雕亡晚期可見雕亡小體。
貼壁細胞出現皺縮、變圓、脫落。
2． 染色細胞：常用姬姆薩染色、瑞氏染色等。雕亡細胞的染色質濃縮、邊緣化，核膜裂解、染色質分割
成塊狀和雕亡小體等典型的雕亡形態。
2．熒光顯微鏡和***聚焦激光掃描顯微鏡
壹般以細胞核染色質的形態學改變為指標來評判細胞雕亡的進展情況。
常用的DNA特異性染料有：HO 33342 (Hoechst 33342），HO 33258 (Hoechst 33258),DAPI。三種染料與 DNA的結合是非嵌入式的，主要結合在DNA的A-T堿基區。紫外光激發時發射明亮的藍色熒光。
Hoechst是與DNA特異結合的活性染料，儲存液用蒸餾水配成1mg/ml的濃度，使用時用PBS稀釋成終濃度為2~5mg/ml。
DAPI為半通透性，用於常規固定細胞的染色。儲存液用蒸餾水配成1mg/ml的濃度，使用終濃度壹般為0.5 ~1mg/ml。
結果評判：細胞雕亡過程中細胞核染色質的形態學改變分為三期：Ⅰ期的細胞核呈波紋狀（rippled）或呈折縫樣（creased），部分染色質出現濃縮狀態；Ⅱa期細胞核的染色質高度凝聚、邊緣化；Ⅱb期的細胞核裂解為碎塊，產生雕亡小體。
3．透射電子顯微鏡觀察
結果評判：雕亡細胞體積變小，細胞質濃縮。雕亡Ⅰ期（pro-apoptosis nuclei）的細胞核內染色質高度盤繞，出現許多稱為氣穴現象（cavitations）的空泡結構；Ⅱa期細胞核的染色質高度凝聚、邊緣化；細胞雕亡的晚期，細胞核裂解為碎塊，產生雕亡小體。 細胞雕亡在胚胎發育、造血、免疫系統的成熟以及維護正常組織和器官的細胞恒定與生長平衡，乃至機體衰老方面都起著重要作用。因此，有關雕亡的研究在臨床和基礎等各個領域已經廣泛開展,雕亡細胞的檢測方法顯得非常重要。流式細胞儀( Flow cytometry ,FCM) 將流體噴射技術、激光光學技術、電子技術和計算機技術等集於壹體,較其它方法有不可比擬的優越性，既可定性又可定量,且具有簡單、快速和敏感性高的特點,可進行多參數和活體細胞分析。在APO 的研究得到較為廣泛的應用，開辟了新途徑。
1 光散射法
在FCM 系統中，被檢細胞在液流中通過儀器測量區時,經激光照射,細胞向空間360°立體角的所有方向散射光線,其中前向散射光( FSC) 的強度與細胞大小有關,而側向散射光(SSC) 的強度與質膜和細胞內部的折射率有關。細胞雕亡時,細胞固縮,體積變小,核碎裂形成,細胞內顆粒往往增多,故雕亡細胞FSC 降低而SSC 增高。細胞壞死由於胞體腫脹,細胞核亦碎裂分解故FSC 和SCC 均增高。正常細胞FSC 高而SSC 低。根據光散射特性檢測雕亡細胞最主要的優點是可以將光散射特性與細胞表面免疫熒光分析結合起來,用以區別辯認經這些特殊處理發生選擇雕亡的淋巴細胞亞型,也可用於活細胞分類。值得註意的是,根據FSC 和SSC 判斷雕亡細胞的可靠性受被測細胞形態上的均壹性和核細胞漿比率影響很大,因此在某些淋巴細胞雕亡中,用光散射特性檢測雕亡的可靠性較好而在腫瘤細胞雕亡中其可靠性較差。
2細胞DNA 含量的測定
細胞雕亡時,核酸內切酶激活,導致DNA 斷裂,這是雕亡的特征性表現,也為FCM 鑒別雕亡細胞奠定了基礎。而檢測細胞雕亡DNA 斷裂的方法中,最常用、最簡便的就是細胞DNA 含量分析。當細胞用乙醇、TrtionX—100 處理後細胞膜上出現漏洞,小片段DNA 從細胞內釋放出來,使其DNA 含量低於正常細胞的二倍體。用碘化丙啶( PI) 染色後分析,可在二倍體C0/ G1 ,峰前出現“亞二倍體”峰,即細胞雕亡峰(APO峰) ,根據APO 峰可測出雕亡細胞百分率,該法簡單易行,可大批定量檢測雕亡標本,亦可同時分析細胞的細胞周期位置。另外,應用FCM 方法通過對DNA 和RNA 的聯合檢測可以鑒別出G0 期細胞,因此,可分析細胞雕亡與G1 或G0 細胸的關系。DNA 降解的程度取決於雕亡的階段、細胞的類型和雕亡誘發因子的特性。染色過程中DNA 的逸出量變化也影響FCM 檢測結果。據研究,將高濃度的磷酸鹽———枸椽酸鹽緩沖液加入漂洗液中,可增高降解DNA 的逸出量,從而提高鑒別雕亡細胞與正常細胞的能力。
DNA 含量測定在檢測細胞雕亡中的局限性在於其特異性和敏感性均不高。特異性不高是因為APO 峰代表了壹組細胞群體,包括雕亡細胞、機械損傷細胞、低DNA 含量的細胞或不同染色體結構的細胞,在上述情況下,DNA 與熒光染料的結合量均小。另外,非固定的細胞在低滲溶液中被溶解時,可導致大量的核碎片出現,此時APO 峰的細胞數目只代表了核碎片的數目,並不代表雕亡細胞數目。敏感性較差的原因是細胞雕亡早期只有DNA 斷裂點出現,但尚未出現DNA 片段的大量丟失,所以該法不能檢出早期雕亡細胞和發生於S 期或G2/ M 期的雕亡細胞,因為其實際含量不低於二倍體細胞所含的DNA ,因此該法進行雕亡細胞分析時應結合其它形態或生化方法,以期更準確地分析細胞的雕亡狀態。
3Y 啶橙染色法( Acridine Orange ,AO)
AO 可將細胞或細胞核中的雙鏈DNA 和變性DNA 染成不同顏色的熒光。AO 插入雙鏈DNA 中時,發綠色熒光;AO也可與單鏈或通過變性而產生的DNA 單鏈發生作用,這時發出紅色熒光,因此,通過FCM 檢測不同的熒光,可判斷雕亡的發生。在測定被標準化後,綠色和紅色熒光強度的量與總DNA 含量成比例,紅色熒光與總體細胞(紅色加綠色) 熒光的比率表示細胞中變性DNA 的比例,因此,這種方法可用於評價DNA 對原位變性的敏感性。有時候,雕亡細胞DNA 降解不明顯,依賴於DNA 降解來檢測細胞雕亡的方法如細胞DNA含量測定、DNA 末端標記等就難以檢測到細胞雕亡變化。AO法檢測雕亡的原理不依賴於DNA 片斷的產生,因此其最主要的優點是可應用於寡核小體片段與雕亡不相平衡等情況,但AO 染色法不能有效區分有絲分裂細胞和雕亡細胞。
4若丹明( Rh123) 染色法
細胞生活狀態下,胞膜上的鈉- 鉀泵、鈣泵等的作用,使細胞膜內外維持著不同離子的濃度梯度,包括Na + , K+ ,Cl - ,Ca2 + 等,形成細胞膜電位。FCM 可以檢測親脂性離子熒光染料在胞膜內外的分布,來測量膜電位的高低,以評價細胞的活力。Rh123 是壹種親脂性陽離子熒光染料,對細胞膜具有通透性,線粒體膜尤敏感。細胞存活狀態時,若丹明123 通過細胞膜,積聚於線粒體發出綠色熒光。在細胞雕亡時,線粒體膜的轉運能力下降,電負性降低,故細胞線粒體積聚Rh123 的能力也喪失,熒光強度降低,據此檢測細胞的雕亡變化。但應指出,在雕亡的早期階段,由於胞膜尚完整,大多數細胞器和細胞功能相對較好,因此,Rh123 法對於早期雕亡細胞和活細胞的鑒別比較困難。
5原位末端標記技術
細胞雕亡時,DNA 斷裂早於形態學改變及DNA 含量減少,原位末端標記( ISEL) 是將滲入到雕亡細胞中的外源性核苷酸在酶和DNA 的催化下與雕亡細胞因內源性核酸酶的激活而產生的單股或雙股斷裂相結合,較前述方面具更高靈敏性。通常有兩種方法: ①DNA 聚合酶I 或klenow 大片段介導的單位缺口平移( INST) ; ②末端脫氧核苷酸轉移酶介導的dUTP 缺口末端標記( TUNEL) 。
INST 是利用DNA 多聚酶將核苷酸整合到雕亡細胞內斷裂的DNA 處的3’末端,同時水解5’末端,以修復DNA ,若使用已標記的核苷酸即可顯示出有斷裂DNA 的細胞。1993 年,Gorczyca 等提出了末端脫氧核糖核酸轉移酶( TdT) 標記法采檢測雕亡細胞的DNA 斷裂,此種方法已得到廣泛應用。由於內源性核酸內切酶激活,細胞自身的染色質或DNA 被切割,並產生與DNA 斷點數目相同的3’2 羥基末端, TdT 可以將生物素化的dUTP 標記至3’2 羥基末端,通過卵白素2FITC 系統,使DNA 的斷點部位發生特異熒光而簽別出雕亡細胞,TdT 末端標記法是鑒別雕亡細胞比較特異的壹種方法。腦組織中的雕亡細胞很少,因此基因組DNA 片斷需要更靈敏的檢測技術。將TUNEL 法與FCM 結合起來可以提高檢測雕亡細胞中DNA 片斷的靈敏度。經雕亡誘導因子處理壹定時間後的細胞,原位末端標記的雕亡比Hoechst33342 染色顯示的要多,提示TUNEL 可檢測出尚未出現明顯雕亡形態學特征但已發生DNA 裂解的核,從而使檢測的靈敏度提高。對比研究表明, TUNEL 的敏感性遠遠高於ISNT ,尤其在APO早期TUNEL 法陽性率較高,可能是APO 發生時DNA 多數為雙鏈同時斷裂,單鏈少見的原因。後者是依賴DNA 多聚酶介導的修復反應,故ISNT 的陽性率相對較低。TUNEL 還可結合細胞同期的分析,可同時了解雕亡細胞DNA 斷裂和細胞周期分布之間的關系,近來已成為鑒別和定量雕亡細胞的最常用方法之壹。但由於斷裂DNA 的標記過程比較復雜,涉及多種因素,所以末端標記的陰性結果並不壹定代表DNA鏈的完整,應排除方法上的問題,如TdT 酶活力的喪失等諸多影響因素。因此應用TdT 末端標記法鑒別雕亡細胞必須同時設陽性及陰性對照組,以便得到可靠結果。
6Annexin V/ PI 法
1992 年Fadok 報道在APO 早期位於細胞膜內側的磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserin ,PS) 遷移至細胞外側,這壹現象出現在核染色質變性與核體積縮小之前。AnnexinV 是壹種具有很強的抗凝血特性的血管蛋白,和磷脂有高親合力,尤其與帶負電荷的磷脂如PS 具極強的結合力,利用其特性可以檢測細胞雕亡。但壞死細胞PS 亦暴露於外表使Annexin V 結合陽性,因此使用Annexin V 這壹參數不能區分壞死或雕亡,必須同時采用PI 這壹參數將壞死細膽區分開來。FCM 通過Annexin V —FITC 標誌暴露於細胞膜上的PS 結合PI 進入損傷細胞膜標記降解DNA 分析雕亡與壞死細胞。在檢測時有4個亞群包括機械性損傷細胞(Annexin - / P1 + ) 、正常細胞(An2nexin - / PI - ) 、雕亡細胞(Annexin + / PI - ) 和繼發性壞死細胞(Annexin + / PI + ) 被區分。Boersma 等應用Ampexin V2FITE染色法檢測細胞毒藥物處理後的中國倉鼠細胞雕亡變化,FCM 檢測發現熒光信號強弱不同的兩種細胞亞群。進壹步形態學等證實弱熒光細胞亞群代表早期雕亡細胞,強熒光亞群代表晚期雕亡細胞,可見其是檢測和定量雕亡細胞的壹種較為可靠的方法。細胞雕亡時膜上PS 外露早於DNA 斷裂發生,因此該法檢測早期雕亡更為靈敏,且該法不需要固定細胞,避免了PI 法因固定造成的細胞碎片過多及TUNEL 法因固定出現的DNA 片段丟失,因此更加省時,結果亦更可靠,是目前最為理想的雕亡定量檢測方法。
7其 他
7.1ssDNA 單抗法 把抗單鏈DNA(ssDNA) 單克隆抗體用於細胞雕亡的檢測,是壹種偶然發現,因為在應用ssDNA 單抗(熒光法) 檢測細胞毒性藥物誘導DNA 損傷中,觀察到雕亡的白血病細胞(MOL T24) 有較強的熒光,後來經過適當的改進,證明ssDNA 單抗可以特異地識別雕亡細胞。與TUNEL法相比,ssDNA 具有更強的靈敏性。TUNEL 法檢測的雕亡細胞可能只是單抗法檢測的雕亡細胞中的壹個亞類。ssDNA法檢測APO 壹般用免疫熒光法。但也可和FCM 結合應用。單抗法使用簡便、成本低、應用廣泛。ssDNA 單抗可以區別壞死和雕亡、甚至能檢測前期雕亡,雕亡後壞亡和壹些特殊的雕亡形式(如無片段化的細胞雕亡) 。因此, ssDNA 單抗法可望成為壹種新的特異靈敏檢測細胞雕亡的方法。
7.2細胞雕亡的相關蛋白分析 研究發現,有不少基因參加雕亡調控,這些基因產物可參與促進或抑制APO 的發生、發展,因此檢測雕亡調節基因蛋白對研究APO 及其調控有重要作用。迄今為止,已可對大量細胞雕亡調節基因的蛋白產物分析,如P53 蛋白、caspases、C2myc、Fas 抗原、TNF、bcl22 家族蛋白、cyclin、ras 等。FCM 用熒光標記的各種調控蛋白單抗染色,收集不同波長的熒光信號,檢測細胞膜表面或細胞內熒光分子數量,可以了解每個細胞的變化,而且所需樣品少,方法簡便、快捷、準確。
8展 望
近幾年來,隨著FCM 技術的不斷發展和APO 研究的逐漸深入,FCM 在細胞雕亡研究中日益廣泛。應用FCM 定量檢測雕亡細胞簡便、快速、客觀,並可進行多參數檢測,因此,可同時對APO 及其相關的癌基因表達、細胞周期分布等諸多因素進行相關分析,可以比較深入地了解雕亡的調節機制。盡管應用FCM 進行細胞雕亡研究的方法較多,但FCM檢測雕亡細胞的方法壹般基於細胞雕亡過程中形態、生化等某壹方面的特性,因而難於了解雕亡過程中發生的各種變化的相互關系,也使該類方法缺乏特異性,所以,聯合應用多種針對不同特性的FCM 檢測方法,才能更為有效地鑒別雕亡細胞。同時,FCM 研究結果尚需同時結合形態學觀察或生物化學方法,才能更加深入地了解雕亡細胞的生物學特性。隨著生物技術的發展及人們對APO 本質認識的深入,相信在不久的將來,定會有更為特異和敏感的方法問世,有助於細胞雕亡取得突破性進展。