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免疫電鏡技術(shù)

免疫電鏡技術(shù)(immunoelectron microscopy,iem)又稱為免疫細胞化學技術(shù),是在免疫組織化學技術(shù)(immunohistochemistry)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它是利用抗原與抗體特異性結(jié)合的原理,在超微結(jié)構(gòu)水平上定位、定性及半定量抗原的技術(shù)方法。該方法為精確定位各種抗原的存在部位、研究細胞結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系及其在病理情況下所發(fā)生的變化提供了有效的手段。免疫電鏡技術(shù)主要經(jīng)歷了鐵蛋白標記技術(shù)、酶標記技術(shù)以及膠體金標記技術(shù)三個主要發(fā)展階段。
鐵蛋白標記技術(shù)適用于細胞膜表面抗原的定位,由于其分子量較大,不易穿透細胞膜,定位細胞內(nèi)抗原較為困難。鐵蛋白對電鏡包埋劑的非特異性吸附很強,不適用于包埋后免疫標記,使其應(yīng)用受到一定限制。
酶標記免疫電鏡技術(shù)是將酶(主要是過氧化物酶)與抗體相交聯(lián),抗原抗體反應(yīng)后,加底物顯示酶的活性部位,酶反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)oso4處理變?yōu)榫哂幸欢娮用芏鹊匿~黑,可在電鏡下觀察。過氧化物酶的相對分子量較小,與其交聯(lián)的抗體較易穿透經(jīng)處理的細胞膜,可用于細胞內(nèi)抗原的定位。但是酶反應(yīng)產(chǎn)物比較彌散,因此分辨率不如顆粒性標記物高。
膠體金標記免疫電鏡技術(shù)是目前應(yīng)用的免疫電鏡標記物,該技術(shù)是將膠體金作為抗體的標記物,用于細胞表面和細胞內(nèi)多種抗原的精確定位。膠體金主要具有以下幾個優(yōu)點:(1)膠體金能穩(wěn)定并迅速地吸附蛋白,而且蛋白的生物活性不發(fā)生明顯改變,可制備抗體-膠體金、蛋白a-膠體金、卵白素-膠體金、植物凝集素-膠體金等用于免疫電鏡;(2)在電鏡下金顆粒電子密度高、圓形且界線清晰,易于辨認,定位比酶反應(yīng)物更精確;(3)膠體金標記物易于制備,并可以根據(jù)需要制備大小不同(1~150nm)的膠體金,因此可進行免疫電鏡的雙重或多重標記;(4)金顆粒能發(fā)射強烈的二次電子,是掃描電鏡的理想標記物;(5)膠體金經(jīng)過銀顯影增強后,金顆粒外周吸附大量銀顆粒而呈現(xiàn)黑色或黑褐色,因此也能用于光學顯微鏡觀察。此外,膠體金還能用于冷凍蝕刻標本的 免疫標記。
抗體的制備,標本的處理,免疫標記,對照實驗、結(jié)果的觀察和解析。
抗體的制備
特異性高、親和力強的高效價抗體是獲得理想的免疫標記結(jié)果的首要條件要。抗體可購買或自己制備。大分子*抗原,可直接免疫動物如家兔、山羊、豚鼠、小鼠來獲得抗體。半抗原,用偶聯(lián)劑使半抗原與大分子物質(zhì)結(jié)合成復(fù)合物,再去免疫動物產(chǎn)生抗體,大分子物質(zhì)稱為載體蛋白,以甲狀腺球蛋白、牛血清白蛋白或血藍蛋白常用。偶聯(lián)劑為戊二醛或碳二酰亞胺等。目前細胞雜交瘤技術(shù)制備的單克隆抗體理想。
標本的處理
為了既能將抗原準確定位甚至定量,又能觀察到近似于生活狀態(tài)下的細胞超微結(jié)構(gòu),必須選擇合適的固定劑,慎重處理樣品。
取材
單細胞:培養(yǎng)細胞或血細胞應(yīng)隨用隨取。懸浮培養(yǎng)細胞可先離心(800 rpm,5 min),用磷酸緩沖鹽溶液(pbs)洗1次后進行固定。貼壁細胞則可先將其培養(yǎng)在玻片上,用pbs輕輕沖洗后立即固定,也可用*將細胞消化下來,按懸浮培養(yǎng)細胞的制備方法制備。
組織:取組織塊時做到越快越好,在沒有停止血流前就取材。若觀察的對象為肺、大腦、脊髓或內(nèi)分泌器官等比較柔軟的組織,應(yīng)先做灌注固定,再用銳利的刀片將其切成約2 mm×2 mm×l mm大小的組織塊,切時要避免擠壓與牽拉,然后投入到固定液中繼續(xù)固定。
固定
固定劑常會對抗原的活性產(chǎn)生不同程度影響,為了保存細胞的超微結(jié)構(gòu)和抗原的活性,應(yīng)通過預(yù)試驗,確定固定劑的種類、濃度、溫度、ph及固定時間和方式,可用已知效價的抗原進行試驗,選擇合適的固定方法。
常用的免疫電鏡標本固定液
多聚甲醛-戊二醛固定液(簡稱pg):1%多聚甲醛對組織細胞的抗原性影響不大,若加入超過0.1%戊二醛,抗原性就會迅速減弱;當戊二醛的濃度低到0.01%~0.05%時,對抗原性的影響便不顯著,而細胞超微結(jié)構(gòu)的保存也可獲得很大改善。所以推薦用1%多聚甲醛加0.01%~0.05%戊二醛作為免疫電鏡標本的固定劑,固定時間為4~5 h。對有些抗原性較強的標本,也可采用4%多聚甲醛加0.05%~0.5%戊二醛進行固定。某些抗原對戊二醛極其敏感,固定液只能用2~4%多聚甲醛,而不能加戊二醛。不充分的固定會造成抗原提取或移位,同時醛類等交聯(lián)固定劑會改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)而影響其抗原性,所以在不明顯影響抗原性的前提下,選擇合適的固定濃度和時間,盡可能強一些為好。這里我們特別推薦使用美國ems公司的多聚*和戊二醛溶液,常用貨號為157-8和16220。
過酸鹽-賴氨酸-多聚甲醛混合固定液(簡稱plp):plp液含0.01 mol/l過酸鈉、0.075mol/l賴氨酸、2%多聚甲醛及0.037mol/l磷酸緩沖液。其機制是借助過酸鹽氧化抗原,一般為糖蛋白的糖類部分,使其羥基變?yōu)槿┗@樣賴氨酸的雙價氨基就能與醛基結(jié)合從而把抗原交聯(lián)起來。由于大多數(shù)組織抗原含蛋白質(zhì)與糖類,抗原決定簇位于蛋白部分,該固定劑有選擇性地固定糖類,這樣既穩(wěn)定了抗原,又不影響抗原決定簇與抗體的結(jié)合。加入低濃度的多聚甲醛則能穩(wěn)定蛋白與脂類。因為賴氨酸價格較貴,此固定液不如pg固定液經(jīng)濟。
-多聚甲醛-戊二醛固定液(簡稱papg):papg液含4%多聚甲醛、15%(v/v)、0.5%戊二醛、ph為7.3。穿透迅速,可在不影響抗原活性的前提下固定蛋白質(zhì),改善對膜和胞質(zhì)的保存。特別是不能采用高濃度的戊二醛與鋨酸做后固定時(如包埋后的免疫標記),在前固定液中加入對超微結(jié)構(gòu)的保存有很大幫助。
固定方法與時間
灌注固定:這是固定效果的方式,能使超微結(jié)構(gòu)得到很好的保存。以大鼠為例,麻醉后,用注射針頭經(jīng)左心室向主動脈灌注固定液,靜脈壓為120mm hg柱,在5~15 min內(nèi)每200g體重灌注150 ml固定液。
浸沒固定:將手術(shù)或灌注后切成的標本塊浸沒在固定液中固定,浸沒固定時間常為2~5h,游離細胞固定0.5~1h。
包埋
包埋劑類型:環(huán)氧樹脂包埋劑和低溫包埋劑。
包埋前免疫標記:即對已固定的樣品*行免疫標記,然后進行包埋、超薄切片并觀察結(jié)果,一般選用環(huán)氧樹脂包埋劑。環(huán)氧樹脂本質(zhì)是疏水性的,在包埋前樣品必須*行*脫水,然后在溫箱中進行熱聚合。熱聚合會使大多數(shù)抗原變性,因此該包埋劑不適用于包埋后免疫標記。
包埋后免疫標記:指組織標本經(jīng)固定及樹脂包埋,制作成超薄切片后再進行免疫化學標記的方法,此方法多用低溫包埋劑,如lowicryl系列包埋劑、lr white包埋劑和lrgold包埋劑。這三種包埋劑均能在低溫下(-35℃~-80℃)用紫外光(波長315~360nm)進行聚合,避免了高溫對抗原性的負面影響,提高了陽性標記率,而且對膠體金的非特異性吸附少,對溫度敏感的抗原應(yīng)選擇使用低溫包埋劑。
免疫標記
根據(jù)免疫標記與標本包埋之間的不同關(guān)系,可分為包埋前免疫標記、包埋后免疫標記和不用包埋的冷凍超薄切片免疫標記。根據(jù)具體的標本、抗原的部位及性質(zhì)并結(jié)合實驗室的具體條件選擇恰當?shù)姆椒ā_@三種免疫標記方法,都包括非特異性位點的封閉、抗體與抗原特異性結(jié)合的免疫反應(yīng)、反應(yīng)部位的示蹤顯示等基本步驟。
包埋前免疫標記
優(yōu)點一是切片在免疫標記前不經(jīng)鋨酸固定、脫水、樹脂包埋及高溫聚合的過程,抗原活性不會受到上述過程的影響,而且抗原暴露充分,標記的陽性率高,非特異性反應(yīng)少。二是免疫標記后還可進行半薄切片,在免疫反應(yīng)陽性部位做定位超薄切片,進一步提高電鏡的檢出率。三是免疫標記完畢后,用戊二醛與鋨酸再次固定組織,可使抗原抗體的結(jié)合更加牢固,并有利于膜結(jié)構(gòu)的保存。
包埋前免疫標記主要用于細胞膜表面抗原的免疫定位,以及用于某些易被脫水劑和樹脂成分溶解和變性的抗原的檢測。包埋前免疫標記細胞內(nèi)抗原受到標記抗體的穿透性限制,為了提高對細胞內(nèi)抗原的標記率可以采取以下措施:
厚切片
厚切片進行包埋前免疫標記,需將固定后的組織厚切片(單細胞團不需厚切片),以利于標記抗體的穿透。厚切片的方法有以下幾種:
冰凍切片:用恒冷箱冰凍切片機將固定后的組織塊切成8μm左右的厚片。將切下的厚片放入盛有pbs的小玻璃瓶內(nèi)備用。也有的將厚片直接貼在載玻片上進行免疫標記,這樣做雖然操作比較方便,但因抗體只能與厚片的一面接觸,所以會在一定程度上影響標記的陽性率。
震動切片:震動切片可以切出20μm~30μm的厚片,免疫電鏡用只需20μm~80μm的切片。震動切片的優(yōu)點是可以避免冰凍對組織帶來的損害,但它切出來的切片過厚,即使在使用穿透劑的條件下,免疫試劑也僅能穿透切片表面8μm~9μm,而更深層的組織就不易被標記。
增加細胞膜的通透性
用0.01%saponin或0.1%triton x-100等活性劑處理5~8min,以增加細胞膜的通透性。但這些化學物質(zhì)會對超微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的破壞,所以應(yīng)根據(jù)不同的組織或細胞,嚴格控制活性劑的應(yīng)用濃度與時間。也可用凍融的方法增加細胞膜通透性,標本*行防冰晶處理(厚片在含15%甘油、20%蔗糖的pbs中振搖沉底),在液氮中速凍0.5~1min后用pbs迅速回溫。
選用相對分子質(zhì)量較小的標記物
辣根過氧化物酶與igg的fab片段交聯(lián)物,分子質(zhì)量較小,約100kd,較易進入細胞內(nèi)。也可用igg fab-lnm金作為標記物,標記后經(jīng)銀加強染色的納金包埋前標記法。由于該標記物較易穿透到組織和細胞內(nèi),且定位比酶標抗體精確,因此被廣泛用于膜受體的精確定位。
包埋后免疫標記
包埋后免疫標記具有超微結(jié)構(gòu)保存較好、方法簡便可靠、陽性結(jié)果重復(fù)性高的優(yōu)點,可對同一組織塊的連續(xù)切片做各種對照免疫標記,能十分準確地解釋免疫標記結(jié)果,而且還能在同一張切片上進行多重免疫標記,尤其適合于顆粒性標記物(膠體金標記)的免疫化學定位標記,是目前應(yīng)用的免疫電鏡技術(shù)。但是該方法也有明顯的缺點,抗原在脫水、浸透及樹脂包埋過程中可能被破壞,且抗原被樹脂遮蓋不易與抗體接觸,使免疫標記的陽性率下降。尤其是后固定劑鋨酸對抗原的破壞較嚴重,因此常常避免使用。為了得到精細的超微結(jié)構(gòu)并提高陽性標記率,必須注意以下幾個方面:
通過預(yù)實驗確定合適的固定液,在保存抗原活性的前提下,也能得到較好的超微結(jié)構(gòu)。固定液一般不用,因其會使抗原活性明顯降低。
選用低溫包埋劑。
免疫電鏡用載網(wǎng)要選用鎳網(wǎng)或金網(wǎng),而不用銅網(wǎng),因銅網(wǎng)會與某些化學物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)而影響標記結(jié)果。
冷凍超薄切片免疫標記
冷凍超薄切片免疫電鏡技術(shù)的特點是組織不經(jīng)脫水包埋直接冷凍,在冷凍狀態(tài)下進行超薄切片,然后進行免疫標記。該項技術(shù)克服了上述兩種方法的缺點,能更理想地保存一些生物大分子的活性,極大地提高了免疫標記的敏感性,但在冷凍過程中超微結(jié)構(gòu)會受到冰晶的破壞。1996年,liouw等改良了冷凍超薄切片技術(shù),用甲基纖維素和醋酸鈾混合液(含1.5%~2%甲基纖維素,0.3%~3%醋酸鈾的水溶液)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蔗糖溶液作為將冷凍切片從冷凍槽中轉(zhuǎn)移到鎳網(wǎng)上的溶液,得到了保存良好的超微結(jié)構(gòu),使該項技術(shù)更加完美,應(yīng)用也越來越廣泛。但該項技術(shù)必須有特殊的冷凍超薄切片機,且技術(shù)難度較高。
對照實驗
為了證實免疫標記結(jié)果的特異性,必須同時進行對照實驗。在抗體的特異性無問題的前提下,對照實驗有以下幾種:
用未經(jīng)免疫的同種動物正常血清代替抗體,結(jié)果應(yīng)為陰性。不加一抗,結(jié)果應(yīng)為陰性。 用不含有靶抗原的標本進行免疫標記,結(jié)果應(yīng)為陰性。 對肯定含有靶抗原的標本進行免疫標記,結(jié)果應(yīng)為陽性。
結(jié)果的觀察和解析
在電鏡下觀察免疫標記的結(jié)果,通過標記物(膠體金、鐵蛋白或酶底物)顯示免疫反應(yīng)部位以定位抗原的存在位置,注意區(qū)分特異性標記和背景的非特異性標記,進行正確的結(jié)果分析。

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