新手带教|PI/RNase 流式分析细胞周期

学习温和固定、去乙醇、线性DNA采集、排除双联体,以及G1/S/G2-M直方图的正确读法。

01本篇适用条件

本篇用固定细胞DNA含量评估细胞周期,适合普通已建立非感染性贴壁细胞,染料指定为即用型FxCycle PI/RNase staining solution。建议未处理对照和至少3份独立培养重复。不能把即用染液体积套给自配PI/RNase;细胞聚团、核糖核酸残留、固定不完全和双联体都会改变直方图。此读数不能区分G0与G1,也不能区分G2与有丝分裂期。

02实验原理

PI结合核酸后荧光强度近似反映DNA量。RNase处理用于减少RNA带来的额外染色。单细胞通常在G0/G1形成2C峰、S期形成连续分布,G2/M形成约双倍荧光峰。DNA含量须用线性放大;先以面积-高度/宽度关系排除双联体,否则两个2C细胞可能伪装成一个4C事件。

03安全与适用范围

PI按核酸染料及机构规定防护和收集。乙醇易燃,远离明火;固定细胞不代表可以任意排放或取消生物安全规程。流式采集需经过平台培训,离心管对称配平。固定剂及废液按各自SDS处置。

04材料与仪器

  • 普通贴壁细胞、冷PBS、无水乙醇、即用FxCycle PI/RNase staining solution。
  • 15 mL管、流式管、P1000/P200、细胞刮刀或温和解离用品、细胞计数设备。
  • 可用488或532 nm激发、PI等效约585/42发射检测的流式仪;需DNA信号线性放大、脉冲面积+高度或宽度参数、事件时间图。
  • 经验证的转子、低速采集设置、仪器当天QC。参数不能替代本机SOP。

05配液与用量

项目教学起始量说明
每份细胞约1×10⁶个样本间细胞数尽量一致
70%乙醇固定液300 μL PBS+700 μL无水乙醇滴加到细胞中,最终约70% v/v
固定后洗涤每次约1 mL PBS至少两次起步,直到无明显乙醇气味/液体;以平台SOP为准
即用PI/RNase染液每1×10⁶固定细胞500 μL不稀释、不在染色后洗涤
染色室温避光30分钟指定体系允许15–30分钟

乙醇加入PBS细胞悬液而非反向把细胞直接倒入大量酒精,以降低结团风险。若不同固定体系,不能直接照搬本表。

06时间安排

阶段条件用时
收样和计数温和消化20–35分钟
逐滴固定预冷乙醇,混匀10分钟
固定−20°C至少2小时;可以按验证流程延长
PBS洗涤/重悬约300×g、5分钟作为起点20分钟
PI/RNase染色室温避光30分钟
流式采集和检查低流速起步30–60分钟

07开始前的准备

每组独立培养重复单独制备。每管约1×10⁶个细胞,管壁标记组别和固定时间。用绝对乙醇和PBS配最终70%乙醇,预冷至−20°C附近。先建立单细胞门和DNA-A/DNA-H参数,选择线性放大;荧光增益先让主要G1峰在显示范围约前1/3至中段,保证G2峰不溢出。这是显示范围的调节原则,不是固定电压。

仪器/参数本例设置如何调整与核对
冷离心机300×g、4°C、5分钟起点固定细胞可能更脆弱,以本机SOP校验
激发/检测488或532 nm;585/42或等效PI通道确认实际配置,固定细胞不混用凋亡染色流程
DNA放大Linear线性,DNA-A不采用对数DNA轴做相位面积积分
增益参考G1峰在量程前1/3到中段G2约双倍荧光不饱和;整批固定设置
单细胞门DNA-A对DNA-H/W,结合FSC排除双联体后再做周期;记录门
采集流体聚焦仪先低流速,目标20,000单细胞观察时间图;不同设备按平台已验证流速

08逐步操作

  1. 记录样本名称、独立培养编号和处理结束时刻;准备一管未处理基线对照,不要把技术重复当生物学重复。
  2. 标记流式管,预冷PBS和乙醇;离心机使用经验证的低速条件,配平管质量。
  3. 从培养皿收集贴壁细胞,用温和解离条件避免长时间胰酶处理;记录融合度和细胞状态。
  4. 约300×g、5分钟收集细胞,吸上清时留一点液面防止吸走松散沉淀。
  5. PBS轻柔重悬、再收集一次以清除血清。取少量计数,分装每组约1×10⁶细胞。
  6. 每管加入约300 μL PBS重悬,充分打散但不猛烈涡旋。结团会在固定后难以消除。
  7. 一边缓慢轻混,一边沿管壁逐滴加入700 μL预冷无水乙醇;不要一次倒入或把细胞加到乙醇底部。
    PI/RNase细胞周期固定至染色的教学流程。

    原创教学图解:PI/RNase细胞周期固定至染色的教学流程。

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  8. 盖紧,混匀后放−20°C至少2小时。记录固定起止时间;同一比较实验各组固定时长一致。
  9. 固定后低速离心约300×g、5分钟收集细胞,缓慢吸去乙醇上清。
  10. 加约1 mL PBS温柔重悬、离心洗涤;重复一次。若上清仍明显含乙醇,可按本平台规范追加洗涤。
  11. 最后用PBS重悬,轻轻通过细口枪头或过滤帽去除可见团块。不要丢弃大块团聚物后不记录,因为选择性损失会改变比例。
  12. 再次计数或按固定输入量分装。把样本浓度调整到各管相近,减少细胞数差异对采集的影响。
  13. 离心形成细胞沉淀,吸净PBS;每约1×10⁶细胞加入500 μL即用PI/RNase染液。
  14. 轻柔混匀,室温避光染30分钟。染后不洗,不要再加入第二种DNA染料混淆信号。
  15. 在仪器中选488/532 nm兼容激发和585/42或等效滤片,信号选线性DNA通道。先用稳定参考样本调整,使G1不贴边且G2峰仍在量程内。
  16. 低速采集起步,显示DNA-A对DNA-H(或DNA-W)关系,圈定双联体排除区;另看FSC/SSC完整细胞、事件时间稳定性。
    单细胞与双细胞聚集体如何影响DNA含量直方图。

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  17. 用单细胞DNA-A直方图确认主要峰清楚,再采各样本。每样本以约20,000个门内单细胞为教学目标,必要时按精度要求增加。
  18. 统一单细胞门后,在平台验证的细胞周期软件中选择合适的DNA分布拟合模型(例如Watson或Dean–Jett–Fox),检查拟合与原始直方图的叠加和残差。记录模型、拟合质量、G0/G1、S、G2/M比例及排除事件;不要仅用手画三段矩形门替代重叠相位拟合。
  19. 每个独立培养重复分别导出直方图、峰位、相位比例、FCS、仪器设置及门控版本,再对生物学重复汇总。
  20. 按平台规程清洗流路并处理PI/乙醇废液;记录本次样本聚团、采集速率和任何偏离。

09结果判断与质控

示意数据为20,000个合格单细胞:G0/G1 11,000(55%)、S 6,000(30%)、G2/M 3,000(15%)。示意直方图中G1与G2位于任意线性通道50和100,不是仪器固定值。图和图注均标“教学模拟,非实验数据”。细胞系可能有非整倍体,故使用相对主峰而不宣称正常二倍体核型。

55%/30%/15%混合分布的概念教学图。通道为任意值;教学模拟,非实验数据。

原创教学图解:55%/30%/15%混合分布的概念教学图。通道为任意值;教学模拟,非实验数据。

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10实验记录模板

组别/生物学重复细胞数固定液比例/温度/时长洗涤次数PI染液量/时间激光/滤片DNA放大门内单细胞数G1/S/G2-M %
待填1×10⁶目标70%/−20°C/≥2h待填500 μL/30 min待填linear目标20,000待填

11常见问题与排错

直方图峰很宽

先看乙醇是否逐滴加入、固定前团块、固定时间差异、染色混匀、流速和双联体排除,再确认仪器QC。

G2峰荧光恰为G1两倍但比例异常

确认单细胞A/H门、峰是否重叠/饱和、细胞是否同步处理。不能靠挪相位边界把比例调成预期。

G2峰超出范围

降低荧光增益或调整检测范围,重新用参考样本采集整批;保存新的仪器设置并保持比较样本一致。

大量亚G1事件

可能有凋亡、碎片、固定问题或细胞破损。使用独立凋亡检测和显微检查验证,勿把亚G1直接报告为凋亡百分率。

12参考资料

  • Thermo Fisher, *FxCycle PI/RNase Staining Solution User Guide*, physical pp.3–4;即用染液、线性DNA信号、染后不洗及585/42等效检测。
  • 本站原创图解;模拟直方图注明“教学模拟,非实验数据”。完整参数边界见 beginner-source-review.md。
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做完最后一步,再核对原始记录。填写实际用量、起止时间与观察结果;遇到异常,先记录,再查看排错说明。