原位杂交组织化学技术

在组织细胞原位进行的核酸分子杂交技术

原位杂交组织化学技术(in situ hybridization histochemistry；ISHH) 简称原位杂交，是一种在组织细胞原位进行的核酸分子杂交技术，敏感度高，特异性强，是当前分子生物学研究的重要手段。

技术原理

原位杂交技术是在一定的温度和离子浓度下，使具有特异序列的单链探针通过碱基互补规则与组织细胞内待测的核酸复性结合而使得组织细胞中的特异性核酸得到定位，并通过探针上所标记的检测系统将其在核酸的原有位置上显示出来。

经特定标记的核苷酸链为探针，可与组织切片、细胞或染色体标本中的待检DNA片段或mRNA进行杂交，然后显示标记物，从而分析待检核酸的分布和含量。利用此项技术可研究各种基因在染色体上的定位，编码某种蛋白质的mRNA在胞质中的表达。

核酸探针的应用

探针的分类

1.按所带标记物，探针可分为同位素标记探针和非同位素标记探针两大类。目前，大多数放射性标记法是通过酶促反应将标记的基因掺入DNA中，常用的同位素标记物有3H、35S和32P。同位素标记物虽然有灵敏性高，背景较为清晰等优点，但是由于放射性同位素对人和环境均会造成伤害，近来有被非同位素取代的趋势。非同位素标记物中目前最常用的有生物素、地高辛和荧光素三种。

2.按核酸不同性质，探针又可分为DNA探针、cDNA探针、cRNA探针和合成寡核苷酸探针。cDNA探针又可分为双链cDNA探针和单链cDNA探针。

探针的选择

根据不同的杂交实验要求，应选择不同的核酸探针。在大多数情况下，可以选择克隆的DNA或cDNA双链探针。但是在有些情况下，必须选用其它类型的探针如寡核苷酸探针和RNA探针。例如，在检测靶序列上的单个碱基改变时应选用寡核苷酸探针，在检测单链靶序列时应选用与其互补的DNA单链探针、RNA探针或寡核苷酸探针。

长的双链DNA探针特异性较强，适宜检测复杂的靶核苷酸序列和病原体，但不适宜于组织原位杂交，因为它不易透过细胞膜进入胞内或核内。

探针的标记

在选择探针类型的同时，还需要选择标记方法。探针的标记方法很多，选择什么标记方法主要视个人的习惯和可利用条件而定。但在选择标记方法时，还应考虑实验的要求，如灵敏度和显示方法等。一般认为放射性探针比非放射性探针的灵敏度高。

原位杂交技术

原位杂交技术方法大致可分为：1.杂交前准备，包括固定、取材、玻片和组织的处理，如何增强核酸探针的穿透性、减低背景染色等；2.杂交；3.杂交后处理；4.显示（visualization）：包括放射性自显影和非放射性标记的显色。

固定

原位杂交组织化学技术在固定剂的应用和选择上应兼顾到三个方面：保持细胞结构，最大限度地保持细胞内DNA或RNA的水平；使探针易于进入细胞或组织。DNA是比较稳定的，mRNA是相对稳定的但易为酶合成和降解。RNA却绝然不同，非常容易被降解。

因此，对于DNA的定位来说，固定剂的种类和浓度并不十分重要。相反，在RNA的定位上，如果要使RNA的降解减少到最低限度，那么，不仅固定剂的种类浓度和固定的时间十分重要，而且取材后应尽快予以冷冻或固定。

处理

1．玻片的处理

玻片包括盖片和载片应用热肥皂刷洗，自来水清洗干净后，置于清洁液中浸泡24h，清水洗净烘干，95%酒精中浸泡24h后蒸馏水冲洗、烘干，烘箱温度最好在150℃或以上过夜以去除任何RNA酶。由于ISHH的实验周期长，实验程序繁杂，因此，要应用粘附剂预先涂抹在玻片上，干燥后待切片时应用，以保证在整个实验过程中切片不致脱落。常用的粘附剂有铬矾-明胶液，多聚赖氨酸液。

2．增强组织的通透性和核酸探针的穿透性

此步骤根据应用固定剂的种类、组织的种类、切片的厚度和核酸探针的长度而定。比如用戊二醛固定的组织由于其与蛋白质产生广泛的交叉连接就需要应用较强的增强组织通透性的试剂。增强组织通透性常用的方法如应用稀释的酸洗涤、去垢剂（detergent）或称清洗剂Triton X-100、酒精或某些消化酶如胃蛋白酶、胰蛋白酶、胶原蛋白酶和淀粉酶（diastase）等。

这种广泛的去蛋白作用无疑可增强组织的通透性和核酸探针的穿透性，提高杂交信号，但同时也会减低RNA的保存最和影响组织结构的形态，因此，在用量及孵育时间上应慎为掌握。

3．减低背景染色

在原位杂交实验程序中，如何减低背景染色是一个重要的问题。ISHH中背景染色的形成是诸多因素造成的。杂交后（Posthybridization）的酶处理和杂交后的洗涤均有助于减低背景染色。

预杂交（Prehybridization）是减低背景染色的一种有效手段。预杂交液和杂交液的区别在于前者不含探针和硫酸葡聚糖（Dextran sulphate）。将组织切片浸入预杂交液中可达到封闭非特异性杂交点的目的，从而减低背景染色。

4．防止RNA酶的污染

由于在手指皮肤及实验用玻璃器皿上均可能含有RNA酶，为防止其污染影响实验结果，在整个杂交前处理过程都需戴消毒手套。所有实验用玻璃器皿及镊子都应于实验前一日置高温（240℃）烘烤以达到消除RNA酶的目的。要破坏RNA酶，其最低温度必须在150℃左右。杂交前及杂交时所应用的溶液均需经高压消毒处理。

杂交

在ISHH，整个实验周期是比较长的，实验程序也比较繁杂，而杂交在ISHH整个实验中可被认为是“短兵相接”的一步。杂交前的一切准备工作如增加组织通透性都是为了在杂交这一步骤中核酸探针能进入细胞或组织与其内的靶核苷酸相结合。因此，杂交是ISHH中关键的而且是最重要的一个环节。

杂交是将杂交液滴于切片组织上，加盖硅化的盖玻片，防止孵育过程中的高温（50℃左右）导致杂交液的蒸发。为保证杂交所需的湿润环境，可将其放在盛有少量5×SSC或2×SSC（standard saline citrate, SSC）溶液的硬塑料盒中进行孵育。杂交液的成分和预杂交液基本相同，所不同的是加入了标记的核酸探针和硫酸葡聚糖。

杂交后处理

（post hybridisation treatment）

杂交后处理包括系列不同浓度，不同温度的盐溶液的漂洗。通过杂交后的洗涤有效地减低背景染色，获得较好的反差效果。

显示

根据核酸探针标记物的种类分别进行放射自显影或利用酶检测系统进行不同显色处理。细胞或组织的原位杂交切片在显示后均可进行半定量的测定，如放射自显影可利用人工或计算机辅助的图象分析检测仪（computer-assisted image analysis）检测银粒的数量和分布的差异。非放射性核酸探针杂交的细胞或组织可利用酶检测系统显色，然后利用显微分光光度计或图像分析仪对不同类型和数量的核酸的显色强度进行检测。

判断

和其它实验方法一样，必须同时设对照试验以证明其实验结果特异性。对照试验的设置须根据核酸探针和靶核苷酸的种类和现有的可能条件去选定。

ISHH的最大优点是它的高度特异性，它可测定组织、培养的单个细胞或细胞提取物中的核苷酸含量。应用高敏感度的放射性标记cRNA探针在理想的ISHH的实验条件下检测mRNA，其敏感度可达到20个mRNA拷贝/每个细胞。由于双链DNA的稳定性，在用ISHH定位DNA时很少发生丢失，降解，其敏感性高到能够显示在染色体铺片上，有时甚至在组织切片上的单个基因拷贝。

正因为如此，对ISHH结果的解释应持慎重态度，特别是前人未报告过的新发现。

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