流式细胞周期分析粘连体排除

来源:DNA Lab Space 实验教程 | 编译:DNA Lab Space

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做流式细胞周期分析,最烦的不是PI染色染不好,而是你盯着FSC/SSC散点图看了半天,觉得细胞乖乖的,结果一分析周期拟合,G2/M期高得离谱,G1峰拖尾严重,CV值飙到8以上。你心里清楚,这数据没法看。大概率不是细胞状态问题,而是粘连体(doublets)在捣乱。

粘连体就是两个细胞黏在一起没分开,在PI荧光信号上,它的强度正好是单个G1期细胞的两倍,完美伪装成G2/M期细胞。这群“假G2”能把你的周期比例搅得天翻地覆。本文从低级错误到进阶疑难,一次性讲清粘连体排除的完整路径。

教程配图2:流式细胞周期分析粘连体排除 排查流程示意
▲ 教程配图2:流式细胞周期分析粘连体排除 排查流程示意

第一步:快速排查低级错误

新手在这步最容易栽跟头,先别急着调机器,检查下面几件事。

1. 细胞过滤了吗? 上机前没用40 μm或者70 μm的滤网过滤,细胞团块直接堵住液流,粘连体比例直接飙升。解决:染色后上机前,用40 μm滤网过滤到上样管,一步到位。

2. 乙醇固定加太快了? 边涡旋边逐滴加入预冷的70%乙醇,这是铁律。你如果一次性倒进去,细胞瞬间皱缩、互相缠绕,裂解后全是粘连体。解决:用1 mL枪头,一滴一滴加,全程涡旋。

3. 上样速度拉满了? 高速上样会让细胞排队通过激光检测区时,两个细胞几乎同时被激发,仪器误判为一个大事件。解决:把上样速度调到低速或中低速,每秒事件数控制在1000-10000个以内,别贪快。

4. 染色后洗过了吗? PI染色完,直接上机不洗?游离的PI在溶液中发出强荧光,背景一高,粘连体圈门就更加看不清了。解决:染色后用PBS洗一次,17000 rpm离心4分钟,弃上清,重悬后再上机。

第二步:分维度系统排查

低级错误排除了,粘连体还在。下面按实验流程一步步查,每一步都给了判断标准,对着做就行。

1. 第一步:先看FSC-H vs FSC-A散点图,这是排除粘连体的核心动作。

现象描述:你不做这个门,直接去分析PI直方图,G2/M峰出现肩峰或宽峰,CV值大于6。为什么?FSC-A(面积)和FSC-H(高度)在单个细胞上基本呈线性关系,但两个细胞粘连在一起时,它们的面积几乎翻倍,而高度只取决于较大那个细胞的高度,所以会偏离对角线。

原理说明:FSC信号与细胞大小相关,面积是细胞通过激光束时散射光积分,高度是峰值。粘连体的面积/高度比值远高于单个细胞。

解决步骤:

1. 在FlowJo或NovoExpress中新建散点图,X轴FSC-A,Y轴FSC-H。

2. 选中主细胞群,画矩形门圈出对角线上的密集信号,偏离对角的尾部删掉。

3. 如果门画不准,先把图切换成密度图或等高线图,能看到对角线的真实走向。

验证方法:把门内细胞拉出来看PI直方图,G2/M峰的CV值如果降到了4以下,说明排除有效。旧版软件也有FSC-A vs FSC-W(宽度)的门,原理类似,宽度对粘连体更敏感,但FSC-H更常用。

教程配图3:流式细胞周期分析粘连体排除 排查流程示意
▲ 教程配图3:流式细胞周期分析粘连体排除 排查流程示意

2. 第二步:看FL2-A vs FL2-W散点图,做荧光信号层面的二次把关。

现象描述:FSC门做了,但G2/M峰还是偏宽,拟合后比例依然虚高。原因在于,有些粘连体大小和单个细胞差不多,FSC根本区分不了,需要从PI荧光通道下手。

原理说明:PI是嵌入DNA双链的荧光染料,FL2-A是荧光积分(DNA总量),FL2-W是荧光脉冲宽度(信号持续时间)。两个G1期细胞紧密排列,它们的荧光宽度和单个G2期细胞差不多,但面积是G1的两倍,所以在FL2-A vs FL2-W图上会偏离单细胞对角线。

解决步骤:

1. 在前一步圈出的单细胞门内,新建散点图,X轴FL2-A,Y轴FL2-W。

2. 圈出对角线上的群,这是真正的单细胞群。远离对角线的点(通常是偏下方的)就是粘连体,直接排除。

3. 如果FL2-W信号没有或很弱,检查一下仪器的荧光脉冲处理是否开启,这个参数很多时候需要手动调出来。

验证方法:圈门后的PI直方图G1峰CV值应小于3-5,G2/M峰(4n位置)应和G1峰(2n位置)对称分布,2n峰高约为4n峰的2倍。如果4n峰明显变胖,说明还有粘连体漏网。

3. 第三步:PI染色浓度不够,或者染色时间太短。

现象描述:染色后马上上机,粘连体排除了但直方图全挤在左边,G1峰和G2/M峰分不开。怎么判断?PI是嵌入性染料,不像抗体染色半小时就饱和,它渗透进细胞核需要时间。

原理说明:PI不能穿透活细胞膜,需要配合RNase处理破坏RNA,并且充分孵育才能让PI与DNA完全结合。染色不足时,DNA结合PI量不稳定,直方图CV值变大,峰形变宽,和粘连体的区分度下降。

解决步骤:

1. 用含0.1% Triton X-100的PBS配制PI染色液,终浓度50 μg/mL,RNase A终浓度100 μg/mL。

2. 每个样本加500 μL染色液,重悬细胞,37°C孵育30分钟。别偷懒缩短时间,30分钟以内数据不稳定。

3. 孵育后直接上机,不需要洗掉PI(PI会从细胞核漏出,洗反而导致信号下降)。

验证方法:看直方图G1峰与G2/M峰的比值——如果G2/M峰高度或面积异常高(超过G1的一半),大概率不是真实周期分布,先回来查粘连体门。

4. 第四步:细胞浓度太高,拥挤造成的假性粘连。

现象描述:FL2-A vs FL2-W图上,对角线末端翘起一条密集的尾巴。你以为是粘连体,其实可能是细胞浓度太高,仪器进样时两个细胞间距过近,激光检测区同时被两个细胞填满。

原理说明:细胞悬液浓度超过1×10⁶/mL时,细胞间距变小,成对通过的概率显著增加。上样时液流速度又高,粘连体的检出率呈指数级上升。

解决步骤:

1. 计数后把细胞浓度调到0.5-1×10⁶/mL,用PBS稀释。

2. 上样速度控制在低速(每秒约2000-4000个事件),高速上样产生的双事件很难用后处理完全补救。

3. 如果样本量有限,别硬着头皮上机——宁可少记几个细胞,也别让数据带病。

验证方法:记录20000个目标门内事件,粘连体门比例如果在FSC二维图中超过5%,回头查浓度和上样速度。正常培养细胞,操作到位后粘连体比例通常在2%以下。

第三步:进阶疑难问题

以上都排查了,仍然有异常情况,看下面几个特殊情况。

1. 细胞固定后团聚无法吹散。

现象:乙醇固定后的细胞,PBS洗涤后一管白絮状物,枪头吹打也难分散。原因:没有充分涡旋混匀就开始离心,细胞成团后互相粘连,单细胞悬液彻底破坏。

解决:固定后离心前先涡旋5-10秒,离心后弃上清,用少量PBS先重悬(枪头轻柔吹打20次),再补足体积。如果已经形成了可见絮状物,建议直接放弃这管样本,重新固定——硬救回来的数据可信度太低。

2. 使用SSC代替FSC做粘连体门?

有些流式仪器FSC-H信号灵敏度不够,或者细胞太小(如淋巴细胞),FSC-A vs FSC-H对角线挤成一团。这时可以用SSC-A vs SSC-H——SSC反映细胞内部颗粒度,与细胞核大小及颗粒结构相关,在PI染色后,SSC的分辨能力往往比FSC更好。操作方式完全一样:SSC-A为X轴,SSC-H为Y轴,圈对角线。

3. 凋亡细胞碎片干扰粘连体排除。

凋亡细胞的DNA片段化,核碎片在FSC图上处于主细胞群下方,形成“碎片斜坡”。这些碎片有时会和对角线尾端混在一起,被误判为粘连体。

解决思路:先圈P1排除碎片(FSC-A阈值提高),再做FSC-A/FSC-H的粘连体排除。阈值就调到主细胞群左侧,把碎片全部滤掉,别觉得丢细胞可惜——碎片本来就不该进周期分析。

避坑总结+实操建议

1. 粘连体排除必须做两步门控:先FSC-A/FSC-H,再FL2-A/FL2-W,两步缺一不可。单做FSC标记会漏掉大小相似的粘连体,单做FL2标记又无法排除碎片干扰。

2. 门控顺序不能乱:先排除碎片和死细胞,再排除粘连体,最后分析PI直方图。顺序反了,粘连体比例会稀释掉真实周期的信号。

3. 上样速度永远低一点:1000-10000个事件/秒,能低速就不中速。你记录20000个细胞,低速也就多花两三分钟,但数据质量天差地别。

日常好习惯:每次上机前,用标准微球跑一遍,检查FSC-H和FSC-W的脉冲信号是否正常,防止机器失准;试剂准备区常备一瓶预冷的70%乙醇,固定前直接用,别用室温乙醇——固定速度不够,粘连体比例会显著升高。

如果你做的是细胞周期+增殖相关的课题,可能还需要优化实验设计。比如用PI/RNase染色试剂盒搭配流式凋亡检测时,样本处理有交叉影响。你现在可以去Check-seq平台看看蛋白表达或可溶性分析的模块,提前评估细胞系状态对后续实验的影响。对于周期实验前需要构建稳定细胞系的情况,分子生物学分析工具的引物设计功能也能帮上忙。选对实验起点,后面能少跑好几天的冤枉路。

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