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细胞死亡、增殖与代谢活力的染色原理与方法

在药物暴露、营养受限、氧化应激、炎症/免疫效应以及机械或渗透压扰动等条件下,细胞群体常同时发生存活比例下降、死亡途径改变与细胞周期动力学重塑。需要注意的是,“代谢活力”“细胞数”和“增殖推进”在生物学含义与实验读出层面并不等价,因此建议以膜事件(PS外翻与膜完整性)、DNA合成事件(EdU掺入)与代谢还原事件(四唑盐/TTC显色)为三条相对独立的主线并行检测并相互校验,以获得更可解释的细胞状态定量结果。

一、细胞凋亡与活死染色

细胞在药物处理、营养缺乏、氧化应激、免疫攻击等条件下会发生凋亡或坏死,因此对细胞死亡类型与存活比例的判定是细胞生物学、肿瘤与药效评价、毒理筛选及培养质量控制中的基础环节。该类染色体系通常围绕两条典型生物学事件建立:一是凋亡早期细胞膜磷脂酰丝氨酸(PS)外翻,可被Annexin V识别;二是细胞膜完整性受损后核酸染料(如PI、7-AAD、DAPI)进入细胞并与DNA结合,从而指示晚期凋亡/坏死细胞。通过与流式细胞术或荧光显微成像配套使用,可实现活细胞与死细胞的快速区分,并对凋亡进程进行基本分型。

【原理】

(1)凋亡早期发生细胞膜磷脂不对称性破坏,磷脂酰丝氨酸(PS)由胞质侧外翻至胞外侧;Annexin V在Ca²⁺依赖条件下与外翻PS结合,从而对早期凋亡相关膜事件进行标记。

(2)随凋亡进程推进或发生坏死,细胞膜屏障功能下降,PI、7-AAD、DAPI等核酸结合染料可进入细胞并与核酸结合产生荧光信号,用于指示膜完整性受损状态。

(3)对Annexin V信号与膜完整性染料信号进行联合分析,可将细胞群体区分为存活、早期凋亡、晚期凋亡/继发性坏死及原发性坏死(或重度膜损伤)等亚群,实现死亡过程的分型判读。

(4)该检测框架适配流式细胞术与荧光显微成像平台,可实现单细胞层面的比例统计、分型分析及空间分布观察。

【优点】

(1)相较单一死活染色,该组合可提供凋亡进程分层信息,提升死亡类型判定与处理效应解释的分辨能力。

(2)具备单细胞分辨率,可用于异质性样本的群体结构解析及多处理条件下的定量比较。

(3)方法学成熟,实验重复性与跨批可比性较高,并可通过多种荧光通道配置适配多色实验设计。

(4)适用范围覆盖药效评价、毒理筛选、免疫细胞杀伤评估以及细胞培养质量控制等应用场景。

【局限与注意】

(1)样本收集与操作扰动可引入非特异性膜损伤,从而导致膜完整性染料信号升高并影响分型边界,需严格控制收样强度与离心条件。

(2)Annexin V与PS的结合对Ca²⁺环境敏感;缓冲体系离子组成不当或螯合剂残留可能导致信号减弱或漂移。

(3)膜完整性染料读出具有时间依赖性;染色后检测延迟可能造成亚群比例系统性偏移,需标准化染色—检测时间窗。

(4)Annexin V阳性反映PS外翻这一膜事件,并不等同于不可逆死亡结局;机制推断应结合时间梯度与其他功能/结构指标进行综合判读。

【阿拉丁相关产品】

货号

名称

级别和纯度

应用

A1372406

7-AAD 活性染色液

无菌过滤, 适用于免疫荧光(IF), BioReagent, 即用型, 生物染色剂, 适用于荧光分析, 生物染料级, 用于显微镜, 用于细胞培养, 无菌, 0.1 mg/mL, 2.5μL/test

细胞活性/死活染色;流式细胞术或荧光显微成像用于排除死细胞;与Annexin V联合用于细胞凋亡分析

A1492198

AO/PI双染试剂盒

适用于免疫荧光(IF),BioReagent,生物染色剂,用于显微镜,适用于荧光分析,用于细胞培养

细胞活性/死活双染;荧光显微观察细胞状态;细胞毒性评估与培养质量监测

rp225998

Annexin V-AF350

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测(Annexin V结合PS外翻);荧光显微/流式凋亡分析(AF350通道)

rp225999

Annexin V-AF405

适用于免疫荧光(IF), BioReagent, 适用于微生物学, 生物染色剂, 5 μL/test

早期凋亡检测;荧光显微/流式凋亡分析(AF405通道)

rp226057

Annexin V-AF488

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;荧光显微/流式凋亡分析(FITC/488通道)

A1456536

Annexin V-AF488/7-AAD 细胞凋亡检测试剂盒

适用于免疫荧光(IF),BioReagent,生物染色剂,用于显微镜,即用型

细胞凋亡分型(早期/晚期凋亡与坏死区分);流式或荧光显微双染分析(Annexin V + 7-AAD)

rp226001

Annexin V-AF594

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;荧光显微/流式凋亡分析(AF594通道,适合多色实验)

rp226060

Annexin V-AF647

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;荧光显微/流式凋亡分析(AF647远红通道,适合多色实验)

A1456539

Annexin V-AF647/7-AAD 细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 即用型

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死);流式或荧光显微双染分析(远红Annexin V + 7-AAD)

rp226002

Annexin V-AF680

适用于免疫荧光(IF), BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 5 μL/test

早期凋亡检测;荧光显微/流式凋亡分析(AF680通道)

rp226003

Annexin V-AF750

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;荧光显微/流式凋亡分析(近红外/AF750通道)

rp226054

Annexin V-APC

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;流式/显微凋亡分析(APC通道)

A1456533

Annexin V-APC/7-AAD 细胞凋亡检测试剂盒

生物活性, 即用型, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于荧光分析

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死);流式或荧光显微双染分析(APC + 7-AAD)

A1456534

Annexin V-APC/DAPI 细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 即用型

细胞凋亡分型(结合膜完整性染色);流式或显微多色凋亡分析(APC + DAPI)

A1372287

Annexin V-APC/PI 细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF)

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死);流式或荧光显微双染分析(APC + PI)

rp226056

Annexin V-Biotin

适用于免疫荧光(IF), BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 5 μL/test

早期凋亡检测;与链霉亲和素荧光/酶标体系结合用于放大信号与多平台检测

A1373480

Annexin V-Biotin/PI细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 即用型

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死);生物素-链霉亲和素体系结合PI用于流式/显微分析

rp226006

Annexin V-Cy5

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;荧光显微/流式凋亡分析(Cy5远红通道)

rp226053

Annexin V-FITC

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;流式/荧光显微凋亡分析(FITC通道)

A1456530

Annexin V-FITC/7-AAD 细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 即用型

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死);流式或荧光显微双染分析(FITC + 7-AAD)

A1372286

Annexin V-FITC/PI细胞凋亡检测试剂盒

适用于免疫荧光(IF), BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死);流式或荧光显微双染分析(FITC + PI)

rp226055

Annexin V-PE

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;流式/显微凋亡分析(PE通道,多色兼容)

rp226058

Annexin V-PE-Cy5

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;流式多色凋亡分析(PE-Cy5通道)

A1456540

Annexin V-PE-Cy5/DAPI细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 即用型

细胞凋亡分型(结合核酸染料区分膜完整性);流式/显微多色分析(PE-Cy5 + DAPI)

rp226059

Annexin V-PE-Cy7

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 5 μL/test

早期凋亡检测;流式多色凋亡分析(PE-Cy7通道)

A1456541

Annexin V-PE-Cy7/ DAPI细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 即用型

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死区分);流式/显微多色分析(PE-Cy7 + DAPI)

A1456542

Annexin V-PE-Cy7/7-AAD 细胞凋亡检测试剂盒

适用于免疫荧光(IF),BioReagent,生物染色剂,用于显微镜,即用型

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死);流式/显微双染分析(PE-Cy7 + 7-AAD)

A1372402

Annexin V-PE/7-AAD 细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于免疫荧光(IF), 即用型

细胞凋亡分型(早期/晚期/坏死);流式/显微双染分析(PE + 7-AAD)

rp226004

Annexin V-Pacific Blue

适用于免疫荧光(IF), BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 5 μL/test

早期凋亡检测;流式/显微凋亡分析(Pacific Blue通道)

H1492197

Hoechst 33258/PI细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent,生物染色剂,用于显微镜,即用型

细胞凋亡与核形态观察;Hoechst标记细胞核+PI标记膜受损细胞;荧光显微凋亡分型

H1373483

Hoechst 33342/PI细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent,生物染色剂,用于显微镜,即用型

细胞凋亡与核形态观察;活细胞核染(Hoechst 33342)结合PI区分死细胞;荧光显微分析

N774841

中性红染色液 (活细胞专用)

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 无菌

活细胞溶酶体/胞内摄取染色;细胞活性与细胞毒性评估(Neutral Red Uptake, NRU);培养状态监测

P1373478

细胞周期与细胞凋亡检测试剂盒

BioReagent, 用于显微镜, 生物染色剂, 适用于免疫荧光(IF), 适用于荧光分析, 用于细胞培养, 即用型, for DNA and RNA applications, 无菌过滤

细胞周期分析(DNA含量定量);细胞凋亡检测与亚G1峰分析;流式细胞术/荧光显微用于DNA/RNA相关检测与细胞增殖评估

二、细胞增殖检测(EdU)

细胞增殖水平是评估细胞生长状态、药物/基因处理效应以及细胞周期变化的基础指标。EdU法以“新生DNA合成”为切入点:EdU在细胞进入S期时掺入复制中的DNA,随后通过点击化学反应将荧光基团高效、特异地连接到掺入位点,实现对增殖细胞的直观标记与定量分析。该体系通常与荧光显微成像或荧光分析平台配套使用,并可提供不同荧光通道版本,便于与免疫荧光等多色实验进行组合与信号分离。

【原理】

(1)EdU为胸苷类似物,可在DNA复制期(S期)被掺入新合成DNA链,从而对DNA合成事件进行直接标记。

(2)通过生物正交点击化学反应,可将荧光基团高效、特异地连接至EdU掺入位点,实现增殖细胞的荧光可视化与定量检测。

(3)EdU阳性细胞比例用于表征在既定脉冲标记窗口内发生DNA合成的细胞占比;信号强度分布可用于反映DNA合成活跃度的差异。

(4)与DNA含量染色联合可将EdU信号置于细胞周期背景中进行解析,辅助识别周期阻滞位置与复制压力相关表型。

【优点】

(1)读出直接对应DNA合成事件,较代谢型指标更接近“增殖推进”这一核心过程,利于区分增殖抑制与死亡增加对总体细胞量变化的贡献。

(2)适配荧光显微与流式平台,可在单细胞层面实现定量,并可获得空间分布信息以支持形态学与定位分析。

(3)可提供多通道荧光版本,便于与免疫荧光或其他标记体系进行信号分离与多色面板组合。

(4)在药效筛选、基因功能研究、细胞周期调控与复制压力研究中具有良好通用性。

【局限与注意】

(1)通常需要固定与通透化步骤以完成点击化学反应;与依赖活细胞膜事件的检测整合时,流程耦合可能降低结果可解释性,实践中常采用平行样本设计。

(2)脉冲标记时间决定指标的统计含义;不同时间窗对应“瞬时S期占比”与“累积复制事件”的不同解读,需在实验设计中明确定义并保持一致。

(3)多色检测存在光谱串扰风险;需配置单染对照并实施补偿(流式)或滤光片与曝光参数匹配(成像),以稳定阳性阈值。

(4)处理条件可能引发S期累积、复制叉停滞或DNA损伤响应,导致EdU模式改变;应结合周期结构与死亡分型进行联合解释,避免将复制压力表型简化为“增殖增强/降低”。

【阿拉丁相关产品】

货号

名称

级别和纯度

应用

E1456506

EdU细胞增殖检测试剂盒 (6-FAM)

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于荧光分析

细胞增殖检测(DNA合成/S期标记,EdU掺入法);荧光显微成像定量增殖细胞比例;用于药物/基因处理后的增殖变化评估与细胞周期相关研究

E1373491

EdU细胞增殖检测试剂盒 (AF488)

生物活性, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于荧光分析

细胞增殖检测(EdU标记新生DNA,S期细胞识别);荧光显微与荧光分析平台的增殖定量;肿瘤细胞生长研究、药效筛选与细胞活力/增殖表型评估

E1373493

EdU细胞增殖检测试剂盒(AF647)

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 适用于荧光分析

细胞增殖检测(EdU掺入新合成DNA);远红通道成像/检测,便于多色实验面板设计;组织切片或细胞爬片的增殖成像与处理组对比分析

三、代谢/酶活性显色

代谢/酶活性显色是一类基于细胞或组织内还原酶体系(尤其是脱氢酶活性)进行“活性指示”的检测方法。TTC常用于组织水平的活性判读,通过被活性细胞还原生成有色产物,实现存活组织与缺血坏死区域的对比显示;水溶性四唑盐则更多用于细胞水平的代谢/活力定量,依赖细胞代谢还原生成可溶性显色产物,便于微孔板读数与高通量筛选。该类方法操作相对直观、适配性强,常用于细胞活力/增殖评估、细胞毒性比较,以及缺血损伤等模型中的活性与损伤范围判定。

【原理】

(1)细胞内脱氢酶等还原酶体系可将四唑盐类底物还原为有色产物;该读出反映细胞群体在给定时间内的代谢还原能力综合水平。

(2)水溶性四唑盐体系生成可溶性显色产物,适用于微孔板读数平台,实现细胞活力/毒性与处理效应的高通量定量比较。

(3)TTC常用于组织切片层面,通过代谢活跃组织对TTC的还原反应产生颜色差异,从而对存活区域与坏死/梗死区域进行对比判读与范围评估。

(4)该类信号受线粒体功能、糖酵解通量、还原当量供给、细胞密度及培养条件等多因素共同影响,本质上属于代谢表型的综合输出指标。

【优点】

(1)通量与效率较高,适用于浓度梯度、时间梯度与大规模条件筛选,并便于开展动力学监测。

(2)流程易于标准化,具备较好的批内一致性与统计学可用性,适合进行处理组间定量比较。

(3)可对早期功能性代谢抑制较为敏感,有助于在显著结构性死亡发生前捕捉应激或代谢通路受抑信号。

(4)在组织模型中(TTC)具有直观的空间对比优势,可用于损伤范围或坏死区域的可视化评估。

【局限与注意】

(1)代谢显色读出不等同于细胞数或存活比例;代谢重编程可导致信号变化而死亡分型改变有限,建议与凋亡/增殖读出并行以增强可解释性。

(2)处理物的颜色、浑浊度、吸光特性或化学还原性可能对读数产生系统性干扰;应设置“处理物+培养基无细胞校正孔”并进行背景扣除。

(3)孵育时间需控制在线性区间;过长可能导致信号饱和,过短则信噪不足,宜通过预实验确定最佳读数窗口。

(4)铺板均一性与边缘孔蒸发效应会显著放大孔间方差;建议优化板位布局、增加重复并严格规范操作流程以降低系统误差。

【阿拉丁相关产品】

货号

名称

CAS号

级别和纯度

应用

T774567

TTC染色液(1%)

298-96-4

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 1%

组织活性/缺血坏死评估(TTC还原反应):常用于心肌/脑组织切片区分存活与梗死区域;线粒体脱氢酶活性指示与坏死范围测定;动物模型缺血再灌注损伤评估

T774574

TTC染色液 (2%)

298-96-4

BioReagent, 生物染色剂, 用于显微镜, 2%

TTC组织活性染色(较高浓度版本);用于梗死灶/坏死区域与存活组织对比显示;心肌/脑梗死模型的病灶面积测量与组织活性评估

W113060

水溶性四唑鎓-11

 

生物染色剂, 生化试剂

水溶性四唑盐活性/代谢检测底物;细胞脱氢酶活性指示用于细胞活力/增殖比色测定;适配96孔板等高通量筛选(生成可溶性甲瓒产物便于读数)

S191272

水溶性四氮唑-3, Biological stain,生化试剂级

161617-45-4

生物染色剂, 生化试剂

水溶性四唑盐(WST类)用于细胞活力/毒性与增殖检测;基于代谢还原生成可溶性甲瓒进行比色定量;适用于药物筛选与细胞功能评估

W113063

水溶性四氮唑-5

178925-55-8

生物染色剂, 生化试剂

水溶性四唑盐(WST类)细胞活力/代谢检测底物;细胞毒性与增殖的比色定量;适用于高通量实验与动力学监测(可溶性产物读数便捷)

细胞功能检测技术正朝着多参数整合、高灵敏度、高通量的方向发展。凋亡检测已从单纯的表型区分深入到分子机制层面,结合半胱天冬酶活性检测、凋亡信号通路分析等,为疾病机制研究提供更精准的工具;增殖检测与流式细胞术、单细胞测序技术联用,实现增殖细胞的基因表达特征分析;代谢活性检测则与纳米技术、影像学技术结合,开发出活体水平的无创检测方法,为临床疗效评价开辟新路径。这些技术的持续革新,将进一步推动生命科学基础研究与临床转化应用的深度融合。​

 

阿拉丁:https://www.aladdin-e.com/

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引用本文

阿拉丁科学.《细胞死亡、增殖与代谢活力的染色原理与方法》. 阿拉丁知识库,更新于 2025年12月22日。 https://www.aladdin-e.com/zh_cn/faqs/staining-principles-and-methods-for-cell-death-proliferation-and-metabolic-viability.html
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