凝胶电泳技术在细胞领域的研究摘 要：凝胶电泳(英语：Gel electrophoresis)或称胶体电泳，是一大类技术，被科学 工作者用于分离不同物理性质(如大小、形状、等电点等)的分子其中在细胞领域的研究 中有一项新的技术，称为单细胞凝胶电泳技术因为其快速、敏感、简便、廉价的特点，常 使用它在单细胞水平上检测真核DNA损伤与修复本文就单细胞凝胶电泳技术的进展及应用 进行了综述关键词：凝胶电泳；单细胞；DNA损伤凝胶电泳技术在细胞研究领域中有一项方便快捷的技术称为单细胞凝胶电泳，又称彗星 实验它是一种在单细胞水平上检测DNA单、双链断裂和碱性不稳定位点的方法，具有敏感、 稳定、快速的优点近些年来，该方法广泛应用于DNA修复、遗传毒理、环境监测和细胞凋 亡的研究1. 概念与发现1.1 单细胞凝胶电泳(single cell gel electrophoresis， SCGE)又称彗星实验(comet assay), 是一种在单细胞水平上检测真核细胞DNA损伤与修复的方法SCGE具有快速、灵敏、廉 价等优点，逐渐被广发应用于毒理学、生物学、预防医学、临床诊断与治疗等领域SCGE是在核沉淀和光环测试等检测技术基础上演化而来。
1987年Rydberg等最先提出 单细胞损伤定量然而在中性条件下裂解和电泳只能检测双链DNA断片,不能测定单链断片， 而许多物质诱导的DNA单链断片数量比双链断片高5—2000倍1988年Singh等首次提出 碱性电泳技术，可检测出单链DNA断片，使SCGE敏感性大大提高2. 原理与发展2.1其原理是：包埋在琼脂糖凝胶中的细胞经裂解和解螺旋，使断裂的DNA碎片进入凝胶， 在电场的作用下，带负电的DNA断片向阳极迁移，形成彗星影像2.2随着SCGE技术的发展，其检测损伤的精确性在不断提高用单纯的SCGE技术所看到的 彗星图像，只能辨别嘁DNA损伤程度，但无法确定DNA断片是从哪条染色体上断裂下来的 于是SCGE与荧光原位杂交相结合，解决了这一问题为了进一步了解DNA碱基氧化损伤的 情况，在SCGE过程中加入了纯化的修复酶来识别损伤的嘧啶和嘌吟，扩大了 SCGE的检测范 围2.3彗星荧光原位杂交(comet-fish)是将彗星实验与荧光原位杂交技术相结合，把荧光标记 的与特异DNA序列杂交的DNA探针应用于彗星实验而得名该方法是将玻片上包埋于琼脂糖 中的细胞经裂解、变性、电泳、甲醇脱水后，与DNA探针杂交，再经过荧光染色，从而观察 探测部位的结构和变化。
包埋于琼脂糖中的细胞经裂解时细胞膜、核膜及其他膜结构受到破坏，胞内蛋白质、RNA 及其他成分均可进入凝胶而扩散至裂解液中，而核DNA分子量很高，不能进入凝胶，只能留 于原位DNA受损产生链断裂时，正常的DNA超螺旋结构变得松弛，DNA环向外延展，链缺 口暴露了阴电荷，高PH促使DNA在凝胶分子筛中向阳极移动，形成“彗星”状图像含DNA 链缺口越多，则进入尾部的DNA越多，表现为尾长和尾部的荧光强度增加未损伤细胞在电 泳中DNA仍停留于核中形成圆形荧光团因此，通过测定DNA迁移部分的光密度或迁移长度 可定量测定DNA损伤程度3. 试验方法SCGE可用DNA单链或双链断裂的检测,其方法的区别主要在于电泳条件的不同 双链断裂检测使用中性SCGE，单链断裂检测使用碱性SCGE下面以碱性即单链为例3.1单细胞悬液制备 需少量样品，细胞可来自细胞系或活体组织，但建议在磨砂玻片上进 行单层培养，然后原位诱导DNA损伤和进行SCGE3.2染毒方案 体内试验中可给动物以受试物取出后进行SCGE，体外实验可将受试物加至培 养中或包埋于琼脂中细胞染毒，直接检测DNA损伤或培养后检测DNA修复情况3.3结果评价 荧光染色后的标本应尽快在荧光显微镜下观察。
用目镜测微尺直接测定或显 微摄像后对负片进行分析，也可用计算机影像分析4. 应用4. 1 DNA损伤与修复SGGE可检测各种实验条件下的DNA损伤与修复，尤其是DNA切除修复 SCGE可用于DNA损伤、切除修复、合成、连接的单步骤各时点的观察4. 2遗传毒理学SCGE还可检测DNA切除修复缺陷与DNA交联、氧化性损伤等多种类型的DNA 损伤故为探讨遗传毒性机理的有效工具运用SCGE在活体进行毒理学研究，还可了解药物 遗传毒作用在不同组织和细胞中的分布4. 3群体生物学监测SCGE具有简便、敏感、快速等优点.可检测大样本，已被用于人群淋 巴细胞对各种环境因隶和化学物质致DNA损伤的敏感性筛选4. 4细胞凋亡的研究 凋亡细胞的DNA迁移距离数倍于正常细胞.甚至出现“慧星”头尾分 离的特有形态，其尾素值常高于30或60(正常〈20), SCGE还可快速测定凋亡细胞的比例，有 助于探讨凋亡机理4. 5临床诊断与治疗监测SCGE可作为着色性干皮病(xP)和其它以切除修复缺陷为特征的综 合征的诊断工具有利于早期发现患者.控制疾病SCGE也是目前唯一能检测人类实体肿瘤 低含氧量细胞的放射生物学方法.巳成功地应用于乳腺癌病人。
在临床放疗化疗监测中,SCGE 对肿瘤细胞亚群的治疗反应性及正常细胞个体的修复能力评价显示了 SCGE对治疗的预测价 值此外.SCGE还可用于人类流行病学、环境生物监测等领域 5•总结与展望SCGE是一种应用前景十分广阔的新技术，它具有如下优点1)适用范围广，检测谱宽 SCGE适用干体内外各种实验凡是能制成单细胞悬液的各种真核细胞均可用干SCGE测试 SCGE可检溯DNA断裂、DNA交联剂及引起DNA切除修复的一系列理化因素等2)简便与快速 SCGE法无需复杂的实验技术.所需试剂为实验室常用药品且耗费低.从采样到结果分析只需 数小时，为现场人群调和大样本量分析提供了可能3)灵敏性好可检测每10'9道尔顿0 1DNA断裂4)所需细胞样本量少一般每个样品只需1000个细胞.如外周血只需10-20微升， 容易获得5)无需放射性示踪剂，方便易行SCGE由于其可检测单个细胞DNA损伤的特性，可为受试物毒作用的靶细胞定位 虽然SCGE法对有种族特异性，研究发现在羊、拘、兔等动物中不存在这一位点多态性•可能 在法医学上具有一定的价值，与脂类代谢疾病的关系需待进一步探索参考文献：1. 王小红•江洪等;单细胞凝胶电泳技术的研究进展及其应用；［期刊论文］2001.22 (1)2. Wick U. Win E, Engel W.Restriction fragment lengh polymor phisons at the apolipoprotein genes A I,CIII andB-100 and in the S ' flanking region of the insulin gene as possible markers of coronary bearf disease［J］. Clin Genet, 1995,47;184〜1903•邢彩虹等；单细胞凝胶电泳技术及其应用进展；［期刊论文］2004,33 (5) 4•晋艺聪等；单细胞凝胶电泳检测DNA损伤的方法与应用［期刊论文］2010 (4)。