CN102998241B - 一种利用流式细胞仪检测抗原表达水平的方法 - Google Patents

一种利用流式细胞仪检测抗原表达水平的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用流式细胞仪检测抗原表达水平的方法，首先将目的细胞进行免疫荧光染色，然后将染色后的细胞上流式细胞仪检测、进行数据计算和分析。其中在设定所述流式细胞仪的参数时，将待测荧光通道的分辨率降低；获取同型对照或阴性细胞以及目的细胞待测抗原的几何平均荧光强度，再计算出各自的几何平均荧光强度率，以同型对照或阴性细胞的几何平均荧光强度率为界值，若目的细胞待测抗原的几何平均荧光强度率比同型对照或阴性细胞的几何平均荧光强度率高出预定值，则为该待测抗原表达。本发明有效提高了对目的细胞测定的准确度和精确度，最大限度地减少检测弱抗原表达的实验误差和主观判断误差，将会有效推动流式细胞术在多领域的实用价值。

Description

一种利用流式细胞仪检测抗原表达水平的方法
技术领域
本发明涉及流式细胞术技术领域，更具体地讲，涉及一种利用流式细胞仪检测弱抗原表达水平的流式细胞分析方法。
背景技术
流式细胞术(Flow Cytometry，FCM)是一种在功能水平上对单细胞或其他生物粒子进行定量分析和分选的检测手段。它以激光为激发光源，可以高速分析上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数，具有速度快、精度高、准确性好等优点，成为当代最先进的细胞定量分析技术，被广泛应用于医学临床以及各个生物研究领域。当前，绝大多数流式细胞仪在理论性能参数上认为能检测到单个细胞上低至100个荧光分子数的弱抗原。但是在实际工作中，不同实验室对这类弱抗原表达的结果判断存在很大偏差。
目前在实际操作中，通常会通过常规设置同型对照或阴性对照的方法来判定目的抗原的表达。这对于强阳性和阴性标本容易判断，但抗原表达量低时，结果很难判断。即使在操作中选用荧光强度最强的荧光素如藻红蛋白(PE)标记的单抗也无法改善结果。也有研究者尝试采用间接标记法来改善抗原表达弱的数据分析问题。但间接标记法一方面耗时长，增加了细胞的丢失；另一方面非特异性荧光背景强，因此该方法并不适合临床标本和细胞数少的样本的检测。
平均荧光强度是目前检测弱抗原表达水平最常用的统计学指标。但对于小样本事件来说，分析者无法通过抗原表达强度高于同型对照的多少去判断结果有无统计学差异。因此，如果能研发一种简单客观的统计分析方法，最大限度地减少检测弱抗原表达的实验误差和主观判断误差，将会有效推动流式细胞术在多应用领域的实用价值。
发明内容
针对上述现有技术中流式细胞仪无法准确检测弱抗原表达的问题，本发明提供了一种利用流式细胞仪检测抗原表达水平的方法。该方法可以增加弱抗原检测的准确性，避免人为的误差。
为实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术手段：
一种利用流式细胞仪检测抗原表达水平的方法，首先将目的细胞进行免疫荧光染色，然后将染色后的细胞上流式细胞仪检测、进行数据计算和分析。在设定所述流式细胞仪的参数时，将待测荧光通道的分辨率降低；获取同型对照或阴性细胞以及目的细胞待测抗原的几何平均荧光强度(Geometric Mean，Geo Mean)，再计算出各自的几何平均荧光强度率，以同型对照或阴性细胞的几何平均荧光强度率为界值，若目的细胞待测抗原的几何平均荧光强度率比同型对照或阴性细胞的几何平均荧光强度率高出预定值，则为该待测抗原表达；其中，
所述几何平均荧光强度率计算方法为待测抗原或同型对照或阴性细胞的几何平均荧光强度/目的细胞前向散射光的几何平均荧光强度。
具体地，上述方法包括如下的具体步骤：
(1)将目的细胞进行免疫荧光染色；
(2)设置流式细胞仪性能参数，上机检测分析；设置待测荧光通道的分辨率为256；通过对同型对照或阴性细胞的检测，在前向散射光(forward scatter,FS)/待测抗原荧光通道双参数图上调节电压，使前向散射光/待测抗原荧光通道的几何平均荧光强度相等，即几何平均荧光强度率为1.0；获取目的细胞待测抗原几何平均荧光强度，计算几何平均荧光强度率；
(3)数据分析：若目的细胞待测抗原几何平均荧光强度率高于同型对照或阴性细胞几何平均荧光强度率0.1，则为待测抗原表达。
其中较优地，所述目的细胞为浓度为±106细胞/100μl的单细胞悬液。
其中较优地，所述抗原为单个细胞上至少100个荧光分子数的弱抗原。
与现有技术相比较，本发明具有以下几个方面的优点：
1.采用降低荧光通道分辨率的技术思路，有效避免了后期数据分析中由人为因素造成的实验误差，提高了结果判断的真实性和客观性；
2.采用几何平均荧光强度分析，对偏态分布和细胞数极低的抗原表达结果更具统计学意义；
3.建立一个新的流式统计学指标：几何平均荧光强度率，有效避免了仪器在不同时间段可能存在的电压等仪器参数的轻微偏差，以及不同时间点不同批次样本对结果的影响，提高了对目的细胞测定的准确度和精确度。
附图说明
图1a为细胞分布呈偏态分布的示意图。
图1b为细胞分布呈正态分布的示意图。
图2显示了一例慢性淋巴细胞白细胞外周血样本的FS/同型对照gG1-PE(FL2通道)的几何平均荧光强度达到一致(比值为1.0)。
图3为一例慢性淋巴细胞白血病外周血样本中肿瘤细胞中ZAP-70-PE与同型对照IgG1-PE的拟合图(黑色分布为同型对照，灰色线为ZAP-70)，分析后几何平均荧光强度率为1.25，判断肿瘤细胞表达ZAP-70。
图4为一例慢性淋巴细胞白血病外周血样本中肿瘤细胞中ZAP-70-PE与同型对照IgG1-PE的拟合图，分析后几何平均荧光强度率为0.86，判断肿瘤细胞不表达ZAP-70。
图5显示了按现有技术对一例慢性淋巴细胞白血病ZAP-70的检测结果。
图6显示了246例慢性淋巴细胞白血病细胞的ZAP-70几何平均荧光强度率增益范围与IgVH发生突变的符合率。
图7a显示了一例急性白血病骨髓样本中白血病细胞中CD137L按原方法表达为18％，判断为阳性。
图7b显示了采用本发明所述方法分析后几何平均荧光强度率为1.42，判断肿瘤细胞不表达CD137L。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明。下述实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如Sambrook等人在《分子克隆：实验室手册(New York:Cold Spring Harbor LaboratoryPress，1989)》中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1：检测慢性淋巴细胞白血病肿瘤细胞ZAP-70表达水平
1.单个核细胞的制备：新鲜送检的慢性淋巴细胞白血病外周血标本2ml，淋巴细胞分离液分离单个核细胞，调单细胞悬液浓度为±106细胞/100μl。
上述目的细胞可以根据实际情况中样本的不同而选择不同现有技术进行制备，样本可以是骨髓、外周血或淋巴结等。
2.细胞的免疫荧光染色。
2.1每管加制备好的单细胞悬液100μl，共两管。两管均加入CD3+CD5-FITC/CD19-PerCP鼠抗人单抗(来自BD Pharmingen公司，美国)各20μl，旋涡混匀后，室温避光反应30分钟。
2.2PBS洗1次，1000转/每分，离心去上清。
2.3FIX液固定细胞30分钟后离心去上清。
2.4Perm液对细胞打孔5分钟后，待测管加ZAP-70-PE鼠抗人单抗，对照管加IgG2a-PE同型对照(均来自BD Pharmingen公司，美国)各20ul，室温避光孵育15分钟，PBS洗细胞一次后去上清。
3.加入500uLPBS，上机检测分析。
3.1设置荧光通道的分辨率为256。
3.2上同型对照管，设门取CD5+CD19+双阳性肿瘤细胞群，在FS/FL2双参数图上调节电压，使FS/FL2的几何平均荧光强度相等，即几何平均荧光强度率为1(参见图2)。
3.3上待测管，收获细胞，分析待测管中肿瘤细胞FS和ZAP-70的几何平均荧光强度。
4.计算几何平均荧光强度率，肿瘤细胞ZAP-70几何平均荧光强度率高于同型对照0.1，为阳性(参见图3)，反之为阴性(参见图4)。
在现有技术中，通过常规荧光标记方法处理样本后上机，在数据采集时采用如下步骤：
4.1荧光通道常规采用的分辨率为1024。
4.2界定方法①：上同型对照管，设门取CD5+CD19+双阳性肿瘤细胞群，在IgG1-PE单参数图上设置阴阳性界定门；或采用界定方法②设门取CD5单阳性T淋巴细胞，在CD5-FITC/IgG1-PE为阳性对照界定阴阳性界定门(这两种方法均来源于国外相关文献)。
4.3上待测管，收获细胞，分析待测管中CD5+CD19+双阳性肿瘤细胞的ZAP-70表达率(参见图5，根据相关文献≥20％为阳性)。
IgVH基因突变被认为是慢性淋巴细胞白血病(CLL)最公认的预后检测指标，但由于该项检测价格昂贵，步骤繁琐难以广泛开展。2003年Crespo在《新英格兰医学杂志》发表文章认为IgVH是否突变与流式检测的ZAP-70具有明显相关性而受到广泛关注。由于ZAP-70是个弱抗原，阴阳性难以界定，现有技术中普遍采用的“20％”为阳性的标准极大地受到人为因素的影响。因此，在随后的几年里，由于缺乏标准化的检测方案，加之主观判断导致的结果误差，该方法受到广泛争议而限制其进一步的应用。
针对现有技术所存在的缺陷，本发明提供了一个全新的弱抗原检测理念和分析方法。具体地说，首先将常规设定的荧光通道的分辨率由1024降低至256(根据需要，该分辨率也可以进一步降低到其它数值如128等)，即后者每个单位抗原表达量的覆盖范围是前者的4倍，例如一种抗原采用分辨率1024的平均荧光强度分别是330、331、332、333，但设置分辨率256后平均荧光强度均为83。此处采用降低仪器分辨率的技术思路，其优点是有效避免了后期数据分析中由人为因素造成的实验误差，提高了结果判断的真实性和客观性。其次，采用几何平均荧光强度这一统计学参数取代了常规的算术平均荧光强度。算术平均荧光强度即通常所说的平均数，为目的细胞荧光强度的均值，即x1+x2+x3+…xn/n；几何平均荧光强度为x1×x2×x3×…xn后开n次根。算术平均荧光强度的缺点是忽视了目的细胞在该通道的分布特点，尽管对于数据为正态分布的曲线范围而言两者差异不大，但对于抗原表达弱阳性的细胞需要考虑分布存在偏态分布时，特别是目的细胞数较少时，采用几何平均荧光强度分析对偏态分布和细胞数极低的抗原表达结果更具统计学意义，具体如图1a和图1b所示结果。再次，本发明建立一个新的流式统计学指标：几何平均荧光强度率，即待测抗原或同型对照的几何平均荧光强度/目的细胞前向散射光(FS)的几何平均荧光强度。FS是一项检测细胞大小的统计学参数，目的细胞中待测抗原的几何平均荧光强度被该群细胞FS所校正，有效避免了仪器在不同时间段可能存在的电压等仪器参数的轻微偏差，以及不同时间点不同批次样本对结果的影响，提高了对目的细胞测定的准确度和精确度。
基于上述的弱抗原检测理念和分析方法，可以利用流式细胞仪准确检测单个细胞上低至100个左右荧光分子数的弱抗原，而且可以准确检测的弱抗原也不局限于实施例中记载的这两种。
迄今为止，发明人对246例CLL检测ZAP-70的表达，采用原方法和IgVH符合率仅有58％；采用新的弱抗原检测理念和分析方法，并进一步比较了待测细胞几何平均荧光强度增益(0～±0.2)与IgVH发生突变的符合率。经过对图6的分析，可以发现几何平均荧光强度率高于同型对照±0.1左右得到的数据最有价值，两者符合率可以达到91％。
实施例2：检测急性白血病白血病肿瘤细胞CD137L表达水平
1.单个核细胞的制备：新鲜抽取的急性白血病骨髓标本2ml，淋巴细胞分离液分离单个核细胞，调单细胞悬液浓度为±106细胞/100μl。
上述目的细胞可以根据实际情况中样本的不同而选择不同现有技术进行制备，样本可以是骨髓、外周血或淋巴结等。
2.细胞的免疫荧光染色。
2.1加制备好的单细胞悬液100μl，共两管。待测管加入CD137L-PE/CD45-PerCP5.5鼠抗人单抗(来自BD Pharmingen公司，美国)各20μl，对照管IgG1-PE/CD45-PerCP5.5各20ul，旋涡混匀后，室温避光反应30分钟。
2.2PBS洗1次，1000转/每分，离心去上清。
3.加入500uLPBS，上机检测分析。
3.1设置荧光通道的分辨率为256。
3.2上同型对照管，CD45/SS设门取原始细胞群，在FS/FL2双参数图上调节电压，使FS/FL2的几何平均荧光强度相等，即几何平均荧光强度率为1。
3.3上待测管，收获细胞。在本实施例中，至少收获2万个细胞，分析待测管中白血病细胞FS和CD137L的几何平均荧光强度。
4.计算几何平均荧光强度率，白血病细胞CD137L几何平均荧光强度率高于同型对照0.1为阳性，反之为阴性(参见图7a)。
在现有技术中，通过常规荧光标记方法处理样本后上机，在数据采集时采用如下步骤：
5.1荧光通道通常采用的分辨率为1024。
5.2界定方法：上同型对照管，CD45/SS设门取白血病细胞群，在IgG1-PE单参数图上设置阴阳性界定门；
5.3上待测管，收获细胞，分析待测管中白血病细胞的CD137L的表达率(参见图7b，根据相关文献≥20％为阳性)。
膜蛋白分子CD137L是共刺激分子TNFR/TNF超家族成员，主要表达在抗原提呈细胞(APC)表面，也是一种弱抗原。近年，CD137L分子被发现在不同肿瘤细胞及一些非免疫性细胞中也有表达。发明人用流式细胞术对97例急性白血病(包括29例急性淋巴细胞白血病和68例急性髓系白血病)的白血病细胞上CD137L的表达，并通过RT-PCR法从mRNA水平印证FCM检测结果。RT-PCR法可以扩增出465bp的CD137LmRNA特异性条带为阳性，共有46例检测到阳性条带。它们分成两组：FCM+PCR-/FCM-PCR+组和FCM+PCR+/FCM-PCR－组，采用上述现有方法两者符合率为77.3％，而采用本发明所提供的弱抗原检测理念和分析方法，两者符合率增加至91.8％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用流式细胞仪检测抗原表达水平的方法，首先将目的细胞进行免疫荧光染色，然后将染色后的细胞上流式细胞仪检测、进行数据计算和分析，其特征在于：
在设定所述流式细胞仪的参数时，将待测荧光通道的分辨率降低；获取同型对照或阴性细胞以及目的细胞待测抗原的几何平均荧光强度，再计算出各自的几何平均荧光强度率，以同型对照或阴性细胞的几何平均荧光强度率为界值，若目的细胞待测抗原的几何平均荧光强度率比同型对照或阴性细胞的几何平均荧光强度率高出预定值，则为该待测抗原表达；其中，
所述几何平均荧光强度率计算方法为待测抗原或同型对照或阴性细胞的几何平均荧光强度/目的细胞前向散射光的几何平均荧光强度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
设置待测荧光通道的分辨率为256；通过对同型对照或阴性细胞的检测，在前向散射光/待测抗原荧光通道双参数图上调节电压，使前向散射光/待测抗原荧光通道的几何平均荧光强度相等，即几何平均荧光强度率为1.0；获取目的细胞待测抗原几何平均荧光强度，计算几何平均荧光强度率。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述目的细胞为浓度为±106细胞/100μl的单细胞悬液。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述抗原为单个细胞上至少100个荧光分子数的弱抗原。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述待测荧光通道的分辨率为256或以下。
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