
一种创新方法学检测细胞周期:探索细胞周期与饮酒健康的关系细胞周期:生命的“精密时钟”
如果把细胞想象成一个忙碌的“打工人”,它的“工作日程”就是细胞周期——从一次分裂结束到下一次分裂完成的完整过程。这个“日程表”分为四个阶段:G1期(准备阶段):细胞像在超市囤货,积累能量和材料,为复制DNA做准备。S期(复制阶段):细胞开始复制DNA,就像复印一本书,确保新细胞能获得完整的遗传信息。G2期(质检阶段):细胞检查DNA是否完整,就像出版社校对书稿,避免印刷错误。M期(分裂阶段):细胞一分为二,变成两个“子细胞”,就像一家公司分拆成两家新公司。如果细胞暂时“休假”,就会进入G0期(休息区),比如皮肤细胞平时在休息,受伤时才会被激活去修复伤口。因此,细胞周期对我们人体来说是至关重要的,一旦DNA发生了错误复制或复制暂停,带来的危害不容小觑,严重者可能导致癌变。但是我们人体也有严格的细胞周期“检查点”,如果发现DNA损伤(比如被紫外线晒伤),细胞会暂停周期去修复,修不好就“自我牺牲”(凋亡),防止把错误传给下一代细胞。流式细胞仪:细胞的“DNA扫描仪”
流式细胞术(Flow Cytometry)是一种通过分析细胞物理和化学特性来量化细胞群特征的技术。就像快递分拣机通过扫描包裹条码分类一样,流式细胞仪能快速扫描每个细胞的DNA含量,从而判断它处于哪个周期阶段。首先,给DNA“染色”:用一种荧光染料(如碘化丙啶,PI)给细胞的DNA“涂颜色”,DNA越多,颜色越亮。接着,细胞们排队过“激光门”:细胞排成单列通过仪器,被激光照射时,染色的DNA会发光。最后,对数据进行分析:G0/G1期细胞:DNA量少(颜色较暗),像单层汉堡。S期细胞:DNA量中等(颜色中等),像双层汉堡。G2/M期细胞:DNA量最多(颜色最亮),像三层汉堡。通过统计不同亮度细胞的数量,就能知道有多少细胞在准备、复制或分裂阶段。流式细胞仪检测细胞周期的优势:①速度快:1秒钟能检测上万个细胞!②精度高:能区分出S期这种“中间状态”。③多功能:可以同时检测细胞死活、表面标记等。饮酒如何“搞乱”细胞的日程表?
2018 年,英国剑桥大学分子生物学家 Ketat Patel 教授及其团队发现,酒精及其代谢产物乙醛会导致干细胞 DNA 断裂和损伤,进而永久性地改变 DNA 序列,从而 “搞乱” 细胞的日程表。如果我们把 DNA 双链看作拉链,那乙醇代谢产物乙醛对“拉链”的损伤就类似于在一个特定的地方,拉链的两个链牙被锁住了,拉链拉不开。这些被锁死的 DNA 没法正常解链完成复制,就造成了 DNA 损伤。而机体是有修复机制来修复该损伤的,当修复速度等于损伤速度,机体就可以恢复健康了。已有研究表明,酚酸类物质可以激活修复通路,而白酒中富含这类物质,如果提高此类活性物质在白酒中的含量,那么乙醛带来的DNA损伤就可以忽略不计了。
动手实验:用流式细胞仪“看见”细胞周期
通常包括收集细胞、固定细胞、染色DNA、样本上机检测和数据分析这五个步骤。
收集细胞就像研究不同职业的人需要选择不同样本,科学家常用肝细胞(酒精代谢的主战场)或口腔黏膜细胞(容易获取)做实验。选择处于对数生长期的细胞(相当于细胞的“青春期”,分裂最活跃),把它们均匀铺在培养板的小格子里(约每格100万个细胞)。固定细胞就像给细胞拍“快照”,必须瞬间冻住它们的生命活动,才能准确记录每个细胞所处的周期阶段。将细胞放入预冷的70%酒精(提前在-20℃冰箱冰镇),4℃冰箱过夜。染色DNA加入PI染料(红色荧光)和RNA酶(清除干扰)。避光孵育30分钟,让染料和DNA结合。上机检测流式细胞仪像一台超级智能的快递分拣机,细胞排成单列通过激光束时,电脑记录每个细胞的荧光强度。数据分析对流式细胞仪获得的数据进行作图和分析,也可利用第三方软件如FlowJo、进行数据分析,根据DNA含量分布,自动划分G0/G1期(DNA少,红色暗)、S期(DNA中等,红色中)、G2/M期(DNA多,红色亮)。案例分析:用流式细胞仪“找到”修复DNA损伤的活性物质
白酒中的活性物质阿魏酸在人宫颈癌细胞中具有显著的抑制作用,可能通过诱导细胞周期阻滞来发挥抗癌作用。将人源肝细胞经浓度为400 mmol/L 的酒精培养基处理6 h后,加入不同浓度为 0、0.25、0.5、1、2、4 mmol/L的阿魏酸培养基处理24 h。阿魏酸在0.25 mmol/L低浓度下,G1期细胞比率上升不明显,在浓度为0.25、0.5、1、2 mmol/L的条件下,能够提高细胞G1期比率(P<0.01)。在4 mmol/L高浓度下,G1 期显著降低(P<0.01),抑制DNA复制。
趣味总结细胞周期就像细胞的“工作计划表”,酒精是捣乱的“时间小偷”。流式细胞仪是科学家的“侦探工具”,能快速抓住这个“小偷”的作案证据。白酒中的活性成分是“保安队长”。爱护身体,从了解细胞的“小宇宙”开始!