熒光原位雜交
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熒光原位雜交方法是一種物理圖譜繪制方法，使用熒光素標(biāo)記探針，以檢測(cè)探針和分裂中期的染色體或分裂間期的染色質(zhì)的雜交。
熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization, FISH)是在20世紀(jì)80年代末在放射性原位雜交技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種非放射性分子細(xì)胞遺傳技術(shù),以熒光標(biāo)記取代同位素標(biāo)記而形成的一種新的原位雜交方法,探針首先與某種介導(dǎo)分子(reporter molecule)結(jié)合,雜交后再通過(guò)免疫細(xì)胞化學(xué)過(guò)程連接上熒光染料.FISH的基本原理是將DNA(或RNA)探針用特殊的核苷酸分子標(biāo)記,然后將探針直接雜交到染色體或DNA纖維切片上,再用與熒光素分子偶聯(lián)的單克隆抗體與探針分子特異性結(jié)合來(lái)檢測(cè)DNA序列在染色體或DNA纖維切片上的定性、定位、相對(duì)定量分析.FISH具有安全、快速、靈敏度高、探針能長(zhǎng)期保存、能同時(shí)顯示多種顏色等優(yōu)點(diǎn),不但能顯示中期分裂相,還能顯示于間期核.同時(shí)在熒光原位雜交基礎(chǔ)上又發(fā)展了多彩色熒光原位雜交技術(shù)和染色質(zhì)纖維熒光原位雜交技術(shù).
對(duì)于利用rRNA的熒光原位雜交來(lái)說(shuō)，如下原因可導(dǎo)致較低的熒光信號(hào)強(qiáng)度：
較低的細(xì)胞核糖體含量
較低的細(xì)胞周邊的通透性
較低的目標(biāo)序列可接觸性（由于rRNA的折疊產(chǎn)生的構(gòu)象，有些位置與rRNA分子內(nèi)其他鏈或其他rRNA或蛋白緊密接觸，從而使探針無(wú)法和目標(biāo)序列雜交）
為檢驗(yàn)細(xì)胞中的目標(biāo)序列是否容易被探針雜交，及測(cè)試最佳雜交溫度，可利用“克隆熒光原位雜交”(clone-FISH)進(jìn)行試驗(yàn)：將rRNA基因結(jié)合入質(zhì)粒，轉(zhuǎn)化至大腸桿菌中表達(dá)，構(gòu)成核糖體，再用熒光標(biāo)記的探針雜交。
FISH可與流式細(xì)胞術(shù)聯(lián)用，對(duì)特定熒光標(biāo)記的細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)或者分離。
熒光原位雜交（FISH）技術(shù)簡(jiǎn)介
1974年Evans首次將染色體顯帶技術(shù)和染色體原位雜交聯(lián)合應(yīng)用，提高了定位的準(zhǔn)確性。20世紀(jì)70年代后期人們開始探討熒光標(biāo)記的原位雜交，即FISH技術(shù)。1981年Harper成功地將單拷貝的DNA序列定位到G顯帶標(biāo)本上，標(biāo)志著染色體定位技術(shù)取得了重要進(jìn)展。20世紀(jì)90年代，隨著人類基因組計(jì)劃的進(jìn)行，由于繪制高分辨人類基因組圖譜的需要，F(xiàn)ISH技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
1．原理
FISH(fluorescence in situ hybridization)技術(shù)是一種重要的非放射性原位雜交技術(shù)。它的基本原理是:如果被檢測(cè)的染色體或DNA纖維切片上的靶DNA與所用的核酸探針是同源互補(bǔ)的，二者經(jīng)變性-退火-復(fù)性，即可形成靶DNA與核酸探針的雜交體。將核酸探針的某一種核苷酸標(biāo)記上報(bào)告分子如生物素、地高辛，可利用該報(bào)告分子與熒光素標(biāo)記的特異親和素之間的免疫化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)熒光檢測(cè)體系在鏡下對(duì)待測(cè)DNA進(jìn)行定性、定量或相對(duì)定位分析。
2．實(shí)驗(yàn)流程
FISH樣本的制備→探針的制備→探針標(biāo)記→雜交→（染色體顯帶）→熒光顯微鏡檢測(cè)→結(jié)果分析。
3．特點(diǎn)
原位雜交的探針按標(biāo)記分子類型分為放射性標(biāo)記和非放射性標(biāo)記。用同位素標(biāo)記的放射性探針優(yōu)勢(shì)在于對(duì)制備樣品的要求不高，可以通過(guò)延長(zhǎng)曝光時(shí)間加強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，故較靈敏。缺點(diǎn)是探針不穩(wěn)定、自顯影時(shí)間長(zhǎng)、放射線的散射使得空間分辨率不高、及同位素操作較繁瑣等。采用熒光標(biāo)記系統(tǒng)則可克服這些不足，這就是FISH技術(shù)。FISH技術(shù)作為非放射性檢測(cè)體系，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、熒光試劑和探針經(jīng)濟(jì)、安全；2、探針穩(wěn)定，一次標(biāo)記后可在兩年內(nèi)使用；3、實(shí)驗(yàn)周期短、能迅速得到結(jié)果、特異性好、定位準(zhǔn)確；4、FISH可定位長(zhǎng)度在1kb的DNA序列，其靈敏度與放射性探針相當(dāng)；5、多色FISH通過(guò)在同一個(gè)核中顯示不同的顏色可同時(shí)檢測(cè)多種序列；6、既可以在玻片上顯示中期染色體數(shù)量或結(jié)構(gòu)的變化，也可以在懸液中顯示間期染色體DNA的結(jié)構(gòu)。
缺點(diǎn)：不能達(dá)到100%雜交，特別是在應(yīng)用較短的cDNA探針時(shí)效率明顯下降。
4．應(yīng)用
該技術(shù)不但可用于已知基因或序列的染色體定位，而且也可用于未克隆基因或遺傳標(biāo)記及染色體畸變的研究。在基因定性、定量、整合、表達(dá)等方面的研究中頗具優(yōu)勢(shì)?！ ?/p>
熒光原位雜交技術(shù)的發(fā)展歷程
1 FISH 技術(shù)檢測(cè)位點(diǎn)數(shù)目及檢測(cè)目標(biāo)的發(fā)展
在FISH 技術(shù)基本確立之后，F(xiàn)ISH 不僅用于單基因或核酸檢測(cè)，F(xiàn)ISH 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)展到多色FISH 多基因位點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)，從基因檢測(cè)發(fā)展到基因組、染色體、活細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNAs 原位檢測(cè)以及組織水平的核酸檢測(cè)，并且在今后的研究中還有可能應(yīng)用到整個(gè)生物體的檢測(cè)。早期的探針較大，是通過(guò)載體的增殖、缺口平移法、體外轉(zhuǎn)錄法和隨機(jī)引物DNA 合成法來(lái)制備以獲得特異性雜交克隆。然而大片斷的探針通常帶有重復(fù)序列造成高熒光背景，采用未標(biāo)記的核酸進(jìn)行預(yù)處理使其與非特異性位點(diǎn)結(jié)合用于抑制非特異性雜交可以克服上述問題，同時(shí)也使得研究者擴(kuò)大了檢測(cè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了整條染色體染色。在細(xì)胞遺傳學(xué)上FISH 技術(shù)在染色體分析方面也因此得到了顯著的提高。如通過(guò)比較基因組雜交（Comparativegenomic hybridization）用于檢測(cè)染色體區(qū)域的缺失和重復(fù)。大片段探針一旦和樣品非特異性結(jié)合就會(huì)形成一個(gè)信號(hào)，混淆染色體上基因的檢測(cè)，就需要剪切成小片段＜200核苷酸?，F(xiàn)在檢測(cè)手段的提高以及檢測(cè)軟件的不斷發(fā)展使得FISH技術(shù)的檢測(cè)要求越來(lái)越低，靈敏度越來(lái)越高。精確的計(jì)算機(jī)圖片處理算法的不斷改進(jìn)形成了亞顯微水平的探針高分辨技術(shù)。隨著檢測(cè)目標(biāo)越來(lái)越小，F(xiàn)ISH技術(shù)已用于隱蔽的亞端粒核型基因重排和精確的染色體作圖及單拷貝mRNA的檢測(cè)。
FISH 檢測(cè)范圍的擴(kuò)大，使得FISH 技術(shù)的應(yīng)用在20 世紀(jì)90 年代急速增長(zhǎng)。由FISH 技術(shù)應(yīng)用而形成的分支技術(shù)實(shí)現(xiàn)了越來(lái)越多的不同類型位點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)。首先是采用不同的熒光素來(lái)檢測(cè)多位點(diǎn)，如雙色熒光用于檢測(cè)特異的核酸序列，每一條染色體、基因或者轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物分別由一種可以分辨的熒光信號(hào)來(lái)表示。之后是采用兩種色彩譯碼方案進(jìn)一步擴(kuò)大了FISH 應(yīng)用范圍。譯碼方案主要是針對(duì)色彩比例，即每一種顏色在總顏色中所占的比例來(lái)描繪多位點(diǎn)。前述的每一種方法，或是兩種方法的結(jié)合都已經(jīng)將可檢測(cè)位點(diǎn)多達(dá)12 個(gè)。采用計(jì)算機(jī)翻譯的五色方案可同時(shí)檢測(cè)出人類所有染色體代表著FISH 技術(shù)多位點(diǎn)檢測(cè)的里程碑。盡管可以采用多種方法觀測(cè)到mRNAs，但是FISH 對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的原位分析似乎更有應(yīng)用前景。色彩譯碼技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)組織的檢測(cè)。
2 FISH 技術(shù)的定量分析階段
Pinkel 等（1986）首次將熒光圖像定量分析用于基本細(xì)胞遺傳檢測(cè)，采用雙色激發(fā)塊裝置照相機(jī)檢測(cè)熒光信號(hào)，而且定量分析技術(shù)很快用于了mRNA 檢測(cè)。熒光檢測(cè)的關(guān)鍵是信號(hào)的重現(xiàn)性、無(wú)規(guī)律性及背景的自發(fā)熒光。不僅不同的樣品之間熒光不同，而且同一載玻片上的材料或者同樣的細(xì)胞都有可能顯示出不均衡的熒光。目前已有多種方法用于消除一些組織中的自發(fā)熒光：如樣品制備過(guò)程中，采用的消除自發(fā)熒光試劑包括硼氫化鈉或者采用光照輻射進(jìn)行預(yù)處理以消除非特異性背景信號(hào)。這些消除自發(fā)熒光的方法并不完全有效，通常在進(jìn)行圖像分析時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)算術(shù)除去自發(fā)熒光信號(hào)。熒光圖像的光譜數(shù)據(jù)包括真正的信號(hào)和許多雜噪，分別進(jìn)行分析并且通過(guò)單獨(dú)的光譜組分分析除掉雜噪數(shù)據(jù)。多色FISH 有自身的限制，包括不同的熒光強(qiáng)度和顏色重疊。但是通過(guò)計(jì)算機(jī)算法分析平衡了多色圖像，包括強(qiáng)度變化和自動(dòng)糾正信號(hào)重疊。
FISH圖像自身的限制并沒有影響到自動(dòng)破譯算法的發(fā)展。采用序列較大探針進(jìn)行DNA 位點(diǎn)檢測(cè)和多色熒光計(jì)數(shù)算法輔助病理學(xué)家實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化分析。此外，檢測(cè)探針試劑盒和點(diǎn)計(jì)數(shù)方法的應(yīng)用為便捷的檢測(cè)結(jié)果提供了一個(gè)。盡管多種方法已經(jīng)用于分析或優(yōu)化自動(dòng)細(xì)胞檢測(cè)系統(tǒng)，人工的細(xì)胞病理檢測(cè)仍是可信度高的組織分析方法。然而，細(xì)胞制備、鑒別、固定介質(zhì)上細(xì)胞樣品計(jì)算機(jī)化檢測(cè)在未來(lái)的醫(yī)學(xué)診斷中的高效益性不容忽視，快速檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)的分子信號(hào)只有通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助方法進(jìn)行檢測(cè)。現(xiàn)在，自動(dòng)化檢測(cè)程序已經(jīng)擴(kuò)展到采用多基因轉(zhuǎn)錄模型檢測(cè)特異的DNA 簇和轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)以確定功能細(xì)胞的狀態(tài)。
3 FISH 技術(shù)檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展
鑒于FISH 起始階段的發(fā)展主要是探針類型和檢測(cè)位點(diǎn)的擴(kuò)展，熒光檢測(cè)技術(shù)將來(lái)的發(fā)展可能包括檢測(cè)領(lǐng)域的擴(kuò)展。熒光圖像臨床診斷應(yīng)用需要在檢測(cè)體系上進(jìn)一步提高，如探針的結(jié)合，照相和分析的自動(dòng)化，因此避免了不同操作間的誤差。樣品厚度是熒光顯微鏡檢測(cè)樣品類型的一個(gè)限制因素。近來(lái)的激光共聚焦顯微鏡和光學(xué)X射線斷層攝影技術(shù)要求樣品厚度達(dá)到1~2mm。一種改進(jìn)的光學(xué)投射X 顯微斷層攝影技術(shù)可以獲取到15mm 厚樣品的圖像擴(kuò)大了生物學(xué)和診斷樣品的檢測(cè)范圍?；罴?xì)胞的RNAs FISH 技術(shù)檢測(cè)也有報(bào)道。既可以采用體內(nèi)釋放的熒光集團(tuán)也可以采用雜交后探針的熒光素進(jìn)行檢測(cè)。這兩種新方法都可以降低非特異性標(biāo)記探針存在時(shí)的高背景（如活細(xì)胞），可以用于追蹤mRNA 的合成和轉(zhuǎn)移途徑。這些方法較綠色熒光蛋白（Green fluorescence protein, GFP）更易于檢測(cè)不同靶分子。相對(duì)于GFP 活細(xì)胞原位雜交檢測(cè)，F(xiàn)ISH 易受到細(xì)胞內(nèi)合成探針的影響。FISH 需要進(jìn)一步的改進(jìn)以降低活體基因表達(dá)檢測(cè)時(shí)的干擾背景，避免細(xì)胞內(nèi)自身雜交物的干擾。其實(shí)完全可以不必考慮FISH 檢測(cè)和熒光檢測(cè)蛋白技術(shù)的差異，將FISH 技術(shù)和熒光蛋白技術(shù)結(jié)合起來(lái)可以同時(shí)檢測(cè)目的核酸和蛋白。
多光子顯微技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大了熒光圖像的應(yīng)用范圍。采用多光子顯微鏡，激光塊可以發(fā)射光子聚焦于顯微鏡兩到三次激發(fā)目的熒光素。采用近紅外激發(fā)光可以更深層次穿透生物樣品，比可見光對(duì)活體樣品造成的毒性低。這種新方法的應(yīng)用已將熒光圖像用于活體系統(tǒng)的檢測(cè)，甚至整個(gè)動(dòng)物體。由于還不能合成生物體標(biāo)記探針，因此目前生物體內(nèi)熒光圖像的應(yīng)用只限于檢測(cè)熒光分子或生物體自發(fā)熒光。生物組織在正常的生理或者病理生理過(guò)程中產(chǎn)生的自發(fā)熒光信號(hào)可以作為一種重要的診斷信號(hào)。一旦生物體探針成為可能，將會(huì)成為鑒別特異核酸序列，進(jìn)行非入侵診斷，獲取診斷圖像的一種有力輔助手段。
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