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弄懂免疫组化,这一篇就够了

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一张棕黄色的组织切片,可以帮助判断:


  • 蛋白主要表达在哪类细胞中;

  • 位于细胞核、细胞质还是细胞膜;

  • 肿瘤组织与正常组织之间是否存在差异;

  • 蛋白表达是否与分期、预后或治疗反应相关;

  • 药物或基因干预后,组织表型是否发生改变。


本篇将从实验原理出发,介绍免疫组化的基本流程、关键要点、结果判读方法及其在科研课题中的应用。


图 1:https://zhuanlan.zhihu.com/p/710723585

什么是免疫组化?

免疫组化(immunohistochemistry),简称 IHC。其基本原理是利用抗原与抗体之间的特异性结合,在组织切片中识别目标蛋白,再通过酶促显色反应将抗原所在位置显示出来。

常规免疫组化的基本过程可以概括为:目标蛋白作为抗原→ 一抗特异性识别目标蛋白→ 酶标二抗或检测系统识别一抗→ 显色底物发生颜色反应→ 显微镜观察蛋白表达和组织定位。

临床和科研中最常见的是 HRP–DAB 显色系统。HRP 为辣根过氧化物酶;DAB 为显色底物;反应后形成棕黄色沉淀;苏木精通常将细胞核复染为蓝色。因此,在常见免疫组化切片中:棕黄色代表目标蛋白阳性信号;蓝色代表经苏木精复染的细胞核。


图 2:https://zhuanlan.zhihu.com/p/710723585

免疫组化与免疫荧光有什么区别?

免疫组化和免疫荧光都依赖抗原—抗体反应,但显示信号的方式不同。免疫组化适合观察组织结构和蛋白表达,免疫荧光更适合观察多指标共定位和空间关系。

免疫组化常用在哪些样本中?

常见样本包括:石蜡组织切片;冰冻组织切片;组织芯片;动物组织;人体肿瘤及癌旁组织;类器官和细胞蜡块。其中,福尔马林固定、石蜡包埋组织是最常用的样本类型。

石蜡切片具有组织结构清晰、便于长期保存和适合回顾性研究等优点,但福尔马林固定会使蛋白发生交联,遮蔽部分抗原表位,因此通常需要进行抗原修复。

实验开始前需要明确什么?

1、明确目标蛋白的理论定位

实验前应查清目标蛋白主要位于:细胞核;细胞质;细胞膜;细胞外基质;某类特殊细胞或组织区域。

例如:Ki-67 主要表现为细胞核染色;

E-cadherin 常见于细胞膜;

Vimentin 主要位于细胞质;

Collagen I 主要分布于细胞外基质;

CD3、CD8 常用于识别特定 T 细胞群体。

如果实验结果与理论定位明显不符,应优先排查抗体特异性和实验条件。


图 3:https://health.baidu.com/m/detail/ar_5570524179579420287

2、确认抗体是否适用于免疫组化

同一抗体可能适用于 Western blot,却不一定适用于免疫组化。购买或使用抗体前,应确认:

  • 是否标注适用于 IHC-P 或 IHC-F;

  • 适用物种是人、小鼠还是大鼠;

  • 推荐的抗原修复方法;

  • 推荐稀释比例;

  • 已验证的阳性组织;

  • 理论分子定位;

  • 是否有公开文献或染色图片支持。

其中:IHC-P 通常指石蜡切片免疫组化;IHC-F 通常指冰冻切片免疫荧光。

免疫组化结果应该怎么看?

1、阳性信号位于哪里?

首先判断棕黄色信号位于:细胞核;细胞质;细胞膜;细胞外基质;血管;肿瘤间质;某类特殊细胞。定位是判断结果是否合理的第一步。

如果一个典型膜蛋白主要出现弥漫性核染色,就应考虑非特异性染色或抗体质量问题。

2、哪些细胞表达目标蛋白?

肿瘤组织中不仅有肿瘤细胞,还包括:T 细胞;巨噬细胞;中性粒细胞;成纤维细胞;血管内皮细胞;淋巴内皮细胞;平滑肌细胞。

免疫组化看到某个蛋白升高,并不能自动说明它来自肿瘤细胞。必要时应结合:连续切片染色;双重或多重免疫组化;多重免疫荧光;原位杂交;单细胞或空间组学数据。

3、阳性细胞有多少?

可以统计:阳性细胞比例;单位面积阳性细胞数;肿瘤核心与浸润边缘的细胞密度;间质区与肿瘤区的阳性细胞数量。

对于免疫细胞标志物,单位面积阳性细胞密度通常比单纯比较染色深浅更合适。

4、阳性信号有多强?

常见强度分级可以设置为:

- 0 分:无明显染色;

- 1 分:弱阳性;

- 2 分:中等阳性;

- 3 分:强阳性。

但人工判断具有一定主观性,因此应尽量由两名不知道临床分组信息的观察者独立评分,或使用数字病理软件进行定量。

免疫组化如何定量?

免疫组化不能只展示「代表性图片」,还应进行客观定量。

1、阳性细胞比例

计算公式为:阳性细胞比例=阳性细胞数/总细胞数 X 100%

适用于 Ki-67、p53、ER、PR 及部分免疫细胞标志物。


图 4:https://zhuanlan.zhihu.com/p/83654843?s_r=0

2、阳性面积比例

计算目标棕黄色区域占总组织区域或感兴趣区域的比例。

适用于:细胞外基质蛋白;胶原相关指标;弥漫性胞质蛋白;血管或特定组织结构。需要注意,阳性面积增加可能来自表达增强,也可能来自阳性细胞数量增加。


图 5:https://zhuanlan.zhihu.com/p/603810712

3、平均光密度和积分光密度

常见指标包括:平均光密度;积分光密度;单位面积积分光密度。

使用图像软件分析时,应统一:白平衡;光源和曝光参数;放大倍数;感兴趣区域;色彩分离方法;阳性阈值;背景扣除方式。如果不同图片的拍摄条件不同,光密度通常不适合直接比较。


图 6:https://zhuanlan.zhihu.com/p/613052671

4、H-score 评分

H-score 同时考虑不同强度的阳性细胞比例:将每张切片内阳性的细胞数量及其染色强度转化为相应的数值,达到对组织染色半定量的目的。


图 7:https://zhuanlan.zhihu.com/p/693130546

免疫组化在科研课题中的应用

应用一:验证组学筛选出的候选蛋白

转录组、蛋白组或单细胞分析发现候选基因后,可以通过免疫组化验证其蛋白表达和组织定位。

基本逻辑为:公共数据发现候选基因异常→ 免疫组化验证肿瘤组织中的蛋白水平→ 分析其与分期、分级和预后的关系。

但 mRNA 升高并不一定意味着蛋白表达同步升高,因此组织蛋白验证非常重要。

应用二:明确候选蛋白的细胞来源

肿瘤组织中的蛋白可能来自肿瘤细胞,也可能来自免疫细胞、成纤维细胞或血管内皮细胞。

可以通过:组织形态判断;连续切片染色;多重免疫组化;多重免疫荧光;单细胞数据辅助定位。免疫组化能够提供初步的组织学定位,但当细胞来源复杂时,通常需要多指标联合验证。

应用三:评价细胞增殖、凋亡和损伤

常见指标包括:Ki-67:细胞增殖;cleaved caspase-3:凋亡;γH2AX:DNA 损伤;p21:细胞周期停滞或衰老相关状态;LC3 和 p62:自噬相关变化。

这些指标可用于评价基因干预或药物治疗后的组织效应。

应用四:评价肿瘤免疫微环境


应用五:评价肿瘤间质和血管

常见指标包括:

• α-SMA:活化成纤维细胞及平滑肌相关标志;

• FAP:活化成纤维细胞相关标志;

• Collagen I:胶原沉积;

• Fibronectin:细胞外基质;

•CD31:血管内皮;

•LYVE1、PDPN、PROX1:淋巴内皮相关指标。

这些指标可用于研究肿瘤纤维化、血管生成、淋巴管生成和免疫排斥。

应用六:分析临床预后和治疗反应

将免疫组化评分与临床资料结合,可以分析目标蛋白与以下指标的关系:

肿瘤分期;病理分级;淋巴结转移;复发;总生存期;无进展生存期;药物治疗应答。

免疫组化的作用是把分子表达、组织结构和临床表型连接起来。

只有规范实验流程、统一图像采集和定量标准,并结合功能实验建立因果关系,免疫组化结果才能从一张代表性图片,真正转化为支撑科研结论的可靠证据。

编辑:小 z

题图:自制

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