活体生物发光成像技术应用领域问题解答

作者：杨超月

小分子药物的标记用荧光与PET，哪一个更好？

小分子可以用荧光，也可以用放射性同位素标记进行相关的实验。但是由于荧光机团的大小与小分子药物差不多，用之标记小分子后，会影响小分子药物的特性，尤其是吸收、代谢方面。所以荧光标记小分子只是在不具备PET的使用条件后的一个替代方法，并不是最合适的方法。国外一般都是用PET标记小分子药物进行相关的研究。

为什么小动物CT不适合做肿瘤学研究？生物发光成像和小动物CT比较，有什么优势？

小动物CT适合做结构成像，对所观察标的的密度变化的敏感性很好，但是对于肿瘤细胞的活跃程度不敏感，如2005年1月JCI的一篇关于乳腺癌骨转移的文章里，详细比较了小动物CT与生物发光成像在观察骨转移方面灵敏度的不同。小动物CT要在接种16天以后，发生骨坏死，有溶骨现象，才能够观察到骨转移的存在，而生物发光成像在接种后第一天就观察到了骨转移现象。

体内可见光技术的发展过程是怎样的？

研究人员在1995年对此技术开始研究，技术在1999年才开始成熟，精诺真的商业产品在2000年出现在市场上。但大量的研究工作是在最近两年才开始的。技术开始流行起来，多数的文章也是在最近两年发表的。国内已经有四家单位购买了该系统进行相关的研究，有很多的科研工作者对这项技术产生了浓厚的兴趣，越来越多的人开始计划用该技术进行肿瘤学、流行病学、药物研究等。

相对于传统技术，生物发光成像技术的优势研究领域在哪里？没有优势的领域在哪里？

该技术是一项在某些领域有很大不可替代优势的技术，但是并不是万能的技术。因此，与传统技术相比，有它特别适合的领域，也有它不适合的领域。肿瘤转移研究，基因治疗，流行病学的发病学研究，干细胞示踪，白血病的相关研究等是该技术非常有优势的领域。在药物开发方面，用该技术进行肿瘤的药效研究，比传统方法更灵敏，还可以通过一系列转基因疾病动物模型，来快速直观的进行相关疾病的发病机理和药物筛选研究。

细胞凋亡的研究

PNAS(美国科学院院报)上发表的一篇文章介绍，可利用精诺真体内可见光成像技术直接观察活体动物体内的细胞凋亡。具体方法是：用分子生物学方法在荧光酶的两端连接上抑制其发光的蛋白(如雌激素)，但在其连接处加上CASPASE(细胞凋亡时特异表达的一种酶)的酶切点。细胞发生凋亡时，表达CASPASE，切开抑制荧光酶发光的蛋白，使荧光酶开始发光。

蛋白质与蛋白质的关系，如何研究？

PNAS(美国科学院院报)上发表的一篇文章介绍，可利用精诺真体内可见光成像技术研究活体动物体内蛋白与蛋白的相互作用。具体方法是：将分开时都不单独发光的荧光酶的C端和N端分别连接在两个不同的蛋白质上，若是这两个蛋白质之间有相互作用，荧光酶的C端和N端就会被带到一起, 产生发光现象。

成体小鼠可以看到体内发光吗？

可以。成体老鼠和裸鼠，幼鼠及胚胎的区别只在与对可见光的穿透性不同，我们的技术可以看到成体正常老鼠的体内发光。这正是这项技术的价值所在。

荧光检测与生物发光检测的优势与劣势比较如何？

荧光发光需要激发光使得荧光基团达到较高的能量水平，然后发射出较长波长的发射光。两种常见的荧光蛋白：绿色荧光蛋白（green fluorescent protein）和红色荧光蛋白或DsRed，这些蛋白荧光局限于可见光400-650nm范围。但生物体内很多物质在受到激发光激发后，也会发出荧光，产生的非特异性荧光会影响到检测灵敏度。特别是当发光细胞深藏于组织内部，则需要较高能量的激发光源，也就会产生很强的背景噪音。生物发光成像相对于荧光成像，其灵敏度高。作为体内报告源，生物发光较之荧光的优点之一为不需要激发光的激发，它是以酶和底物的特异作用而发光，且动物体自身不会发光，这样生物发光就具有极低的背景。虽然荧光信号远远强于生物发光，但极低的自发光水平使得生物发光的信噪比远高于荧光。另外，生物发光信号可以方便计量，即便标记细胞在动物体内有复杂的定位，亦可从动物体表的信号水平直接得出发光细胞的数量。而对于荧光，信号水平取决于发光细胞的数量及激发光的强度，光线穿过的组织对其有强烈的吸收，这使得荧光强度很难计量。由于荧光素酶在表达后快速合成并具有较短的寿命，而成为环境条件快速变化（如感染疾病）的反应探针。可根据两者所具有的特点以及实验要求如组织的光学条件（报告源的深度、体积及组织吸光度等），选择所适合的发光探针。

有几种常用的荧光素酶？特性如何？