做 Annexin V/PI 双染,最怕的不是「染不上」,而是图看起来很像那么回事,结论却站不住。

对照组凋亡率偏高、象限边界怎么画都别扭、同一批细胞重复性忽高忽低、审稿人追问「这到底是不是凋亡」…… 这些问题,很多时候并不是流式仪「不给力」,而是从样本处理、对照设置到圈门逻辑,一开始就埋了坑。

今天我们就把流式检测细胞凋亡中最常见、也最容易被忽视的几个误区捋一遍。建议收藏,上机前对照检查一遍,能少走很多弯路。

先把原理捋顺:Annexin V/PI 到底在看什么?

细胞凋亡早期,一个很典型的变化是细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine, PS)外翻到膜外侧。

Annexin V 是一种钙离子依赖的磷脂结合蛋白,可以和外翻的 PS 结合,因此常用于标记早期凋亡细胞。PI(碘化丙啶)则是一种膜不通透的核酸染料,正常活细胞进不去;只有当细胞膜完整性受损时,PI 才能进入细胞并和核酸结合。

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图 1. Annexin V 结合外翻 PS 的原理示意。图片来源:联科生物

所以在经典 Annexin V/PI 四象限图里,通常可以这样理解:

左下象限:Annexin V-/PI-,多为活细胞。

右下象限:Annexin V+/PI-,多为早期凋亡细胞。

右上象限:Annexin V+/PI+,多为晚期凋亡或继发性坏死细胞。

左上象限:Annexin V-/PI+,常见于机械损伤、膜破裂或非典型死亡细胞。

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图 2. Annexin V/PI 四象限判读示意。图片来源:百度

但注意,这只是「常规判读框架」,真正决定数据可信度的,往往是下面这些细节。

误区一:Annexin V 阳性,就等于细胞凋亡

很多同学看到 Annexin V 阳性升高,就直接写「细胞凋亡增加」。这个结论在常规药物诱导模型中可能成立,但严格来说,Annexin V 阳性只能说明 PS 暴露增加,不能单独证明细胞一定发生了典型凋亡。

PS 外翻并非凋亡独有。细胞消化过度、剧烈吹打、离心条件过强、细胞膜受到机械损伤时,也可能出现 Annexin V 阳性。某些细胞活化状态、其他形式的程序性细胞死亡过程,也可能伴随 PS 暴露或膜完整性变化。

换句话说,Annexin V/PI 更适合回答「这批细胞的膜状态和凋亡相关表型是否发生变化」,而不是单独完成「死亡方式定性」。

更稳妥的做法是:如果你更关注「凋亡机制」,建议联合检测活化 Caspase-3、Caspase-3/7 活性、PARP 裂解、线粒体膜电位,或结合显微形态学结果。尤其是要区分凋亡、焦亡、铁死亡、坏死时,单靠 Annexin V/PI 很容易说不清。

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图 3. 活细胞 Caspase-3/7 活性与 Annexin V 双重检测示例。图片来源:aladdin 官网

误区二:样本处理差一点,问题不大

很多「对照组凋亡率异常偏高」的问题,并不是处理因素真的诱导了凋亡,而是细胞在收样、消化、离心、重悬过程中被人为伤到了。

常见雷区包括:

  • 胰酶消化时间过长,贴壁细胞被过度刺激;

  • 反复剧烈吹打,导致细胞膜受损;

  • 离心力过高或离心次数过多,脆弱细胞被进一步损伤;

  • 收样时丢掉培养上清,只收贴壁细胞,导致已脱落的凋亡细胞被漏掉;

  • 用普通 PBS 重悬 Annexin V 染色体系,忽略了 Annexin V 与 PS 结合需要 Ca2+。

比较稳妥的流程是:贴壁细胞轻柔消化,合并培养上清中的漂浮细胞;低速离心,比如 300 × g、5 min 左右;尽量减少洗涤次数;用配套的 1× Annexin V Binding Buffer 重悬;染色后避光,尽快上机。

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图 4. Annexin V/PI 四象限各区域含义示意。图片来源:东极生物官网

这里尤其要提醒一点:Annexin V 染色体系不要随手换缓冲液。EDTA 或缺钙环境会影响 Annexin V 与 PS 的结合,可能带来假阴性;染色后长时间放置,也可能让细胞状态继续变化,导致结果偏移。

误区三:一上来就看 Annexin V/PI 图

四象限图当然重要,但它不是第一步。在进入 Annexin V/PI 分析之前,建议先完成前置圈门。最基本的顺序可以是:

第一步,看 FSC/SSC,排除明显碎片和异常颗粒。

第二步,用 FSC-A/FSC-H 或 FSC-A/FSC-W 排除双联体和细胞团。

第三步,再在单细胞群里看 Annexin V/PI。

如果前置门没做好,碎片、细胞团、死细胞残片都可能混进后面的四象限里。结果看上去是「凋亡比例升高」,实际上可能只是样本质量变差。

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图 5. FSC/SSC 前置圈门可帮助排除碎片和异常事件。图片来源:Elabscience

对于状态很差、碎片很多、细胞大小变化明显的样本,还可以增加 time gate,排除上机过程中堵针或流速不稳的时间段。这个小步骤在多样本比较时很有用。

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图 6. 样本状态散点图示例,异常群体会影响后续凋亡判读。图片来源:上海中乔新舟生物科技有限公司

误区四:四象限直接机械切十字

Annexin V/PI 图里,细胞群常常不是整齐地分成四块,而是从活细胞区向 Annexin V 阳性区逐渐拖尾。凋亡本来就是连续动态过程,硬用一个固定十字把所有样本切开,很容易把过渡群体算错。

正确做法不是「每张图都画到最好看」,而是先用未染色对照、单染对照和阴性对照建立边界,再在同批样本中保持同一套门控。

如果样本呈现明显拖尾,可以考虑用多边形门、等高线图或密度图辅助判断。关键不是门画得多复杂,而是标准要清楚、可重复、能解释。

另外,补偿一定要用单染对照来调。Annexin V-FITC 和 PI、PE、7-AAD 等通道之间都可能有光谱溢出。补偿没调好时,假阳性和象限漂移会非常明显。

误区五:只设空白对照就够了

空白对照只能告诉你细胞自身散射和自发荧光的大概情况,远远不够支撑 Annexin V/PI 的完整分析。

建议至少准备这些对照:

  • 未染色对照:用于观察自发荧光和初步调电压;

  • Annexin V 单染对照:用于补偿和 Annexin V 阳性边界设置;

  • PI 单染对照:用于补偿和 PI 阳性边界设置;

  • 阴性对照:健康或未处理细胞,用于判断基础死亡水平;

  • 阳性凋亡对照:如星形孢菌素、紫杉醇、H2O2 等诱导模型,验证体系能检测到凋亡;

  • 机械损伤对照:通过较强吹打或较高离心力模拟操作损伤,用于估计人为处理带来的基线假阳性;

  • 实验组:正式分析不同处理条件下的凋亡变化。

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图 7. 未染、单染、双染对照设置示例。图片来源:联科生物

如果要把数据写进论文或项目报告,建议把「早期凋亡率」「晚期凋亡/死亡率」「总 Annexin V 阳性比例」 分开呈现,不要只给一个总百分比。这样审稿人或读者更容易判断:变化到底发生在早期凋亡,还是细胞已经大量进入膜破裂阶段。

最后还有两个容易被忽略的小点

第一,凋亡是动态过程,单一时间点可能刚好错过峰值。建议先做时间梯度,比如 6 h、12 h、24 h、48 h,再确定正式实验的检测窗口。

第二,不同细胞类型耐受性差异很大。悬浮细胞、原代细胞、神经元、肝细胞等往往更脆弱;肿瘤细胞株相对耐受,但也不能一概而论。换细胞系、换处理条件、换消化方式时,最好重新做预实验。

上机前自查清单

发布实验结果前,可以用下面这份清单快速检查:

  • 是否合并了培养上清中的漂浮细胞?

  • 是否避免了过度消化、剧烈吹打和高离心力?

  • 是否使用含 Ca2+ 的 Annexin V Binding Buffer?

  • 是否在染色后尽快上机,并保持避光?

  • 是否先做 FSC/SSC、单细胞门,再看 Annexin V/PI?

  • 是否有未染、单染、阴性、阳性对照?

  • 是否用单染对照完成补偿?

  • 是否把早期凋亡、晚期凋亡/死亡和总阳性比例分开报告?

Annexin V/PI 双染是流式检测细胞凋亡中最常用、也最容易上手的方法。但不要只盯四象限;把样本、对照、圈门和联合验证做好,数据才经得起追问。