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酶组织化学原理

酶组织化学是研究组织切片中酶活性的学科。与检测酶蛋白存在与否(无论活性与否)的免疫组织化学不同,酶组织化学检测功能性活性——酶催化其特异性反应的能力。这种功能信息通常比单纯的蛋白质存在与否与疾病状态更相关。

原理

酶组织化学依赖于捕获反应,其中酶催化反应的产物在活性位点沉淀。将组织切片在含有酶特异性底物和捕获试剂的底物溶液中孵育。酶转化底物;反应产物被捕获试剂捕获,形成不溶性的有色沉淀,在光学显微镜下可见。

反应必须满足:特异性(在所用条件下,只有该酶才能使用该底物);产物必须不溶(以保留在活性位点);沉淀必须可见(有色、荧光或电子密度高以供超微结构定位)。

固定与酶活性保存

固定是酶组织化学中最关键的变量。福尔马林和其他交联固定剂会抑制大多数酶——抑制程度取决于固定时间、温度和特定酶。短时固定(冷福尔马林或甲醛-钙中2-4小时)可保留部分酶活性,同时维持足够的形态学。未固定的冷冻切片(速冻组织的低温切片)提供最高的酶活性但形态学较差。

冷固定(4°C)可减少酶失活。丙酮固定(4°C,30-60分钟)比福尔马林更好地保存许多酶。不固定——新鲜冷冻切片可用于被任何固定剂完全灭活的酶。后固定(先进行酶反应孵育,然后固定)是一种替代方法。

检测方法

同步捕获——酶反应和捕获沉淀同时发生。底物和捕获试剂混合在孵育介质中。大多数水解酶(酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、酯酶)通过使用重氮盐作为捕获试剂的同步捕获法来显示。

孵育后偶联——酶反应产生初级反应产物,然后在第二步中与捕获试剂偶联。该方法用于初级产物不稳定或捕获试剂干扰酶活性的酶。

金属盐法——酶反应产物(如磷酸酶活性产生的磷酸盐)被金属离子(铅、钴、铜)捕获,形成不溶的、电子密度高的金属盐。这些方法适用于光学和电子显微镜。

四唑盐法——用于脱氢酶和氧化还原酶。酶将电子转移到NAD(P)或FAD,然后还原四唑盐形成有色、不溶的甲臜沉淀。不同的四唑盐(NBT、MTT、INT)产生不同颜色的甲臜(蓝色、紫色、红色)。

对照

对照对于验证酶组织化学反应至关重要。阳性对照——已知含有该酶的组织(大多数代谢酶的肝脏、磷酸酶的肾脏、脱氢酶的骨骼肌)。阴性对照——相同组织在不含底物、加入特异性酶抑制剂或用热灭活酶(煮沸切片)的情况下孵育。使用特异性酶抑制剂(如酸性磷酸酶的氟化钠)的抑制对照可确认反应是由靶酶而非交叉反应酶引起的。

应用

酶组织化学用于肌肉病理学(通过ATP酶和NADH-TR反应进行肌纤维分型——对诊断肌病至关重要)、肝脏病理学(代谢性肝病中的酶缺陷)、肾脏病理学(肾小管损伤中的酶模式)和肿瘤病理学(骨肉瘤中的碱性磷酸酶、组织细胞肿瘤中的非特异性酯酶)。虽然IHC已取代了许多酶组织化学应用,但酶组织化学在证明功能性酶活性方面仍然不可替代,特别是在肌肉和代谢性疾病诊断中。质量保证包括使用阳性和阴性对照定期验证酶活性。