螢光素酶plus螢光素助力您的發光研究

螢光素酶（luciferase）是自然界生物體內催化螢光素（luciferin）等物質發光的一類酶的統稱。和螢光素酶一樣，螢光素也是對能產生螢光的一類底物的統稱。不同的發光生物使用不同的螢光素酶催化不同的底物產生不同顏色的螢光。比較常見的螢光素酶有螢火蟲螢光素酶（firefly luciferase），細菌螢光素酶（bacterial luciferase），海洋生物螢光素酶（marine organism luciferase）等。

目前，應用最廣的是北美螢火蟲來源的螢光素酶基因及其編碼的由550個胺基酸組成的螢光素酶蛋白，螢火蟲螢光素酶與螢光素在氧氣存在的條件下發生發光反應（圖1），這個反應能將幾乎所有的輸入能量都轉化為光，能量使用十分高效。同時，反應產生螢光的組織穿透能力明顯強於綠色螢光蛋白（GFP）；該反應是酶與底物相互反應發光，具有高特異性；螢光產生的過程不需要激發光的存在，幾乎沒有背景信號，信噪比高。優點真是不要太多。

圖1.螢光素酶與螢光素的發光反應

螢光素酶在生物學領域目前主要的應用有：

1. 標記基因，將螢光素酶基因插入不同基因啟動子後成為該基因表達的報告基因，加入底物後通過檢測螢光強度來檢測目的基因的表達；
2. 標記細胞，將螢光素酶基因轉染細胞，使細胞表達螢光素酶，通過檢測其與螢光素反應產生螢光來監測細胞生長、增殖、信號轉導等細胞生命活動；
3. 標記微生物，通過電穿孔、基因插入等方式標記寄生蟲、細菌、病毒等，再通過螢光示蹤對微生物在機體內的繁殖、傳播規律以及治療藥物的篩選進行研究；
4. 活體生物體內成像，主要通過螢光素酶基因標記活體細胞、動物，然後通過活體成像系統對螢光進行檢測，能直觀、快速、無創的對活體進行檢測。目前已大量應用於腫瘤動物模型和藥物篩選中。

活體生物體內成像案例一枚（裸鼠肝臟原位成瘤模型）：

1. 取處於對數生長期的HepG2-luc細胞（穩定轉染了Luciferase基因的HepG2細胞），消化、離心、細胞計數，將約5×10 6個細胞溶於0.1 mL DMEM培養液。
2. 用3%戊巴比妥鈉麻醉小鼠，待麻醉生效後，開腹暴露肝臟，用1ml胰島素注射針取步驟1中的細胞懸液注射裸鼠肝臟，用5-0絲線縫合傷口，活力碘消毒傷口，將裸鼠放在加熱墊上，待清醒後正常飲食飼養，觀察腫瘤的生長。
3. 手術後不同時間對模型動物進行生物發光活體成像檢測，具體過程：用3%戊巴比妥鈉麻醉小鼠，再通過腹腔注射3mg底物luciferin，20~30分鐘後放入活體成像系統進行螢光檢測，並拍照記錄。

圖2.HepG2-luc肝臟原位成瘤的活體成像

圖3. B16-luc皮下成瘤的活體成像

圖4. Luc標記細胞的活體成像