熒光定量PCR的原理、方法及結果分析

　　熒光定量PCR的原理、方法及結果分析
　　自K. Mullis發(fā)明聚合酶鏈式反應(Polymerase chain reaction，PCR)以來，PCR技術很快成為科研、臨床診斷的熱點技術。RT-PCR（實時熒光定量PCR技術）就是在PCR的基礎上加入熒光基團，通過熒光信號的變化的實時監(jiān)測PCR的反應過程，通過對未知模板進行定量分析的方法。目前，實時熒光定量 PCR 已成為不同樣品間進行基因表達水平定量差異比較的權威性方法。在過去十幾年中，該方法迅速流行，涉及科學的多個領域，包括農業(yè)、環(huán)境、工業(yè)和醫(yī)學研究。
　　目前，qPCR技術已經廣泛應用于疾病的早期診斷、遺傳病的早期診斷、藥物研究、腫瘤的診斷與研究、食品病原微生物的檢測、轉基因食品檢測、動物疫病檢測等，除此之外，還包括：
　　● 基因擴增
　　● 擴增特異性分析
　　● 基因定量分析
　　● 基因檢測
　　● 基因分型
　　● SNP分析
　　● RFLP多態(tài)性分析
　　● 單/多基因表達研究
　　● 高通量基因表達譜研究
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　　（1）染料法
　　熒光染料可與雙鏈DNA結合，每個循環(huán)的延伸階段，染料摻入雙鏈DNA中，其熒光信號強度與PCR產物的數量呈正相關。同時，其缺點也在于其非特異性。當PCR反應中有引物二聚體或者非特異性擴增時，該染料也可以和這些非特異性擴增產物結合，發(fā)出熒光，從而干擾對特異性產物的準確定量。
　　常用的染料為SYBR Green I，各公司針對熒光信號強度、抑制作用等進行改進，也推出了很多新的染料供大家選擇。
　　Promega采用新型熒光染料BRYT Green? Dye，對qPCR反應沒有抑制作用，與雙鏈DNA結合后熒光信號更強.
　　（2）探針法
　　在PCR擴增時加入一對引物的同時加入一個特異性的熒光探針，該探針為一寡核苷酸：5’端標記一個報告熒光基團，3’端標記一個淬滅熒光基團。探針完整時，報告基團發(fā)射的熒光信號被淬滅基團吸收;PCR擴增時，Taq酶的5'-3'外切酶活性將探針酶切降解，使報告熒光基團和淬滅熒光基團分離，從而熒光監(jiān)測系統(tǒng)可接收到熒光信號。
　　（3）熒光定量
　　一般而言，熒光擴增曲線可以分成三個階段：熒光背景信號階段、熒光信號指數擴增階段和平臺期。在熒光背景信號階段，擴增的熒光信號被熒光背景信號所掩蓋，無法判斷產物量的變化;在平臺期，擴增產物已不再呈指數級增加，PCR終產物量與起始模板量之間沒有線性關系，無法計算起始模板拷貝數。因此只有在熒光信號指數擴增階段，PCR產物量的對數值與起始模板量之間存在線性關系，故選擇在這個階段進行定量分析。為了定量方便，在實時熒光定量 PCR 技術中引入了幾個重要的概念：擴增曲線、熒光閾值、CT值。
　　注：
　　橫坐標：代表擴增循環(huán)數;
　　縱坐標：代表熒光強度，每個循環(huán)進行一次熒光信號收集。
　　熒光閾值(Threshold)
　　在熒光擴增曲線上人為設定的一個值，它可以設定在熒光信號指數擴增階段任意位置上，但一般熒光閾值的設置是PCR反應前3-15個循環(huán)熒光信號標準偏差的10倍。(如下圖)
　　每個反應管內的熒光信號到達設定閾值時所經歷的循環(huán)數。每個模板的Ct值與該模板的起始拷貝數的對數存在線性關系，起始拷貝數越多，Ct值越小。利用已知起始拷貝數的標準品可作出標準曲線，其中橫坐標代表起始拷貝數的對數，縱坐標代表Ct值。因此，只要獲得未知樣品的Ct值，即可從標準曲線上計算出該樣品的起始拷貝數。同時，對于熒光PCR實驗來說，CT值也是判讀樣品陰陽性的重要指標。(如下圖)
　　實驗室應用
　　PCR檢測方法在臨床醫(yī)學及實驗室檢驗中最有價值的應用領域就是對感染性疾病的診斷。理論上，只要樣本有一個病原體存在，PCR方法就可以檢測到。該方法對病原體的檢測解決了免疫學檢測的“窗口期”問題，常用于疾病的早期診斷，可判斷疾病是否處于隱性或亞臨床狀態(tài)。
　　大量的熒光定量PCR研究資料表明，病原體數量與感染性疾病病情的輕重程度、傳染性及治療效果均有相關性。因此，通過熒光定量PCR方法得到的檢測結果，一定程度上可以準確反映疾病感染的情況。
　　除此之外，也可以見于腫瘤分子機制、遺傳病篩查、樣本成分鑒定等多方面的實際應用中。