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人类X染色质的制备与观察

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摘要：X染色质（巴氏小体）是由雌性哺乳动物体细胞中失活的X染色体在间期细胞核中呈异固缩状态（染色质高度螺旋化），形成直径约1μm、贴近于核膜边缘的染色小体。在本实验中，我们选取口腔粘膜、头发根鞘细胞制备 X 染色质，通过染色、压片等方法观察巴氏小体在细胞核内的分布及形态等特征，目的是通过实验掌握观察与鉴定人类X染色质的方法、在显微镜下正确识别X染色质的形态特征及所在部位，以及了解X染色体失活的有关假说和失活X染色体上的基因所控制的遗传性状的特点，为进一步研究人类染色体畸变与疾病的关系提供基础方法、为遗传病临床诊断提供参考。通过此次实验，我们达到了实验预期，取得了良好的实验效果。

关键词：X染色质（巴氏小体）、口腔黏膜细胞、头发根鞘细胞

1.引言

X染色质小体（或称巴氏小体、性染色质小体、X小体等）是由雌性哺乳动物体细胞中失活的X染色体在间期细胞核中呈异固缩状态（染色质高度螺旋化），形成直径约1μm、贴近于核膜边缘的染色小体。巴氏小体在细胞分裂间期细胞核中出现异固缩现象，表现出浓缩、染色深、无活性的特点。巴氏小体在细胞分裂期可形成正常的染色体形态，但复制时间比有活性的X染色体稍迟一些。巴氏小体在正常女性体内是由女性两个 X 染色体中的一个失活形成，位于间期细胞核中，紧贴核膜内缘，大小约 1～1.5 μm，呈现三角或椭圆形小体。巴氏小体在女性体内数量为X染色体数减1。”

1949年，Barr在猫神经元核仁附近发现一种染色很深的小体，他仔细研究发现这种小体出现在大多出现在雌猫神经元中，雄猫的神经元中则极少出现，即这种小体与性别有关。Barr称这种小体为“核仁随体”，并推测小体是由两条性染色体的异染色质衍化来的。他以更多的哺乳纲的代表性动物的不同组织做了观察，结果发现有袋类、偶蹄类、翼手类、食肉类、灵掌类（包括人类）的多种组织的体细胞中，同样显示这种性别差异（即雌雄二型现象）。观察X染色质小体数在当时成为检测X染色体数是否产生变异的快捷方法。Barr与很多科学家合作，利用这一方法，对各类性畸形、智力缺陷患者进行检测。一些性畸形分析结果后来被核型分析所证实。

1956年后人类核型分析技术相对成熟，但X染色质小体检测仍旧是在人群中大规模筛检X染色体数畸变个体的简便办法。“简便”的一个重要原因在于检测方法的重大改进。最初检测X染色质小体用的是皮肤活体组织，取材不便。Moor与Barr（1955）改用口腔黏膜上皮细胞进行检测取得了成功，这即是今天临床及研究上广泛使用的颊涂片。这使取材、制片都变得非常简单（毛发的根鞘等组织也可用于检测）。

1960年，Ohno和Hauschka发现，X染色质小体实际上是一条在细胞分裂间期，收缩的、异染色质化的X染色体，与核仁并无关系，也不是Barr推测的那样由两条性染色体各贡献一部分异染色质形成。受此启发，Lyon（1961，1962）研究了小鼠X染色体连锁的皮毛颜色基因突变体，进一步指出异染色质化的X染色体可以来自父方，也可以来自母本；异染色质化的染色体在遗传上没有活性（后来的研究表明异染色质化的染色体中还是有部分基因保持活性）；这种随机失活是性别决定为XX-XY的动物为平衡两性之间性染色体上的基因剂量而采取的一种特殊的调控方式（因为Y染色体上的基因数量很少，因此雌性个体必须通过减少

X染色体上基因剂量的方式使两性个体间基因剂量取得均衡），即所谓的“剂量补偿”，这是X染色体失活的意义所在。在一个个体中，不论其X染色体数目是几个，保持活性的仅一个，也即X染色质数等于一个个体的X染色体数减1。几乎与Lyon同时，Beutler等（1962）在研究红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺陷症嵌合体女性时发现，这种女性的红细胞可分为两类：一种是缺陷型的，一种是正常的；他们独立提出了Lyon类似的思想。

人们对X染色体失活的机制、不同物种的剂量补偿方式及机制等问题进行了广泛、深入地探讨，成了生物学研究的热点问题。目前虽然很多问题并未完全弄清，但取得了不少进展。据研究，X染色体的失活始于胚胎发育早期，在X染色体长臂靠近着丝点的一段序列控制X染色体的失活，这段序列称为X染色体失活中心（XIC），将这段序列通过易位方式转移到常染色体，也能引起常染色体失活。XIC中含有一个转录后不翻译的RNA基因：Xist，它的表达量与X染色体的失活有关。用标记的XistRNA与正常女性体细胞进行原位杂交，结果显示XistRNA所处的位置正是X染色质小体出现的位置。

制备两种染色质的方法有多种，Schwarzacher（1974）曾对传统的制备方法做过详尽的综述。在本实验中，我们将选择口腔黏膜细胞和毛囊细胞两种材料，用两种传统的细胞生物学方法制备并观察X染色质小体。

2.材料和方法

2.1 材料、试剂和器材

实验材料：口腔黏膜细胞、毛囊细胞

实验试剂：硫瑾染液、1mol/L HCl、45%的醋酸、蒸馏水

实验器材：显微镜、盖玻片、载玻片、牙签、镊子（或解剖针）、吸水纸、吸管、记号笔

2.2 方法

2.2.1口腔颊部黏膜细胞巴氏小体的观察

（1）口腔颊部黏膜细胞的获取

取一个干净的载玻片，用记号笔在即将涂细胞的一面作标记。先用清水将口腔漱净，尽可能除去口中的杂物。然后用牙签钝头在口腔一侧用力刮取，弃去第一次得到的刮取物，在同一部位继续刮取。将刮得的细胞涂抹在干净载玻片上。反复几次，使载玻片上的材料尽量厚些。

（2）染色

将载玻片晾干后，用1mol/L HCl解离10分钟。之后弃去HCl，水洗3次（在载玻片反面冲水）。然后用硫瑾染色3～8分钟。最后漂洗并且晾干。

（3）镜检

先用低倍镜进行观察，找到形态较清晰的细胞后再转用高倍镜进行观察。 2.2.2 毛囊细胞巴氏小体的观察

（1）毛囊细胞的获取

拔取一根毛根比较大的毛发，这毛发可用头发或其他部位（如手臂上的毛发）均可。如可能，尽量选用白色或浅颜色的毛发。在一张干净的载玻片中央滴一滴45%的醋酸，将毛根浸渍其中，解离5min。待毛根稍软后用镊子尖或解剖针尖将外层毛囊的组织细胞轻轻刮下。弃去毛干。用解剖针将载玻片上的组织细胞均匀摊平。摊平的材料在空气中晾干。

（2）染色

用硫瑾染色10分钟，之后压片（压片前可先用解剖针敲盖玻片）。 （3）镜检

先用低倍镜进行观察，找到形态较清晰的细胞后再转用高倍镜进行观察。

3.结果

高倍镜（10×40）下观察的口腔黏膜细胞与毛囊细胞如图一所示。

核体

核体

X染色质小体

X染色质小体

1 2

细胞体

细胞体

核体

核体

3

图一高倍镜下口腔黏膜与毛囊细胞

图1女生口腔黏膜细胞装片图2 女生毛囊细胞装片 图3 男生口腔黏膜细胞装片 图4 男生毛囊细胞装片

4

（1）在显微镜下观察发现，口腔黏膜细胞和毛囊细胞被染成淡蓝色，细胞核被染成深蓝色，X染色质小体染色更深，接近紫色。X染色质小体在显微镜下为一个结构致密、轮廓清楚染色较深的小体，往往位于核膜边缘，其形状大多呈卵圆形。

（2）毛囊细胞是多核细胞，因此在一个细胞中可以观察到多个核。图4可以很明显地观察出该毛囊细胞中含有2个核体。

（3）由图3、图4可以看出，用男生细胞制作的装片中的细胞核内物质均匀，但基本观察不到巴氏小体。由图1、图2可以看出，女生的口腔黏膜细胞或者毛囊细胞一部分的装片可以看到明显的X染色质小体。

（4）女生口腔黏膜和毛囊装片中观察到的巴氏小体大多数位于核膜边缘，这是因为在细胞周期S期中，异染色质比真染色质更晚进行复制，由于它的螺旋化与其他染色体不同步，而至使被推挤到核膜边缘。

（5）在此次实验中，显微镜视野中观察得到的含有X染色质小体的细胞数较少，50个细胞中6个细胞含有X染色质小体，所占的百分比为12%。

4.讨论

（1）在本次实验中，使用的载玻片事先浸泡在乙醇中，其目的是脱脂。脱脂后的载玻片干净，而且细胞易于贴附。载玻片从乙醇中拿出后要自然晾干，不要用吸水纸擦，否则会把载玻片擦脏。

（2）在口腔颊部黏膜细胞获取的步骤中，用清水将口漱净的目的是尽可能除去口中的杂物；用牙签钝头在口腔一侧用力刮取，弃去第一次得到的刮取物，在同一部位继续刮取的

目的是取得深层的表皮细胞。

（3）口腔颊部黏膜细胞获取后不要让材料在空气中干燥，否则会使细胞变形。将载玻片在空气中晾干，这样细胞就可以紧贴在载玻片的表面。

（4）对于女性来说，X染色质小体也不是每个细胞都能看到，因为观察角度不同，可能会被遮掩或者受细菌的干扰。男性也会有X染色质小体，因为男性细胞中的 X 染色体在极少数情况下可进入异染色质状态，从而成为被观测到的“巴氏小体”，这类细胞通常是暂时活动减弱或进入休眠的细胞。在正常女性口腔粘膜细胞中，X染色质约占15%左右，平均16.4%，不超过30～35%，仅含1个X染色质。而在正常男性口腔粘膜细胞中，X染色质只占0～3%，平均0.7%。

（5）在毛囊细胞获取的步骤中，如果可能则尽量选用白色或浅颜色的毛发，这样在制片中就可减少色素的干扰。

（6）剥取毛囊细胞的过程中要待毛根稍软后用镊子尖或解剖针尖将外层毛囊的组织细胞轻轻刮下。注意不要用力太大，否则可能将毛发上的色素细胞一起刮下，影响制片的效果。

（7）毛囊细胞X染色质小体的观察实验步骤中，压片前可先用解剖针敲盖玻片的实验目的是使细胞分散。

（8）口腔颊部粘膜细胞和毛囊细胞的染色时间要适宜。染色时间过短，则X染色质着色较浅，不容易观察实验现象；染色时间过长，则细胞核质着色深，X 染色质不容易区分。

（9）毛囊细胞用硫瑾染色10分钟后，染色液不用洗掉，盖上盖玻片后用吸水纸将多余染色液吸干即可。

（10）镜检时，要选择核质染色呈网状或颗粒状、核膜清晰无缺损、染色适度、周围无杂质的细胞观察。X染色质小体在显微镜下为一个结构致密、轮廓清楚染色较深的小体，一般靠近核膜处，约1～1.5μm大小。X染色质小体的形状多样，有卵圆形、三角形、月牙形、线性等。

（11）如果在镜检时发现细胞核质染色过深，可以用滴管吸取95%的乙醇，向载玻片上的材料滴乙醇。注意滴的时候载玻片竖直放置，使乙醇滑过材料。

（12）在观察X染色质小体时常常无法确认某一黑点是不是X染色质小体，此时可以调节细准焦螺旋，一般X染色质小体形状不会变化，而杂质一般会有变化。另外，X染色质小体和细胞核应该处于同一焦平面，这一点也有助于确认某一黑点是不是X染色质小体。在此次实验中，我们发现显微镜视野中有较多黑点，说明载玻片上杂质较多。可以将载玻片重新用洗涤剂洗干净，然后放入乙醇中浸泡，之后取出。这样做可以更好地清洗载玻片，从而使显微镜视野中的杂质减少。

（13）人类的X染色质常附着于核膜内侧，这个位置就是晚复制的X染色体所处的位置。一般来说，在动物细胞中，X染色质可以处于三种位置：靠近核仁、靠近核膜、或者自由地处于核区内。这种位置，对于每一种来说是相对固定的。

（14）处于核膜内侧的X染色质在压片时可能被压在核的中央。这种情形下，X染色质很容易与核中其他的着色的结构相混。

参考文献

［1］ 张文霞，戴灼华.遗传学实验指导.北京：高等教育出版社，2007. ［2］ 杨大翔.遗传学实验（第二版）.北京：科学出版社，2010.