组织学切片与染色指南·脑组织篇 - 上海晗澄生物科技有限公司

在众多实验室样本中，脑组织无疑是最“神秘”的一个。它由上亿个神经元和胶质细胞精密连接而成，既是认知、记忆、情感的中枢，也是病理学中最复杂、最难处理的组织之一。

与大部分其他组织不同，大脑的空间结构极其立体，各个功能区在三维空间中交织分布：从大脑皮质到海马，再到纹状体、小脑、脑干——每一个区域都承载着独特的神经功能。也正因如此，取材和切片的方向往往决定了能否捕捉到研究所需的区域。

一、脑组织结构概览

脑主要由大脑半球、间脑、小脑和脑干组成。大脑左右两半球通过白质连接，灰质位于表层，主要由神经元胞体及突起、神经胶质细胞构成；白质主要由髓鞘包裹的神经纤维及胶质细胞组成。

主要脑区及特点：

大脑皮质（Cortex）：呈六层结构，从表层到深层依次为分子层、外颗粒层、外锥体层、内颗粒层、内锥体层、多形细胞层。不同区域神经元形态差异明显。

图：新皮质神经元的分层结构及不同染色方法呈现差异（Principle of Neural Science）

图：大脑皮质神经元的形态和分布（来源于网络）

海马（Hippocampus）：位于颞叶内侧，是学习与记忆的重要中枢。其组织结构分为CA1～CA4区及齿回（DG），锥体细胞和颗粒细胞排列分区明确，胶质细胞分布丰富。CA1～CA3区常用于突触可塑性研究，齿回神经发生活动显著，区内神经纤维通过珀福尔通路和舍旺通路形成经典海马回路。

图：人类海马形成区冠状切片（Nissl染色）显示细胞体分布（Principle of Neural Science）

小脑与脑干：参与运动协调及生命中枢控制，结构相对复杂，切片需根据实验目标选择。

间脑：丘脑、下丘脑等，参与感觉和内分泌调控。

二、脑组织切面选择

脑组织的切面多种多样，最常用的有冠状面（coronal）、矢状面（sagittal）和水平面（horizontal）。

图：不同切面示意图（https://faculty.washington.edu/chudler/slice.html）

1、冠状面切片：最常用，可显示皮质、海马、丘脑等典型区域。

切取位置与染色效果图：

①前额叶皮层（蓝色圈内伏隔核，红色填充前额叶皮层）

②纹状体（褐色圈内纹状体，红色圈内SVZ区）

③经典海马（绿色圈内海马，红色圈内丘脑，黄色线圈内下丘脑，黄色填充颞叶）

④黑质（绿色圈内内侧膝状体，红色圈内黑质）

2、矢状面切片：适合观察左右半球对称结构及中线区域。

图：矢状面尼式染色（https://brainmaps.org/ajax-viewer.php?datid=107&sname=n07b）

3、水平面切片：可同时看到嗅球、纹状体、海马、脑干与小脑。

图：水平面切片尼式染色（Pinskiy, Vadim et al.）

三、常用组织化学与特殊染色及其应用

1、基础组织结构与形态学观察

染色方法	主要用途	应用说明	文献图片示例
HE染色（Hematoxylin–Eosin）	观察总体结构与病理变化	最常用，基础染色，用于评估脑出血、坏死、炎症、胶质反应、血管病变等	Yan, Chaolong et al.
尼氏染色（Nissl/甲苯胺蓝）	显示神经元胞体与尼氏体	明确皮质分层结构、神经元分布与形态；经典的神经病理染色	B. Enquist, C.L. Bianco, A. Ooka et al.
LFB髓鞘染色（Luxol Fast Blue）	髓鞘形态与脱髓鞘变化	脱髓鞘病（如MS）及脑损伤研究常用	Kumar, Manoj et al.
油红O染色	脂质与髓鞘碎片	用于冷冻切片，观察脂质沉积与髓鞘降解产物	Shimabukuro, Marilia Kimie et al.

2、神经退行性病变与蛋白聚集检测

染色方法	主要用途	应用说明	文献图片示例
硫磺素S染色（Thioflavin S）	淀粉样斑块、神经纤维缠结	特异识别β折叠蛋白结构，是阿尔茨海默病（AD）研究中标准检测方法	Bhattacharya, Soumee et al.
刚果红染色（Congo Red）	淀粉样沉积物	AD与脑淀粉样血管病（CAA）经典染色，偏组织病理学应用	Jantzen, Paul T et al.
普鲁士蓝染色（Perls’ Prussian Blue）	铁沉积、出血后血铁黄素	缺血、出血模型及微出血灶分析常用	Piloni, Natacha E et al.

3、其他特殊染色与研究

染色方法

主要用途

应用说明

文献图片示例

β-半乳糖苷酶染色（SA-β-Gal）

细胞衰老标志

老年性神经变性模型中常用

Zhu, Jiahong et al.

四、脑组织常用免疫学标志物与应用方向

1、神经元类标志物

Marker	全称/蛋白类型	应用
NeuN	Neuronal Nuclei 神经元核蛋白	神经元特异性核标志；用于评估神经元密度、分布、存活率（常用于缺血、神经退行模型）。在具有认知障碍的HIV感染者大脑神经元中的细胞质定位显著。
MAP2	Microtubule-Associated Protein 2 微管相关蛋白2	常被用作树突标记，反映神经元树突完整性与损伤程度
β3-Tubulin	β3-微管蛋白	成熟神经元与轴突标志；神经分化与神经发生研究常用
DCX	Doublecortin	未成熟神经元标志；神经发生、干细胞分化模型常用

2、神经胶质类标志物

Marker	全称/蛋白类型	应用
GFAP	Glial Fibrillary Acidic Protein	星形胶质细胞标志；脑损伤、炎症、瘢痕反应的经典指标
Iba1	Ionized calcium-binding adaptor molecule 1	小胶质细胞特异性标志；用于神经炎症反应与活化状态分析
CD68	Cluster of Differentiation 68	小胶质细胞/巨噬细胞溶酶体标志；炎症激活与吞噬活性评价
Olig2	Oligodendrocyte Transcription Factor 2	少突胶质细胞谱系标志；髓鞘形成、再髓鞘化研究
MBP	Myelin Basic Protein	髓鞘蛋白；常用于脱髓鞘疾病模型检测

3、病理与疾病模型相关标志物

Marker	说明	应用领域
APP / Aβ	淀粉样β蛋白沉积检测	阿尔茨海默病（AD）
p-Tau / Tau	神经原纤维缠结检测	AD、脑外伤后病理变化
α-Synuclein	路易小体检测	帕金森病（PD）
UBIQUITIN / p62	非特异性蛋白沉积与自噬障碍	蛋白聚集病理
Caspase-3（cleaved）	缺血损伤与神经退行模型常用	神经细胞凋亡

4、血管与炎症相关标志物

Marker	说明	应用领域
CD31（PECAM-1）	血管新生与BBB结构研究	脑血管内皮
Collagen IV / Laminin	血管完整性与出血模型分析	血管基底膜
CD45 / MHC-II	脑内免疫细胞浸润、免疫活化状态	炎症免疫反应
VEGF / HIF-1α	血管再生与代偿机制研究	缺血与低氧反应

5、mIHC多重荧光免疫组化panel参考

研究内容	Panel组合	应用说明
阿尔茨海默病与神经退行性病变	β-Amyloid + p-Tau + GFAP + Iba1	同时观察淀粉样斑块、Tau病理及胶质反应
缺血性脑损伤	NeuN + GFAP + Iba1 + TUNEL	评估神经元死亡、星形胶质与小胶质活化及凋亡情况
神经炎症反应	Iba1 + CD68 + GFAP	评估炎症程度及小胶质、星形胶质的活化状态
血脑屏障与血管生成	CD31 + Claudin-5 + GFAP + Laminin	反映血管内皮、紧密连接与基底膜结构完整性
脱髓鞘与再髓鞘化	Olig2 + MBP + Iba1	观察少突细胞分化、髓鞘损伤及炎症反应

↓小鼠脑海马区mIHC染色↓

参考文献&资料：

[1] Kandel, Eric R., et al. *Principles of Neural Science*. 5th ed., McGraw-Hill, 2013

[2] https://faculty.washington.edu/chudler/slice.html

[3] https://brainmaps.org/ajax-viewer.php?datid=107&sname=n07b

[4] Pinskiy, Vadim et al. “A low-cost technique to cryo-protect and freeze rodent brains, precisely aligned to stereotaxic coordinates for whole-brain cryosectioning.” Journal of neuroscience methods vol. 218,2 (2013): 206-13. doi:10.1016/j.jneumeth.2013.03.004

[5] Yan, Chaolong et al. “Neuroprotective Effect of Oridonin on Traumatic Brain Injury via Inhibiting NLRP3 Inflammasome in Experimental Mice.” Frontiers in neuroscience vol. 14 557170. 13 Nov. 2020, doi:10.3389/fnins.2020.557170

[6] B. Enquist, C.L. Bianco, A. Ooka, E. Nilsson, J. Månsson, M. Ehinger, J. Richter, R.O. Brady, D. Kirik, & S. Karlsson, Murine models of acute neuronopathic Gaucher disease, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (44) 17483-17488, https://doi.org/10.1073/pnas.0708086104 (2007).

[7] Kumar, Manoj et al. “High-resolution magnetic resonance microscopy and diffusion tensor imaging to assess brain structural abnormalities in the murine mucopolysaccharidosis VII model.” Journal of neuropathology and experimental neurology vol. 73,1 (2014): 39-49. doi:10.1097/NEN.0000000000000023

[8] Shimabukuro, M., Langhi, L., Cordeiro, I. et al. Lipid-laden cells differentially distributed in the aging brain are functionally active and correspond to distinct phenotypes. Sci Rep 6, 23795 (2016). https://doi.org/10.1038/srep23795

[9] Bhattacharya, Soumee et al. “Galantamine slows down plaque formation and behavioral decline in the 5XFAD mouse model of Alzheimer's disease.” PloS one vol. 9,2 e89454. 21 Feb. 2014, doi:10.1371/journal.pone.0089454

[10] Jantzen, Paul T et al. “Microglial activation and beta -amyloid deposit reduction caused by a nitric oxide-releasing nonsteroidal anti-inflammatory drug in amyloid precursor protein plus presenilin-1 transgenic mice.” The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience vol. 22,6 (2002): 2246-54. doi:10.1523/JNEUROSCI.22-06-02246.2002

[11] Piloni, Natacha E et al. “Differential Effect of Acute Iron Overload on Oxidative Status and Antioxidant Content in Regions of Rat Brain.” Toxicologic pathology vol. 45,8 (2017): 1067-1076. doi:10.1177/0192623317734847

[12] Zhu, Jiahong et al. “Ginsenoside Rg1 prevents cognitive impairment and hippocampus senescence in a rat model of D-galactose-induced aging.” PloS one vol. 9,6 e101291. 30 Jun. 2014, doi:10.1371/journal.pone.0101291

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