利用实时定量PCR分析基因相对表达量

METHODS 25, 402–408 (2001)

Analysis of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR and the 2^－△△CT Method

Kenneth J. Livak* and Thomas D. Schmittgen^¶,1

*Applied Biosystems, Foster City, California 94404; and ¶ Department of Pharmaceutical Sciences, College of Pharmacy,

Washington State University, Pullman, Washington 99164-6534

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摘要：

现在最常用的两种分析实时定量PCR 实验数据的方法是绝对定量和相对定量。绝对定量通过标准曲线计算起始模板的拷贝数；相对定量方法则是比较经过处理的样品和未经处理的样品目标转录本之间的表达差异。2^－△△CT方法是实时定量PCR 实验中分析基因表达相对变化的一种简便方法，即相对定量的一种简便方法。本文介绍了该方法的推导，假设及其应用。另外，在本文中我们还介绍了两种2^－△△CT衍生方法的推导和应用，它们在实时定量 PCR 数据分析中可能会被用到。

关键词：反转录PCR 定量PCR 相对定量 实时PCR Taqman

反转录 PCR （RT-PCR ）是基因表达定量非常有用的一种方法（1 - 3 ）。实时PCR 技术和RT-PCR 的结合产生了反转录定量 PCR 技术（4 ,5 ）。实时定量 PCR 的数据分析方法有两种：绝对定量和相对定量。绝对定量一般通过定量标准曲线来确定我们所感兴趣的转录本的拷贝数；相对定量方法则是用来确定经过不同处理的样品目标转录本之间的表达差异或是目标转录本在不同时相的表达差异。

绝对定量通常在需要确定转录本绝对拷贝数的条件下使用。通过实时 PCR 进行绝对定量已有多篇报道（6 - 9 ），包括已发表的两篇研究论文（10,11 ）。在有些情况下，并不需要对转录本进行绝对定量，只需要给出相对基因表达差异即可。显然，我们说 X 基因在经过某种处理後表达量增加 2.5 倍比说该基因的表达从1000 拷贝/ 细胞增加到2500 拷贝/ 细胞更加直观。

用实时PCR 对基因表达进行相对定量分析需要特殊的公式、假设以及对这些假设的验证。2^－△△CT方法可用于定量PCR 实验来计算基因表达的相对变化：2^－△△CT公式的推导，以及实验设计，有效性评估在Applied Biosystems User Bulletin No.2（P/N4303859）中有介绍。用2^－△△CT方法分析基因表达数据在文献中也有报道（5,6）。本文介绍了该方法的推导、假设以及应用。另外，本文还介绍了2^－△△CT两种衍生方法的推导和应用，它们在实时定量PCR 数据分析中都可能被用到。

1. 2^－△△CT方法

1.1. 2^－△△CT方法的推导

PCR 指数扩增的公式是：

这里，X_n 是第 n 个循环後目标分子数，X₀ 是初始目标分子数，E_x 是目标分子扩增效率，n 是循环数，C _T 代表目标扩增产物达到设定阈值所经历的循环数。

因此：

X _T 是目标分子达到设定的阈值时的分子数。C ^T,X 是目标分子扩增达到阈值时的循环数。K_x 是一个常数。

对于内参反应而言，也有同样的公式：

用X_T 除以R_T 得到：

对于使用 Taqman 探针的实时扩增而言， X_T 和 R_T 的值由一系列因素决定：包括探针所带的荧光报导基团、探针序列对探针荧光特性的影响、探针的水解效率和纯度以及荧光阈值的设定。因此常数K 并不一定等于1 。

假设目标序列与内参序列扩增效率相同：

或：

X_N 代表经过均一化处理过的初始目标分子量；△C_T表示目标基因和内标基因C_T值的差异（C_T,X－C_T,R ）整理上式得：

最后用任一样本q 的X_N 除以参照因子（calibrator, cb）的X_N得到：

在这里

对于一个少于150bp 的扩增片断而言，如果 Mg²⁺ 浓度、引物都进行了适当的优化，扩增效率接近于1 。因此目标序列的量通过内均一化处理之后相对于参照因子而言就是