免疫分型
免疫分型在流式細胞術的應用中常見，它利用流式細胞術的能力同時分析混合細胞群的多個參數。免疫分型基本的形式就是使熒光偶聯抗體與細胞表面對應的抗原特異性結合，之后利用流式細胞儀，根據細胞表面的熒光對細胞做出分析。大多數抗原都有特定的分化亞群編號或者CD編號，對應的抗體用相同的方式命名。
大多數免疫細胞都有特定的CD標記，這些細胞標記稱為譜系標記，用于定義特定細胞群，以便在每個免疫分型實驗中進行額外分析。例如T細胞標記物(CD3, CD4, CD8)， B細胞標記物(CD19, CD20)，單核細胞標記物(CD14, CD11b)和NK細胞標記物(CD56, CD161)。
除了定義細胞群的譜系標記外，還使用其他標記來描述每個細胞群的特征。這些標記包括激活標記(CD69、CD25、CD62L)、記憶標記(CD45RO、CD27)、組織歸巢標記(α4/β7)和趨化因子受體標記(CCR7、CCR5、CXCR4、CCR6)等。通常，免疫分型還針對細胞內標記物，如FoxP3(定義Treg細胞)、細胞因子(IFN-γ、TNF-α、IL-2定義Th1細胞)、增殖標記物(Ki67、CFSE)和抗原特異性標記物等。
抗原特異性反應
在抗原特異性反應中，使用特定抗原刺激細胞，之后通過MHC多聚體來尋找細胞因子產生、細胞增殖、細胞激活、細胞記憶或抗原識別等。MHC多聚體是化的MHC單體(MHC-I或MHC-II)以四聚體、五聚體或右旋聚體的形式結合在熒光鏈霉親和素骨架上。這些MHC多聚體被“裝上"特定的抗原，之后與識別該抗原的T細胞結合，用來表明T細胞對特定抗原的反應水平。抗原特異性反應通常用于疫苗研究。
胞內因子檢測
胞內細胞因子檢測通常使用蛋白轉運抑制劑(Brefeldin A或Monensin)處理細胞2-12小時，使細胞產生的各種細胞因子在胞內積累，便于更好地檢測。在這個處理過程中，細胞可以被各種抗原刺激(例如疫苗中的多肽)，以檢測細胞的免疫反應。在蛋白質轉運抑制劑處理完畢后，對細胞進行活力標記和細胞表面標記染色，之后進行固定和滲透，以使細胞因子抗體進入細胞內染色。
細胞增殖檢測
細胞增殖可以通過幾種不同方法來測定，這些方法可靶向與細胞增殖相關的事件，例如將胸苷類似物(BrdU)摻入復制中的DNA、可遺傳染料的世代跟蹤、增殖相關抗原(Ki67、PCNA)的表達檢測等。
細胞凋亡檢測
流式細胞術利用與凋亡相關的級聯事件的靶點進行細胞凋亡檢測：膜聯蛋白V(Annexin V)靶向易位的細胞質膜進行染色；TUNEL(TdT dUTP Nick End Labeling)靶向內切酶消化的DNA進行標記；抗體和染料靶向半胱天冬酶（Caspases）的激活；確定線粒體膜電位的染料靶向線粒體凋亡；Hoescht 33342靶向細胞核中的染色質凝聚。
Annexin V是一種磷脂結合蛋白，能夠與細胞凋亡過程中被轉運到細胞膜外表面的磷脂酰結合。Annexin V應與排除活性染料(如碘化丙啶)聯合使用，以確保Annexin V與磷脂的結合發生在細胞膜外表面。
TUNEL是一種利用末端脫氧核苷酰轉移酶(TdT)的能力，用dUTP(脫氧尿苷三磷酸)或BrdU標記與凋亡相關的DNA斷裂末端的技術。dUTP或BrdU用熒光色素標記用于檢測，在數據采集之前用DNA染料對細胞進行反染色
Caspase信號通路會在大多數細胞凋亡過程中被激活，其產生的活化Caspase 3能夠被相應的細胞內染色劑和抗體特異性結合。
檢測線粒體凋亡的方法是使用染料JC-1來檢測線粒體膜電位。此外，有一種抗體可針對APO2.7——一種僅在細胞凋亡過程中表達且定位于線粒體膜上的蛋白。
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