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1 荧光素酶报告基因
荧光素酶的种类繁多．其中主要用于研究且广泛使用的是萤火虫荧光素酶 (Fluc)。该物质从北美萤火虫体内分离获得，是由550 个氨基酸组成的蛋白质，具有较低的的免疫原性，可以在体内长期存在。底物荧光素 (D-luciferin)，约为280 D 的小分子，脂溶性，可在全身分布。不受血脑屏障和胎盘屏障的限制。在氧气、Mg2+和 ATP 的存在下，荧光素酶可与其底物相互作用，发出波长峰值为 562 nm 的可见光，而在正常体温 37℃时，峰值转移到612 nm，超过600 nm 的波长可以将体内血红蛋白的吸收作用降到最低，使更多的光可以穿透组织和皮肤而被检测到。其他种类的荧光素酶也有不同的应用，来源于细菌的荧光素酶 (Lux) 用于原核表达系统；海肾荧光素酶 (Rluc)，在体内的代谢速度较萤火虫荧光素酶快，所发波长在460～540 nm，大部分的光被组织吸收。因此该酶主要用于对前者的对照试验或双标记实验。目前，GFP-Lnc、RFP-Luc、Luc-LacZ 以及双荧光素酶等融合报告基闪被广泛使用。
荧光素酶报告基因标记干细胞有两种方法。一是应用含 Luc 转基因动物的干细胞移植到正常实验动物体内进行活体示踪：二是应用基因转染技术进行标记。利用病毒载体将荧光素酶报告基因整合到预期观察细胞的染色体上，常用的病毒载体有慢病毒、逆转录酶病毒和腺病毒。其中，慢病毒载体可以长时间稳定表达目的基因，是构建荧光素酶报告基因载体的最佳选择；而用逆转录酶病毒构建的方法在较长时间的培养中发现表达荧光素酶内的能力下降；腺病毒转染不能将报告基因整合到细胞的染色体中，限制了示踪干细胞在体内的存活和扩增。
2 成像原理及特点
每一个荧光索酶反应后只产生一个光子，由于散射和吸收的影响，能到达体外且能被检测到的光子量很少，肉眼无法观察，因此需要一套装置来检测光子。该装置主要由 3 部分组成：低温成像 CCD 相机、成像暗箱及成像软件。生物发光的特点是不需要激发光。避免了对体内正常细胞的损伤，有利于长期观察各种生物行为；由于动物体自身不会发光，生物发光有极低的背景，检测灵敏度很高，可检测到 102 数量级的细胞；信号可以定量，从体表的信号水平直接得出发光的细胞数量；可动态观察体内细胞代谢活性及其增殖、存活情况。生物发光成像 (Bioluminescent imaging，BLI) 输出的为二维图像，使用与定性分析和定量计算，但难以实现光源的准确定位；生物发光断层成像 (Biolumineseent tomography，BLT) 可获得活体小动物体内发光光源的精确位置信息，弥补了 BLI 在精确定位上的不足。
