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Immunology and Infection

抑制接枝反应性免疫的调节性巨噬细胞的功能表征

Published: June 7, 2017 doi: 10.3791/54242

Summary

巨噬细胞是造血系统的塑料细胞,在保护性免疫和体内平衡方面起关键作用。在本报告中,我们描述了优化的体外技术,以表型和功能表征在耐受性条件下积累在移植器官中的移植物浸润调节性巨噬细胞。

Abstract

移植器官中的巨噬细胞积累早已被认为是同种异体移植排斥的特征1 。免疫原性单核细胞在移植后早期浸润同种异体移植,对移植的器官发生移植反应性反应,并引发器官排斥反应2 。最近的数据表明,抑制性巨噬细胞有助于成功的长期移植3 ,是诱导移植耐受所需要的4 。这表明巨噬细胞个体发育,激活和功能的多维概念,这需要一个新的路线图来分离和分析巨噬细胞功能5 。由于巨噬细胞的可塑性,有必要根据组织环境提供分离和表征巨噬细胞的方法,并根据不同的情况来定义它们的功能。在这里,我们描述作为移植浸润巨噬细胞免疫表征的方案,以及我们用于功能评估其抑制CD8 + T增殖和促进体外 CD4 + Foxp3 + Treg扩增的能力的方法

Introduction

该方案描述体外技术,以研究从心脏同种异体移植物分离的组织浸润巨噬细胞的功能,根据其调节T细胞应答的能力。在文献中广泛描述,荧光细胞跟踪染料与流式细胞术结合,是研究特定细胞类型在体外体内的抑制功能的有力工具我们的方案遵循用于监测体外淋巴细胞增殖的羧基荧光素琥珀酰亚胺酯(CFSE)方法。

当CFSE标记的细胞分裂时,其后代获得羧基荧光素标记分子数量的一半。通过流式细胞术相应的细胞荧光降低可用于评估细胞分裂,监测抑制性巨噬细胞调节T细胞免疫应答的能力。由于CFSE是基于荧光素的染料,因此它与br相容其他荧光染料范围广,适用于多色流式细胞术。用于表型分析的荧光染料的适当选择对于避免过度的光谱重叠以及不能识别抗体阳性细胞,特别是可见蛋白染料如CFSE 7也是重要的

使用荧光染料与测量细胞增殖的替代技术(例如使用放射性标记的胸苷(TdR) 8的胸苷掺入测定法)有很多优点。该测定法利用在有丝分裂细胞分裂期间掺入新染色体DNA链中的氚标记的胸苷( 3 H-TdR)。与该测定相关的安全性问题是放射性同位素的使用,因为使用闪烁β型计数器来测量从细胞中回收的DNA中的放射性,以便确定细胞分裂的程度。在方法上,氚标记的胸苷屁股ay不足以适应重要的临床实验室限制,如细胞数量少,染色后延迟分析。相反,已经显示CFSE染色可以预防细胞增殖并干扰关键活化标记,如CD69,HLA-DR和CD25 9 。因此,了解各种方法的优点和局限性,特别是在使用多种染料跟踪不同细胞类型的多色研究中,对获得准确和可重现的结果至关重要。

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Protocol

在这项研究中,小鼠按照美国农业部的指导方针和“实验动物护理和使用公共卫生服务指南”的建议。涉及动物使用的所有实验技术均按照西奈山医学院的制度动物护理和利用委员会(IACUC)批准的方案进行。

媒体准备

  1. 通过使用2mM L-谷氨酰胺,1mM丙酮酸钠,0.1mM非必需氨基酸,5mM HEPES和0.05mM 2,制备具有10%FBS和1%青霉素 - 链霉素(10,000U / mL)的完整RPMI 1640培养基巯基乙醇。

2.同种异体移植物隔离和单细胞悬浮液

注意:Corry和合作者最初描述了肺动脉和下腔静脉的移植和吻合技术,并可在Liu&Kangs =“xref”> 10,11图1A )。

  1. 在感应室中用4-5%异氟烷麻醉移植的小鼠。通过颈椎脱位牺牲。
  2. 用标准剪刀做中线腹部切口,取出腹部内容物使主动脉局部化。
    注意:移植的心脏将在受体腹主动脉右侧( 图1B )。
  3. 使用精细的尖牙镊子轻轻拉出移植物,并将其立即放入冰冷的RPMI培养基中。
    注意:使用手术剪刀将移植物与主动脉分离可能会损伤移植物,并导致一些组织保持粘附于受体。
  4. 在收集所有移植物后,将其移至无菌培养罩中进行组织处理。将移植物置于陪替氏培养皿中,使用无菌,钝性,显微外科剪刀将组织切成小块(1毫米)。
  5. 用锋利的牙齿forceps,将片段转移到具有5mL胶原酶A(0.1mg / mL无菌1x PBS中的胶原酶)的50mL管中。在37℃浴中孵育1小时。
  6. 加入5 mL RPMI培养基中和胶原酶,并借助1 mL注射器的柱塞将样品转移通过100μm过滤器。
  7. 在4℃下将样品以400xg的速度旋转5分钟。
  8. 将沉淀重悬于1mL的ACK裂解缓冲液中。混合均匀并在4℃下孵育5分钟。
  9. 加入1mL RPMI培养基以中和裂解缓冲液,并在4℃下以400×g的速度旋转样品5m。
  10. 将细胞沉淀重悬于200μLRPMI培养基中,并将其转移至5 mL聚丙烯圆底管中。
    注意:聚丙烯管支持较少的粘附。此外,将电池维持在低温(例如4℃)下降低粘附性。

3.使用荧光激活细胞分选分离移植物浸润性巨噬细胞ING

  1. 通过使用Fc受体阻断单克隆抗体(大鼠抗小鼠CD16 / 32)阻断骨髓细胞上的不需要的特异性结合。在表面染色前15分钟加入每个样品1-2μL。
  2. 用抗小鼠CD11b Percp / Cy5.5(RPMI培养基中的最终浓度为0.6μg/μL),抗小鼠CD45 APC / eFluor780(0.6μg/μL),抗小鼠Ly6C APC(2μg/μL)和抗小鼠Ly6G Pe / Cy7(2μg/μL)。用铝箔覆盖管,以保护荧光抗体免受光照,并将冰箱中的管在4℃孵育45分钟。
    注意:对于单染色补偿,准备阴性对照管(无染色)和管,每个荧光染料单独标记细胞。为了帮助建立门,特异性对照可以特别用于Ly6C(IgG2a)和Ly6G(IgG2b)。
  3. 用RPMI培养基洗涤细胞两次,并在4℃下以400xg旋转5分钟。使用台盼蓝和血细胞计数细胞并将其在每1×10 6个细胞中的1mL RPMI培养基中稀释。分选前,将样品转移到5 mL,70μm的细胞过滤器管帽上。加入DAPI(1μg/ mL)作为细胞活力标记,并进行分类。
  4. 因为巨噬细胞是敏感和脆弱的细胞,将排序条件设置为20 psi,并使用100μm喷嘴大小,以使用4通纯度模式分离巨噬细胞。
  5. 在5 mL聚丙烯管中,用1 mL RPMI培养基准备收集管。
  6. 使用分拣机软件打开新的实验,并用空白面板选择空白实验来定义设置。
  7. 设置一个点图,显示所有白细胞的正向(FSC)对( vs. )侧向散射(SSC)和门,不包括具有最低前向和侧向散射的碎片和团块。从这个父门,创建一个新的点图显示SSC DAPI和门DAPI单元格。
    1. 在这个新门槛的人口中,创建广告显示CD11b CD45和门对双阳性(CD11b + CD45 + )巨噬细胞和嗜中性粒细胞的图。
    2. 从这里,创建一个显示Ly6C Ly6G的最终点图,并筛选所需的群体:Ly6C hi Ly6G - ,Ly6C lo Ly6G -和Ly6C int Ly6G +图2 )。
  8. 分选后,检查纯度和细胞活力(> 90%),并在4℃下以400xg旋转收集管5分钟。使用台盼蓝和血细胞计数器计数细胞,并在完整的RPMI培养基中以所需浓度( 例如, 1×10 6巨噬细胞/ mL)重悬。
  9. 在96孔圆底板中每孔50×10 3个巨噬细胞,终体积为100μL的完整RPMI培养基。将细胞在37℃和5%CO 2下不受干扰至少24小时。

隔离n的T细胞使用荧光激活细胞分选

注意:C57BL / 6-Foxp3tm1Flv / Jn是用单克隆红色荧光蛋白(mRFP)共同标记表达Foxp3(叉头盒P3)基因的细胞的X连锁靶向敲入小鼠株。

  1. 麻醉并牺牲C57BL / 6和C57BL / 6-Foxp3tm1Flv / J(H-2b)小鼠,如先前在步骤2.1中所述。分离脾脏和淋巴结(LN:腹股沟,腰椎,轴,臂和颈),并迅速将其置于冰冷的RPMI培养基中。
  2. 为了隔离LN,将鼠标放置在仰卧位置,从底部到顶部进行中线皮肤切口,小心地切开腹膜并轻轻地将皮肤分开。一旦收集所有腹股沟,腰椎,腋窝,肱动脉和子宫颈LN( 图1C ,红色着色),切开腹膜并分离肠道左上方的脾脏。
  3. 使用放置的100μm滤器分解脾脏和LN在50mL管的顶部。使用1-mL注射器的柱塞,轻轻按压组织。用RPMI培养基冲洗过滤器多次,直到清洁干净。
    注意:每只小鼠的LN和脾脏可以在同一根管中汇集在一起​​。
  4. 在4℃下以400xg的速度旋转5分钟。
  5. 将沉淀重悬于2 mL ACK裂解缓冲液中。混合均匀并在4℃下孵育5分钟。
  6. 加入2mL RPMI培养基以中和裂解缓冲液。在4℃下以400xg的速度旋转5分钟。
  7. 将细胞沉淀重悬于200μLRPMI培养基中,并将其转移至5 mL聚苯乙烯圆底管中。
  8. 用于抗小鼠CD4 APC(0.6μg/μL)和/或抗小鼠CD8 PeCy7(2μg/μL)的染色。用铝箔覆盖管,以保护荧光抗体免受光照,并将管在冰箱中孵育4℃45分钟。
    注意:对于单染色补偿,准备阴性对照管(无染色)和细胞与每个荧光染料单独标记的细胞管。
  9. 用RPMI培养基洗涤细胞两次,并在4℃下以400xg旋转5分钟。使用台盼蓝和血细胞计数器计数细胞。
    注:CFSE染料以羧基荧光素二乙酸酯琥珀酰亚胺酯粉末的形式提供,通常为50μg。加入18μLDMSO至一瓶CFSE,最终储存液为5 mM,储存于-20°C几个月。
  10. 对于CFSE标记,在PBS中以浓度高达10 6个细胞/ mL的浓度,从储备溶液中以5μMCFSE的最终工作浓度重新悬浮CD8染色的细胞。如前所述将它们在20℃的浴中孵育5分钟。
    注意:(关键步骤)对于低浓度(≤106/ mL)的细胞,必须在添加的蛋白质存在下对细胞进行标记以缓冲CFSE的毒性作用。因此,PBS可以含有5%FBS。请注意,如果我使用ium,游离氨基酸可能通过竞争CFSE降低标签效率。
  11. 用2 mL RPMI培养基中和CFSE。在4℃下以400xg旋转5分钟。每1×10 6 CD8 T细胞添加1 mL RPMI培养基。
  12. 分选前,将样品转移到5 mL管帽上的70μm细胞过滤器上。加入50μL1x DAPI(1μg/ mL)作为细胞活力标记,并进行分选。
    注意:1x表示试剂与其他成分的比例为1:1。
  13. 将排序条件设置为20 psi和100μm喷嘴大小,以隔离双阳性CD8 + CFSE + T细胞( 图3A )。
  14. 使用1 mL RPMI培养基在5 mL聚丙烯管中准备收集管,并进行分类。
  15. 使用分拣机软件打开新的实验,并用空白面板选择空白实验来定义设置。
  16. 对于CD4 + T细胞分离,设置一个点图播放FSC对SSC和淋巴细胞上的门,不包括碎片以及大颗粒细胞,如树突状细胞。
    1. 从这个父门,创建一个新的点图显示SSC与DAPI和门DAPI单元格。
    2. 在这个新门控的人群中,创建一个点图,显示SSC与CD4分离所有CD4 +细胞( 图3B )。或者,可以使用抗CD3单克隆抗体来确保纯T细胞群的分离。
      注意:小部分CD4 + T细胞(5-10%)应该是Foxp3 + mRFP +
  17. 分选后,检查纯度和细胞活力(> 90%),并在4℃下以400xg旋转收集管5分钟。使用台盼蓝和血细胞计数器计数细胞。使用每2×10 6个 T细胞1mL的完全RPMI培养基重悬。
  18. 通过用预先分选的巨噬细胞培养T细胞来建立抑制测定。板10 x 10 4 CD4 + T和10×10 4个 CD8 + CFSE + T细胞在最终体积为100μL的完整RPMI培养基中。在37℃和5%CO 2孵育96小时。
    注意:以1:4的比例使用巨噬细胞和T细胞。
  19. 通过在使用它们之前将T细胞激活剂CD3 / CD28磁珠洗涤在2mL PBS中来刺激T细胞分裂,以清除含叠氮化物的缓冲液。每孔加入5μL小鼠T细胞激活剂CD3 / CD28珠。
    注意:磁珠与抗原呈递细胞大小相似,并与抗CD3和抗CD28单克隆抗体偶联,为T细胞的活化和扩增提供了一种简单的方法。

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Representative Results

代表性的结果显示了上述方案中描述的门控策略。结果还显示了与移植物浸润巨噬细胞共培养后的T细胞增殖活性的分析。 图4分析了巨噬细胞亚群的体外抑制能力。结果表明,从耐受性受体获得的Ly6C lo Ly6G-巨噬细胞是抑制性的。结果还表明Ly6C int Ly6G +细胞表现出适度的抑制能力。只有Ly6C lo Ly6G -细胞在体外促进CD4 + Foxp3 + Treg 的扩增 。在一起,数据支持结论,移植浸润CD11b + Ly6C lo Ly6G -巨噬细胞具有报告与单核细胞衍生的抑制细胞12相关的许多性质的结论包括其抑制CD8 T细胞增殖的能力13并促进CD4 + Foxp3 + Treg扩增14

图1
图1:动物模型。A )如前所述,将Balb / c心(H2-d)移植到完全同种异体C57BL / 6(H2-b)中。显示接受者的气管静脉和供体的肺动脉和升主动脉的腹主动脉的吻合。如我们最近报道的那样,在第0,2和4天,用250μg抗CD40L mAb(克隆MR1)处理接受者小鼠的耐受诱导。通过腹部触诊每隔一天监测移植功能。拒绝被定义为完全停止可触觉的心跳,并通过直接可视化确认剖腹手术。 ( B )代表性图像和( C )LN和脾脏(彩色为红色)和同种异体移植物(紫色)的解剖位置说明请点击此处查看此图的较大版本。

图2
图2:巨噬细胞分选策略。从左上角开始,白细胞首先通过大小门控,然后将单体细胞与碎片和团块区分开来。从单体中,死细胞被排除在DAPI阴性部分上。来自活细胞,CD45 + CD11b +用于鉴定骨髓细胞。基于Ly6C和Ly6G表达进一步鉴定三个骨髓细胞群体。=“_ blank”>请点击此处查看此图的较大版本。

图3
图3:淋巴细胞分选策略。淋巴细胞分选策略的代表性流式细胞术结果。从左上方,淋巴细胞群体的门根据前向和侧向散射。排除碎屑和团块。从单体中,死细胞被排除在DAPI阴性部分上。从活细胞中,( A )CD8 + CFSE +双阳性细胞和( B )含有一部分Foxp3 +阳性细胞的所有CD4 + T细胞被门控。 请点击此处查看此图的较大版本。

图4 图4:抑制试验。A )每个骨髓亚群的体外抑制能力。 CD8 + T细胞增殖通过CFSE稀释法监测与骨髓亚群共培养96小时后。 ( B )每个骨髓亚群的体外 Treg扩增。流式细胞术分析Foxp3在与骨髓亚型共培养96小时后在CD4 + T细胞上的表达。 请点击此处查看此图的较大版本。

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Discussion

该方案描述了我们在心脏移植的实验鼠模型中用于免疫表达移植物浸润性骨髓细胞亚群的方法,其也适用于不同鼠实验模型中的其他组织。在20psi下的低压细胞分选是分离纯细胞亚群的良好产量的优选方法。保持每个骨髓亚群的纯度对于确定不同骨髓群体之间的抑制能力的确定结果至关重要。然而,其他方法可用于分离各种白细胞群体,例如商业浓缩试剂盒。不管感兴趣的细胞群体,从移植组织获得可行的单细胞悬浮液是最佳表面染色和流式细胞术结果所必需的。不正确的组织操作可能导致细胞损失,因此骨髓亚群的产量低。为了提高产量,请确保处理样品记录冷缓冲液并将细胞保持在具有低细胞粘附性的容器中(聚丙烯管)。在这个方案中,我们使用溶组织溶胶酶A,其被广泛用于许多类型的组织( 例如肺,心脏,肌肉,骨骼,脂肪,肝,肾,软骨,乳腺,胎盘,血液中的分解)血管,脑和肿瘤)。为了防止细胞在分选时的损失,强烈推荐优化抗体并产生有效的门控策略。在该方案中,我们使用CD11b-Percp / Cy5.5,CD45-APC / eFluor780,Ly6C / APC和Ly6G Pe / Cy7荧光缀合的抗体和流式细胞术来表征鼠巨噬细胞。由于表位Ly6C / G不存在于人体中,因此需要使用CD14 / CD15 / CD16来分选人骨髓细胞15

在多色流式细胞术分析中,可能发生选择的荧光染料的可能的光谱重叠。因此,如同befo一样单染色补偿对避免重叠的问题非常有帮助。此外,为了降低背景荧光并获得最佳结果,强烈推荐使用抗体滴定法。减少非特异性结合的另一个重要考虑是使用活力染料。在该协议中,DAPI被用作活力染料。 DAPI(4',6-二脒基-2-苯基吲哚)是一种与DNA中富含AT的区域强烈结合的蓝色荧光染料。与DNA结合的DAPI的激发最大值为358 nm,发射最大值为461 nm。根据方案使用时,DAPI特异性染色细胞核,具有很少或无细胞质标记,不包括流动分析中的死细胞。然而,根据选择的抗体组,可以使用其它活性染料,例如7-氨基生物素霉素D(7-AAD)和碘化丙啶(PI)。准确的死细胞排除和活细胞鉴定是成功监测体外 T细胞的先决条件,因为它是重要的重要的是具有能够以最小的细胞活力和功能破坏的淋巴细胞增殖的程序。

如上所述,用细胞跟踪染料如CFSE进行细胞标记和增殖分析是关键的步骤。作为文献中描述的一个例子,必须小心排除死亡/死亡细胞,以便在使用CFSE 16时获得均匀分布和可区分的子峰。根据染色面板,有许多市售的细胞追踪染料可供选择。作为细胞跟踪染料的替代品,进行胸苷滴定测定以评估癌症研究中淋巴细胞和其他细胞的增殖13,14 。胸苷掺入方案通过放射性标记的3H-或14C-胸苷的测量来评估细胞分裂期间DNA的复制。虽然这个方法我相当敏感和成熟,胸苷滴定技术的主要缺点是它涉及放射性,不能在单细胞水平提供信息。另一方面,CFSE流式细胞术分析提供了有关淋巴细胞亚群反应的清晰信息,并且具有较少的内部和内部变异性。

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Disclosures

作者没有什么可以披露的。

Acknowledgments

我们承认西奈山流行细胞计数,显微外科学和生物储存库/病理学研究中心卓越的技术贡献。这项工作得到了COST行动BM1305:重点关注和加速细胞耐受性治疗的行动(FACTT),西奈半导体/米勒移植研究所发展基金,Ministry of de Ciencia e Innovacion SAF2013-48834-R和SAF2016-80031-R JO

Materials

Name Company Catalog Number Comments
RPMI 1640 Media Life Technologies 11875119
10% FBS Life Technologies 26140-079
1,000x 2-mercaptoethanol Life Technologies 21985023
100x Pen/Strep Life Technologies 15140122
100x L-glutamine Life Technologies 25030081
100x Non Esential amino acids Corning 25025039
1 M HEPES buffer  Corning 25060CL
100 mM Sodium Pyruvate ThermoScientific SH30239.01
Penicilin/Streptavidyn ThermoScientific 15140122
Collagenese A Roche 70381322
DPBS (w/o calcium&magnesium) Corning 21031CV
70 µm Cell strainer Fisher 22363548
ACK lysis buffer Life Technologies A10492-01
DAPI Sigma 32670-5mg-F
CFSE-FITC Invitrogen C34554
Dynabeads Mouse T cell activator CD3/CD28 Life Technologies 11452D
96 well  U-bottom plate Corning 353077
Antibodies:
anti-Ly6C-APC eBioscience 175932-80
anti-Ly6G-Pe/Cy7 Biolegend 127617
anti-CD11b-Percp/Cy5.5 eBioscience 45011282
anti-CD45-APC/Cy7 eBioscience 47045182
anti-CD4-APC eBioscience 17004181
anti-CD8-P/ Cy7 eBioscience 25008181
LSRII Flow Cytometer BD Bioscience
FACSDiva Software BD Bioscience
C57BL/6-Foxp3tm1Flv/J  The Jackson Laboratory 008374
C57BL/6 The Jackson Laboratory 000664
Balb/c The Jackson Laboratory 000651

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References

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免疫学,第124期,调节巨噬细胞,同种异体移植,免疫耐受,移植,共刺激阻断,抑制测定。
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