في هذه الدراسة، ونحن نصف إجراء مفصل من التليف المعوي TNBS بوساطة، والذي يعرض الفيزيولوجيا المرضية مماثلة للتليف كرون. ونحن نناقش أيضا هذا النهج في ضوء رابامايسين تسهيل الآثار المثبطة على التليف المعوي.
مقالة منهجية
في هذه الدراسة، ونحن نصف إجراء مفصل من التليف المعوي TNBS بوساطة، والذي يعرض الفيزيولوجيا المرضية مماثلة للتليف كرون. ونحن نناقش أيضا هذا النهج في ضوء رابامايسين تسهيل الآثار المثبطة على التليف المعوي.
وقد أجريت دراسات هامة لفهم الإدارة الفعالة للتليف المعوي. ومع ذلك ، فإن عدم وجود معرفة أفضل بالتليف أعاق تطوير دواء وقائي. في المقام الأول، وإيجاد نموذج حيواني مناسب يشكل تحديا في فهم آلية علم التليف المعوي المرتبط بكرون. هنا، اعتمدنا طريقة فعالة حيث التعرض الكيميائي TNBS لالمستقيم الفئران تنتج تقرح عميق إلى حد كبير والتهاب مزمن، والفئران ثم تطوير التليف المعوي بشكل مزمن. أيضا، ونحن نصف تقنية حيث حقن رابامايسين يظهر آثار مثبطة على التليف TNBS بوساطة في نموذج الماوس. لتقييم الآلية الكامنة وراء التليف، ونحن نناقش بشكل منهجي إجراء لتنقية الخلايا Cx3Cr1 + من بروبريا لامينا من TNBS المعالجة والسيطرة على الفئران. هذا البروتوكول المفصل سيكون مفيدا للباحثين الذين يحققون في آلية التليف وتمهيد الطريق للعثور على اختراع علاجي أفضل للتليف المعوي المرتبط ة كرون.
خلل تنظيم التوازن المناعي في الأمعاء يؤدي إلى التهاب المسبب للأمراض وكان معروفا على نطاق واسع أن يسبب مرض التهاب الأمعاء (IBD)1،2. التليف المعوي هو نتيجة مزمنة لأمراض الأمعاء الالتهابية (IBDs)، مثل مرض كرون (CD)3. الفيزيولوجيا المرضية التي لا رجعة فيها من CD تشمل التضيق المعوي أو تضيق التليف، مما يحد من خيارات العلاج، ومع عدم وجود الأدوية المتاحة حاليا، والعلاج الوحيد هو الجراحة. في نهاية المطاف، هناك حاجة ماسة لتطوير العلاجات الفعالة لمواجهة التهاب غير لائق لدراسة آلية مؤتمر نزع السلاح، وهذا سوف يؤدي بنا خطوة أقرب إلى ذلك.
مجموعة متنوعة من نماذج الماوس الوراثية متاحة لدراسة IBD بما في ذلك IL10 KO، SAMP / Yit والتبني CD45+RB نقل الخلايا العالية إلى الفئران SCID4،5،6. هنا، نعرض الإجراء للتليف TNBS بوساطة في نموذج الماوس من CD، والتي هي مماثلة لعلم الأمراض من التليف كرون الإنسان. النموذج الذي يسببه TNBS له مزايا معينة. هذا النموذج بسيط من الناحية الفنية; بداية المرض سريعة وغير مكلفة، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في الحيوانات المختلفة (على سبيل المثال، الماوس والفئران وخنزير غينيا7). الإدارة المشتركة للإيثانول وTNBS (2,4,6-trinitrobenzene حامض السلفونيك) يضر فجأة الحاجز المعوي ويعرض بروتين أنسجة القولون إلى TNBS والحصول على استجابات مناعية كبيرة8,9. التعرض المتكرر لTNBS يؤدي إلى عملية إصلاح رد الفعل المفرط الاستجابة للالتهاب والإصابة، ويتطور رد فعل ليفي في الأمعاء. وهكذا، فإن نموذج التليف الناجم عن TNBS يخدم ليكون نموذجا مقنعا جدا لدراسة التليف المعوي المرتبط ة كرون.
وعلاوة على ذلك، فإن الخلايا الفيغية أحادية النووية هي الخلايا الأولية التي تقوم بالتحكيم في الاستجابة المناعية الفطرية للأمراض والإصابة في الأمعاء10،11،12،13. لتوضيح الآلية الخلوية وتأسيس دور Cx3Cr1+ الخلايا الفيغية أحادية النووية في نموذج التليف TNBS، ونحن نظهر إجراء تنقية الخلايا الهجائية أحادية النووية. تحليل Cx3Cr1+ الخلايا هو خطوة أساسية من أجل تقييم علامات الالتهاب وتحديد الآلية المصاحبة للتليف المعوي. بشكل جماعي، هذا الإجراء المفصل للتليف TNBS سوف تكون مفيدة لشرح الآليات الخلوية للتليف المعوي.
وبالنسبة لهذه المخطوطة، تم شراء جميع العينات البشرية وفقا للبروتوكول المعتمد من قبل مجلس مراجعة المعهد (IRB) ولجنة البحوث البشرية في كلية ألباني الطبية. تم اتباع جميع البحوث المتعلقة بالحيوانات بدقة وفقا للبروتوكول المعتمد من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها في كلية ألباني الطبية وكذلك المعاهد الوطنية للدليل الصحي لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية .
1. جمع العينات المعوية البشرية
2. تحريض التليف TNBS وعلاج راباميسين في الفئران
3. التقييم المناعي للاعتلال الهيسيالمنتي للتليف الهضمي
4. عزل اللامينا المعوية وتنقية Cx3Cr1+ phagocytes أحادية النووية
5. تحليل قياس التدفق
6. RNA العزلة، RT-PCR، PCR في الوقت الحقيقي
7. النشاف الغربية
8 - التحليل الإحصائي
اعتمدنا نموذج الماوس التهاب القولون TNBS لدراسة وتوضيح الآليات الكامنة وراء التليف المعوي8. هنا، قمنا بإجراء دراسة مفصلة عن دورة زمنية لالتهاب القولون بوساطة TNBS، حيث تم إدارة TNBS بشكل مستقيم أسبوعيا إلى الفئران من النوع البري لمدة تصل إلى ستة أسابيع كما يمثلها تخطيطيا (الشكل 1A). بعد ستة أسابيع من العلاج TNBS، لاحظنا أن أطوال القولون تقصير تدريجيا على مدى العلاج TNBS، من متوسط 5 ± 0.5 سم في مجموعة التحكم إلى 3 ± 0.5 سم في مجموعة TNBS؛ مثل هذا التحليل الكمي لطول القولون يمثل انخفاضا واضحا جدا في طول القولون(الشكل 1ب). للتأكد من أن نموذج مرض TNBS كرون قابل للمقارنة مع نموذج التليف كرون الإنسان ولم يكن قطعة أثرية ذات الصلة بالمنهجية، قمنا بتحليل علامات الليفي على مستويات متعددة في دراسة دورة زمنية مفصلة لحقن TNBS إلى النوع البري . وقد تم الإبلاغ عن تراكم ألفا الملساء العضلات أكتين (αSMA) الخلايا الإيجابية وترسب الكولاجين داخل طبقات تحت المخاطية في معظم حالات التليف ويعتبر سمة مميزة للأحداث الليفية14. وجدنا أن أقسام القولون من الفئران المعالجة TNBS التي كانت ملطخة αSMA أظهرت زيادة 4-6 أضعاف في طبقة تحت المخاطية القولونية ملطخة بشكل إيجابي مع αSMA(الشكل 1C). إلى جانب ذلك، فإن تلطيخ الأزرق ثلاثي الألوان لهذه الأقسام أظهرت أيضا زيادة 2-4 أضعاف، مما يشير إلى ترسب الكولاجين كبيرة، مما يؤكد التليف المعوي الحاد(الشكل 1D). كما قمنا بتقييم تنشيط الخلايا النخاعية من خلال الكشف عن الخلايا الإيجابية αSMA عن طريق تحليل FACS في القولون الفئران المعالجة TNBS ووجدت تراكم كبير من تلطيخ αSMA إيجابية(الشكل 1E). وعلاوة على ذلك، وجدنا تحريضا كبيرا في التعبير عن αSMA، العقيد الأول، وكول-الثالث تقاس بتحليل qPCR في الفئران المعالجة TNBS(الشكل 1F). كشفت زيادة التعبير عن بروتين αSMA في تحليل وصمة عار الغربية زيادة التليف (الشكل 1G). بشكل عام، يوفر العلاج الحركي TNBS فرصة للوصول إلى الاستجابة المناعية المفترضة في الحالات المزمنة، والتي تحاكي عن كثب حالة المرحلة المزمنة CD وضروري لتطوير التليف.
لمقارنة التليف TNBS مع التليف كرون المرتبطة بها، قمنا بتحليل التعبير عن علامات التليف والسيتوكينات في خزعة الأنسجة الطازجة من اللفائفي للمرضى الذين يعانون من CD نشط أو تحت مغفرة. بشكل ملحوظ، وجدنا تحريض ملحوظ من سماكة الطبقات الإيجابية αSMA وزيادة ترسب الكولاجين كما تم الكشف عنها عن طريق تلطيخ ثلاثي الألوان في أقسام CD النشطة(الشكل 2A). كما قمنا بتحليل اللطخة الغربية وأكدنا الحث على التعبير αSMA في عينات CD النشطة(الشكل 2B). وبالإضافة إلى ذلك، لاحظنا تحريض كبير من علامات التليف بما في ذلك αSMA، Col1، كما تم الكشف عنها من قبل تحليل qPCR(الشكل 2C).
المقبل ، لتحديد آلية للحد من التليف TNBS قمنا بتقييم آثار رابامايسين ، وهو مثبط الدوائية من نشاط mTOR15،16. وبناء على ذلك، قمنا بمعالجة الفئران مع كل من TNBS وrapamycin وتحليل αSMA ومستوى الكولاجين في علم أنسجة القولون وأظهرت القياس الكمي αSMA والكولاجين في مؤامرة قياس الكثافة(الشكل 3A). تشير بياناتنا إلى أن راباميسين يقلل من تلطيخ αSMA الإيجابي في طبقة تحت المخاطية ويقلل من ترسب الكولاجين. لمزيد من التحقق من صحة وتحديد الاستجابات الليفية، حددنا التعبيرات αSMA والكولاجين وTGFβ بواسطة qPCR، والتعبير αSMA عن طريق قياس التدفق في القولون المعالجة TNBS(الشكل 3B، 3C). لقد أظهرنا أيضا Cx3Cr1+ phagocytes أحادية النووية تحفز استجابة مناعية التهابية للإصابة9. وهكذا، أردنا أن نرى ما إذا كانت إدارة راباميسين في الفئران المعالجة TNBS يمكن عكس الآثار الالتهابية والليفية. لذلك، قمنا بتنقية Cx3Cr1+ phagocytes أحادية النووية المقيمة من تعليق الخلايا أحادية القولون باستخدام microbeads المغناطيسي(الشكل 3D). وجدنا زيادة في مستوى p-p70 و P-S6 في Cx3Cr1+ phagocytes أحادية النووية المقيمة عن طريق تحليل وصمة عار الغربية من الفئران المعالجة TNBS، وسدت هذا المستوى من قبل راباميسين (الشكل 3E). إلى جانب ذلك، وجدنا أن العلاج رابامايسين يخفف أسفل IL-23 و IL-1β في المجموعة المعالجة TNBS(الشكل 3F). وعلاوة على ذلك، توضح هذه النتائج الآلية الفعالة التي ينطوي عليها تحريض التليف TNBS وأظهرت أن رابامايسين يخفف من التليف.

الشكل 1: يؤدي نجاح إدارة TNBS إلى تطوير التليف المعوي في الفئران. A. الرسم التخطيطي تمثيل العلاج TNBS الأسبوعية المعطاة للفئران البرية من نوع. B. صور القولون وقياس أطوال القولون من الفئران المعالجة TNBS، حصادها في الأسابيع 0، 2، 4، و 6 العلاج بعد TNSB. سي دي تحليل أقسام القولون النسيجي الملون بالأجسام المضادة للαSMA لتنشيط myofibroblasts وتلطيخ الأزرق ثلاثي الألوان للكولاجين. مقياس شريط 100 μm. E. تحليل FACS لتحديد الخلايا الإيجابية αSMA في القولون والقياس الكمي للخلايا الإيجابية αSMA. واو - العلامات الليفية والسيتوكينات التي اكتشفها جهاز الكشف عن طريق الـ qPCR. G. تحليل وصمة عار الغربية من αSMA من الليسات القولون من TNBS المعالجة والسيطرة على الفئران. هذا الرقم المعدل يعاد استخدامه بإذن من المنشور السابق9 في علم المناعة المخاطية، 2019 من قبل ماثور وآخرون.

الشكل 2: التليف TNBS هو مماثل للتليف المعوي المرتبط ة كرون. A. الصور التمثيلية للخزعات القولون من السيطرة، CD نشط تظهر زيادة كبيرة في تلطيخ الأزرق ثلاثي الألوان وتلطيخ αSMA إيجابية في طبقات تحت المخاطية، شريط مقياس 50 درجة مئوية. تحليل اللطخة الغربية للتعبير αSMA والقياس الكمي. C. تحليل qPCR من العلامات الليفية والسيتوكينات. هذا الرقم المعدل يعاد استخدامه بإذن من المنشور السابق9 في علم المناعة المخاطية، 2019 من قبل ماثور وآخرون.

الشكل 3: علاج رابامايسين يحسن بشكل فعال التليف الناجم عن TNBS. A. تحليل النسيج القولون - الصور التمثيلية من تلطيخ myofibroblast مع الأجسام المضادة لαSMA والكولاجين تلطيخ مع الأزرق ثلاثي الألوان، شريط مقياس 100 م. B. تحليل qPCR من αSMA، الكولاجين وTGFβ التعبير في السيطرة / القولون الماوس المعالجة TNBS. C. تحليل FACS αSMA في تعليق خلية واحدة من القولون الماوس تعامل مع التحكم / TNBS. D. التخطيطي لتنقية Cx3Cr1+ الخلايا من كسر بروبريا لامينا القولونية وتحليل FACS من الخلايا النقية. E. تحليل وصمة عار الغربية من مستويات p-p70 و P-S6 في تطهيرCx3Cr1 + phagocytes أحادية النووية من الفئران المعالجة مع TNBS و / أو راباميسين. F. تحليل qPCR للتعبير في Cx3Cr1 + phagocytes أحادية النووية النقية، والتي تنتج IL-23 و IL-1β. هذا الرقم المعدل يعاد استخدامه بإذن من المنشور السابق9 في علم المناعة المخاطية، 2019 من قبل ماثور وآخرون.
التئام الجروح أو إصلاح الأنسجة هي عملية بيولوجية منظمة بإحكام17. أثناء إصابة الأنسجة مع حالة كيميائية وميكانيكية والعدوى، تؤدي الاستجابة الالتهابية إلى عملية إصلاح الأنسجة. ومع ذلك، فإن الاستجابة الالتهابية غير المنظمة والمرضية تؤدي إلى تطوير تندب أو رد فعل ليفي، والتي يمكن أن تضعف وظيفة إصلاح الأنسجة9،18،19. هنا، نعرض الإجراء لنموذج الحيوانات التليف الناجم عن TNBS، الذي يشارك بشكل كبير الفيزيولوجيا المرضية مع مرض كرون البشري. التلقيح المتعاقب للتعرض الكيميائي TNBS للتلف ظهارة الماوس يسبب تقرحات عميقة ويحفز تطور التليف. مع موثوق بها، وانخفاض التكلفة، والحث السريع لبداية المرض، وهذا الأسلوب مقبول على نطاق واسع من قبل مجموعات بحثية متعددة تشارك في دراسات لإصابة الأنسجة، والتهاب عبر جدارية ومحور الأمعاء والدماغ.
لتنفيذ نموذج التليف TNBS بنجاح، هناك العديد من الخطوات الأساسية. على سبيل المثال, جرعة كافية وتوقيت إدارة TNBS مهمة جداً. يسمح تلقيح TNBS لمدة 6-8 أسابيع بتقرح اتّساق الأنسجة العميقة ويوصى به بشدة للدراسات الليفية المزمنة. البراز القادمة من الفئران وردود الفعل الرجعية من TNBS الملقحة هي مشكلتين رئيسيتين، والتي يمكن أن تؤدي إلى تسليم جرعات متغيرة للفئران. قد يساعد الضغط اللطيف بالقرب من المستقيم الفئران الإفراج عن البراز قبل إدارة TNBS. عقد رأس الحيوان إلى أسفل لبضع ثوان يساعد بشكل كبير على وقف الجزر العكسي من TNBS. كما أن إبقاء الفئران في قفص، ووضع القفص على منصة حرارية، وتزويد الفئران برحيق نابا يمكن أن يكون أيضا ً استراتيجيات مفيدة في منع ارتفاع معدل الوفيات.
هنا، نناقش أيضا التهاب الأمعاء خلال التليف TNBS وتأثيرها على الاستجابة الليفية. دور mTOR / autophagy متورط ة على نطاق واسع على التوازن المعوي وفي مسببات الأمراض IBD20،21. حددنا أن الإشارات mTOR/autophagy أمر بالغ الأهمية لتعديل الاستجابات المؤيدة للالتهابات من IL-23 و IL1β cytokines من Cx3Cr1+ الخلايا الفيالضرورية أحادية النووية التي تؤثر على المحور IL-23/IL-22 الموالية للليفي(الشكل 3A)9 . وبالتالي، تنقية Cx3Cr1 واحد+ الخلايا أحادية النووية لتوصيف المناعة والتعبير الجيني هو خطوة حاسمة من النموذج. نناقش بالتفصيل بروتوكول عزل لامينا بروبريا وتوفير إجراء تنقية Cx3Cr1+ الخلايا أحادية النووية باستخدام الخرز المغناطيسي.
بشكل جماعي، على الرغم من وجود نماذج وراثية وعفوية لمرض كرون، لا يزال التهاب القولون TNBS أداة قوية لدراسة مسببات الأمراض المناعية من القرص المضغوط ولديه القدرة على تقييم علاجات التليف كرون. الحد الرئيسي من استخدام نماذج التليف المستحث كيميائيا مثل TNBS هو فرصة لتباين عالية من المستخدم إلى المستخدم وإمكانية الخروج في البيانات. حجم عينة من 5-8 الحيوانات لكل مجموعة جنبا إلى جنب مع تجربة أكبر للمستخدم يمكن أن تزيد من اتساق النموذج. ومع ذلك، فإن العثور على نموذج وراثي مناسب يسبب التليف العفوي كرون هو وسوف يكون دائما مبررا.
المصالح المتنافسة: لا يعلن المؤلفان عن أي مصالح متنافسة.
وقد تم دعم هذا العمل من قبل منحة NIH R01NS093045 (Y.H.)، ومنحة NIH K08DK088950 (X.Z.)، R03DK099566 (X.Z.)، ومؤسسة كرون وكوليتيز الأمريكية للبحوث زمالة (CCFA) 481637 (R.M.).
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| مضاد للفأر aSMA ، AF488 مترافق ، استنساخ # 1A4 | e-bioscience | 53-9760-82 | |
| مضاد للفأر aSMA ، استنساخ منقى # M1 / 77 | e-bioscience | 149760-80 | |
| مضاد للفأر CD11b ، APCCy7 مترافق ، استنساخ # M1 / 70 | Biolegend Inc | 101226 | |
| مضاد للفأر CX3cr1 PE مترافق ، استنساخ # SA011F11 | Biolegend | 149006 | |
| مضاد للماوس منقى CD16 / 32 Fc block | Biolegend Inc | 14-9760-80 | |
| MicroBeads المضاد ل PE | Miltenyi | 130-105-639 | |
| مكافحة الأرانب IgG ، الأجسام المضادة المرتبطة ب HRP | e-bioscience | 7074 | |
| مصل الأبقار الألبومين | InvivoGen | tlrl-isdn | |
| الكولاجيناز النوع الرابع | Roche | 1088866001 | |
| DAPI | SIGMA | D9542 | |
| DMEM | Corning | 10013-CV | |
| DNase I من البنكرياس البقري | Roche | D263-5vl | |
| Falcon & reg ؛ 40 & micro ؛ m Cell Strainer | Corning | 352340 | |
| طقم محلول التثبيت / النفاذية مع مجموعة BD GolgiPlug | BD Bioscience | 555028 | |
| FlowJo | FlowJo LLC | www.flowjo.com< / a> | |
| Glycogen | Roche | 10901393001 | |
| الماعز المضاد للأرانب IgG (H + L) ، Alexa Fluor 488 Conjugate | e-bioscience | 5018 | |
| Graphpad Prism 7 | GraphPad Software Inc | www.graphpad.com< / a> | |
| H& مجموعة E | أدوات ماستر تك الأمريكية | HXMMHPT | |
| صورة J | NIH | www.imagej.nih.gov/ij/< / a> | |
| الماوس: C57BL / 6J | مختبرات جاكسون | 664 | |
| أعمدة MS | Miltenyi | 130-042-201 | |
| Percol | GE Healthcare | 17-0891-01 | |
| PMA / ملح الأيونوميسين | Sigma | P8139 | |
| PowerUp SYBR Green Master Mix | Thermofisher | A25777 | |
| Rabbit Anti Mouse GAPDH ، Clone # D16H11 | إشارات الخلية | 5174 | |
| Rabbit Anti Mouse p70 S6 Kinase ، Clone # 49D7 | Cell Signaling | 2708 | |
| Rabbit Anti Mouse Phospho-p70 S6 Kinase ، Clone # S371 | الخلية | 9208 | |
| أرنب مضاد للفأر Phospho-S6 بروتين ريبوسومي (Ser235/236) ، استنساخ # D57.2.2E | إشارات | خلية 4858 | |
| أرنب مضاد للفأر S6 إشارات خلايا البروتين الريبوزومي | 2217 | ||
| مختبرات Rapamycin | LC | 1003799 | |
| TNBS | Sigma | 92823 | |
| طقم تلطيخ Trichorme | American Mastertech Kit | STOSTBPT | |
| TRIzol | Life | 15596018 | |
| Verso cDNA Synthesis | Kit Thermofisher | AB1453B | |
| Zen black 2.1 | Carl Zeiss | www.zeis.com< / a> | |
| Zen blue lite 2.3 | Carl Zeiss | www.zeis.com< / a> |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن