通过优化的人类外周血单个核细胞(PBMC)ex vivo 检测方法,我们发现可燃性烟草制品的提取物显著抑制了效应PBMCs中受体介导的细胞内分泌细胞因子及其细胞溶解能力。这些快速检测方法可能有助于烟草产品的评估,并帮助理解烟草暴露潜在的长期影响。
方法文章
通过优化的人类外周血单个核细胞(PBMC)ex vivo 检测方法,我们发现可燃性烟草制品的提取物显著抑制了效应PBMCs中受体介导的细胞内分泌细胞因子及其细胞溶解能力。这些快速检测方法可能有助于烟草产品的评估,并帮助理解烟草暴露潜在的长期影响。
除其他病理生理变化外,长期暴露于香烟烟雾可导致炎症和免疫抑制,这与吸烟者对微生物感染和肿瘤发生易感性增加相关。ex vivo 条件下研究经烟雾成分处理的人外周血单个核细胞(PBMCs)中受体介导的免疫反应抑制,是研究其作用机制并评估烟草制品长期暴露可能影响的有效方法。本文中,我们优化了利用细菌脂多糖(一种Toll样受体4配体)刺激PBMCs进行ex vivo 检测的方法。在ex vivo 检测中,我们研究了全烟雾条件培养基(WS-CM)、一种可燃性烟草制品提取物(TPP)以及尼古丁对PBMCs分泌细胞因子及其杀伤靶细胞功能的影响。结果显示,在暴露于WS-CM的PBMCs中,分泌型细胞因子IFN-γ、TNF、IL-10、IL-6和IL-8,以及胞内细胞因子IFN-γ、TNF-α和MIP-1α均受到抑制。通过K562靶细胞杀伤实验测定,效应PBMCs的细胞溶解功能也因WS-CM暴露而降低;相比之下,尼古丁在这些实验中作用甚微。综上所述,我们建立了一系列改进的检测方法,可用于评估烟草制品在ex vivo 条件下的生物学效应,这些方法也可便捷地适用于其他待测产品的研究。
大量研究证据表明,长期吸烟对健康有害,可导致心血管疾病(CVD)、慢性阻塞性肺疾病(COPD)和癌症1,2长期吸烟已被证实可引起炎症和免疫抑制,这些改变据报会增加吸烟者发生微生物感染和癌症的风险3. 在 体外 和 离体 这些技术有助于阐明香烟烟雾对病理生理效应的分子基础4-9 (表1)并被视为指导各类烟草产品新兴监管的重要工具10,11.
例如,我们已证明,可燃性烟草制品制剂(TPPs)如全烟气条件培养基(WS-CM)和总颗粒物(TPM)对细胞的毒性及对DNA的损伤远高于非可燃性TPPs或尼古丁12,13. 与已发表的研究一致,最近有报道称可燃的TPPs或尼古丁12,13与已发表的研究一致,我们近期报道了可燃性 TPPs 会引起显著的免疫抑制。这一点体现在 Toll 样受体(TLR)配体刺激下的细胞因子分泌受到抑制,以及外周血单个核细胞(PBMCs)对靶细胞(K562)杀伤能力的下降。 离体 模型14鉴于炎症在香烟烟雾诱导的疾病过程中的重要性,本报告提出了进一步优化检测条件,以评估香烟烟雾对免疫调节作用的方法。
通常采用ex vivo(离体)实验检测细胞内和分泌型细胞因子,以及细胞毒性T细胞和NK细胞在K562细胞杀伤实验中所表现出的溶细胞性功能14。实验流程包括:先将外周血单个核细胞(PBMCs)与WS-CM和尼古丁共同预孵育,随后在3天内使用TLR激动剂进行刺激;最终通过酶联免疫吸附试验(ELISA)和/或流式细胞术进行检测。我们采用了可结合TLR-4受体并刺激PBMCs产生细胞内细胞因子及分泌细胞因子的细菌脂多糖(LPS)。除了对评估烟草制品(TPPs)免疫调节作用的各项实验步骤进行优化外,本文还介绍了分离PBMCs、细胞死亡检测以及IL-8定量的方法。这些方法可用于回答其他研究问题,并可进一步优化,以适用于烟草制品的监管评估。
表1. 已发表的报告 体外 和 离体 用于研究烟草制品制剂各种病理生理效应的方法 CS,香烟烟雾培养基;CSC,香烟烟雾冷凝物;CSE,香烟烟雾提取物;ELISA,酶联免疫吸附测定;GADPH,3-磷酸甘油醛脱氢酶;qPCR,定量聚合酶链式反应;RT,实时定量聚合酶链式反应;TS,烟草烟雾
| 作者(研究年份) | Laan 等 (2004) | Moodie 等 (2004) | Oltmanns 等 (2005) | Vayssier (1998) | Witherden 等 (2004) | Birrell 等 (2008) |
| 使用的细胞 | 人支气管内皮细胞(BEAS-2B)、人中性粒细胞 | 人肺泡上皮细胞(A549) | 人气道平滑肌细胞(HASMC) | 人前单核细胞U937细胞、人单核细胞 | 肺泡II型上皮细胞(ATII) | 人单核细胞系(THP-1)、人肺巨噬细胞 |
| 使用的烟草烟雾提取物 | CSE | CSC | CSE | TS | CSE | CS |
| 使用的方法 | ELISA、qPCR、迁移实验、电泳迁移率变动分析 | 免疫组织化学、电泳、Arrayscan试剂盒、RT-PCR、ELISA | ELISA、RT-PCR、qPCR、电泳 | 凝胶迁移率变动分析 | 光学显微镜、电子显微镜、电泳、ELISA | qPCR、ELISA、E-toxate试剂盒(Sigma)、p65板式检测(TransAM)、电泳、多种免疫检测试剂盒 |
| 检测指标 | IL-8、GM-CSF、AP-1、NF-κB、迁移能力 | 组蛋白乙酰转移酶、组蛋白去乙酰化酶、NF-κB、IL-8、p-IκB-α、GAPDH | HO-1、GAPDH、RANTES、IL-8、嗜酸性粒细胞趋化因子 | 热休克/应激蛋白(HSP/Hsp70)、HF转录因子、NF-κB、TNF-α | 表面活性蛋白(SP-A、SP-C)、IL-8、MCP-1、GRO-α、TNF-α、IL-1β、IFN-γ | IL-8、IL-1β、IL-6、TNF-α、MIP1-α、GRO-α、MAPK/JNK/ERK磷酸化、cJUN:DNA结合、谷胱甘肽、p65:DNA结合 |
| 最终结果 | CSE通过抑制AP-1活化下调细胞因子的产生。 | H2O2和CSC增强组蛋白蛋白的乙酰化,降低组蛋白去乙酰化酶活性,并差异性调控促炎性细胞因子的释放。 | 香烟烟雾可诱导HASMC释放IL-8,TNF-α可增强该效应;20% CSE条件下IL-8释放减少;香烟烟雾抑制嗜酸性粒细胞趋化因子和RANTES的释放。 | TS激活HF转录因子,该过程与Hsp70过表达相关,并抑制NF-κB结合活性及TNF-α释放。 | ATII细胞来源的趋化因子水平降低,损害肺泡修复,从而促进香烟烟雾诱导的肺泡损伤和肺气肿。 | 研究数据为吸烟者更易发生呼吸道感染提供了机制性解释:先天免疫反应受到抑制的同时,IL-8水平升高。 |
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注意:根据良好临床实践要求,在机构审查委员会(IRB)批准的当地临床研究单位获得了开展本研究的书面知情同意。血液处理、外周血单个核细胞(PBMC)的分离及其他细胞培养实验均在无菌条件下进行,使用微生物学上无菌的耗材和试剂。
1. WS-CM 的制备
2. 外周血单个核细胞的分离
3. PBMC 的冻存与复苏
4. 细胞死亡的检测
注意:此处列出的稀释比例仅适用于本研究,可根据实际情况进行相应调整。
5. EC50 测定
6. 分泌的细胞因子
注意:此处列出的稀释比例仅针对本研究。可根据实际情况相应调整。
7. 流式微球阵列检测
8. IL-8 ELISA
9. 胞内染色与流式细胞术
注意:此处列出的稀释比例仅适用于本研究,可根据实际情况进行相应调整。
10. K562 杀伤实验
注意:K562 细胞应在 37 °C 和 5% CO2 条件下,使用完全 RPMI 培养基培养,直至细胞融合度达到 80% 后再进行实验。
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结果以均值 ± 均值标准误表示(四个供体样本)。使用 Excel 软件对处理组与未处理对照组进行学生 t 检验,并对所有处理组与其相应对照组进行 t 检验比较。统计学显著性以以下符号表示:*,P < 0.05;**,P < 0.005;***,P < 0.0005。
为了检测暴露于WS-CM和尼古丁的影响,将PBMCs分别用不同浓度的WS-CM和尼古丁处理3小时或24小时。细胞死亡通过稳定可靠的7AAD染色法进行检测,因为7AAD可插入双链核酸中,并能穿透正在死亡或已死亡细胞的细胞膜16。在处理24小时后,WS-CM引起细胞死亡呈剂量依赖性增加,在等尼古丁单位为4 µg/ml时,细胞死亡率接近80%(图1A)。而只有在尼古丁浓度达到3,000 µg/ml时,才观察到相当程度的细胞死亡(图1B)。由于我们采用3小时的WS-CM和尼古丁暴露时间以评估其对细胞因子诱导及杀伤靶细胞能力的影响,因此有必要确定WS-CM在3小时处理后是否引起显著的细胞毒性。用等尼古丁单位为5 µg/ml...
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我们及其他研究者此前已证实,用 TPPs 处理 PBMCs 可抑制多种反应,包括细胞因子的表达与分泌,以及靶细胞杀伤等功能学指标14之前研究所描述的实验方法需要较长的孵育时间,且效应幅度有限。14. 鉴于这一有吸引力的特性可能具有的应用前景 离体 用于基础与应用研究的模型,我们探究了这些多步骤生物学检测中的任何检测参数是否可优化。本文介绍了利用TPP处理来测量TLR介导的免疫应答的简化方法 离体 外周血单个核细胞模型
分离活的外周血单个核细胞是这些实验的关键前提 离体实验 鉴于潜在供体之间存在个体差异和生理状态的不同,获得具有反应性的外周血单个核细胞(PBMCs)是理想的选择。为实现本研究目的,我们采用既往发表的方法,从总体健康的成年受试者中分离PBMCs。15此外,本研究为尽量减少供者间的个体差异,排除了存在过敏、感染或正在服用任何处方药及非处方药(如阿司匹林)的供者。同时,建议从新鲜采集的血液中分离PBMCs,以确保细胞在后续实验中具有最佳的活力和功能。
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作者声明不存在利益冲突。
本工作由雷诺烟草公司(RJRT)资助,资助项目为雷诺烟草公司与维克森林大学医学院之间的合作研究协议。G.L. Prasad 是 RJRT 的全职员工。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 12 x 75 mm 离心管 | BD Falcon | 352058 | |
| 15 ml 锥形离心管 | Corning | 430790 | |
| 2 ml 微量离心管 | Axygen | MCT-150-C-S | |
| 3R4F 参考香烟 | 肯塔基大学农业学院 | 3R4F | |
| 50 ml 锥形离心管 | Corning | 430828 | |
| 500 ml 瓶 | Corning | 430282 | |
| 7AAD | BD Pharmingen | 559925 | |
| 96 孔平底板 | Thermo Nunc | 439454 | |
| 96 孔圆底板 | BD Falcon | 353077 | |
| 细胞培养超净台 | Thermo Scientific | 1300 Series A2 | |
| 离心机 | Eppendorf | 58110R | |
| CFSE | Molecular Probes Life Technologies | C34554 | |
| Cluster 管 | Corning | 4401 | 吞咽有害,致癌物 |
| Cytofix/Cytoperm(Permwash) | BD Biosciences | 555028 | 易燃 |
| DMSO(二甲基亚砜) | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| DPBS | Lonza | 17-512F | |
| FBS | Sigma-Aldrich | F2442 | |
| FCAP Array | BD Biosciences | 652099 | 软件用于分析 CBA 数据 |
| 滤器单元 | Nalgene | 156-4020 | |
| 流式细胞仪 | BD Biosciences | FACS Canto II | 8 色,激发波长 405,发射波长 785。 |
| 流式细胞仪 | BD Biosciences | FACS Calibur | 4 色,激发波长 495,发射波长 785。 |
| 流式细胞术分析软件 | Tree Star | FlowJo | |
| 冻存容器 | Nalgene | 5100-0001 | 含 DMSO,刺激物 |
| GolgiPlug | BD Biosciences | 555029 | 致癌物,刺激物,腐蚀性 |
| H2SO4 | Sigma-Aldrich | 339741 | |
| 人炎症性细胞因子检测试剂盒 | BD Biosciences | 551811 | |
| IFN-γ V-500 抗体 | BD Horizon | 561980 | 皮肤致敏物 |
| IL-8 ELISA 试剂盒 | R&D Systems | DY208 | |
| 分离缓冲液 | Isolymph, CTL Scientific Corp. | 1114868 | 易燃液体,刺激物 |
| 异丙醇 | Sigma-Aldrich | W292907 | |
| L-谷氨酰胺 | Gibco Life Technologies | 25030-081 | |
| LPS | Sigma-Aldrich | L2630 | |
| MIP1-α PE 抗体 | BD Pharmingen | 554730 | 急性毒性,经口 |
| 莫能菌素 | Sigma-Aldrich | M5273 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| 尼古丁 | Sigma-Aldrich | N3876 | 急性毒性,环境危害 |
| Parafilm | Bemis | “M” | |
| 多聚甲醛 | Sigma-Aldrich | P6148 | 易燃,皮肤刺激 |
| 青霉素/链霉素 | Gibco Life Technologies | 15140-122 | |
| RPMI 1640 | Gibco Life Technologies | 11875-093 | |
| 运行缓冲液 | MACS Running Buffer, Miltenyi Biotech | 130-091-221 | |
| Th1/Th2 CBA 试剂盒 | BD Biosciences | 551809 | |
| TNF-α Alexa Fluor 488 抗体 | BioLegend | 502915 | |
| 移液管 | Fisher Scientific | 13-711-20 | |
| Tris 碱 | Sigma-Aldrich | T1503 |
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