本方案描述了一种用于评估小鼠妊娠期间母体血管系统变化的技术。通过体视学方法对蜕膜螺旋动脉的重塑进行定量评估,并利用免疫组织化学方法进行定性验证。
本方案描述了一种用于评估小鼠妊娠期间母体血管系统变化的技术。通过体视学方法对蜕膜螺旋动脉的重塑进行定量评估,并利用免疫组织化学方法进行定性验证。
胎盘介导母体与胎儿之间气体和营养物质等因素的交换,并对母体循环的血液供应有特定需求。母体子宫血管需要适应这一暂时性需求,而动脉重塑过程的成功与否直接影响胎儿的生长发育。母体免疫系统的细胞,尤其是自然杀伤(NK)细胞,在此过程中发挥关键作用。本文描述了一种评估小鼠妊娠期间母体螺旋动脉重塑程度的方法。通过扫描苏木精和伊红染色的组织切片,分析血管的大小。作为补充验证方法,我们还通过免疫组织化学方法对平滑肌肌动蛋白(SMA)进行定性评估,以判断重塑过程的成功程度;正常情况下,SMA在妊娠中期会从动脉血管中膜消失。上述两种方法结合使用,可确定妊娠表型的一个重要参数。这些结果可与其他小鼠妊娠终点指标相结合,有助于深入理解妊娠相关并发症的潜在机制。
在真兽类妊娠期间,营养物质、气体和代谢废物的交换由胎盘介导。在雌性生殖道中,子宫动脉是向子宫供血的主要血管。着床后,这些动脉分支形成一种称为螺旋动脉的特化血管,螺旋动脉盘绕穿过基蜕膜,延伸至胎儿-胎盘单位。这些螺旋动脉的直径和弹性决定了可供胎盘利用的血流量和血流速度,而其周围分布有白细胞,特别是子宫自然杀伤细胞(uNK细胞)1,2。螺旋动脉经过重塑所产生的正确血流动力学变化,对妊娠成功至关重要。
尽管人类与小鼠妊娠的潜在机制在细节上有所不同,但这两个物种在重塑过程的最终结果上具有一致性,即血管扩张、高通透性,并失去其平滑肌层。在小鼠中,约在妊娠中期,由子宫自然杀伤(uNK)细胞分泌的干扰素(IFN-γ)对于诱导这些变化至关重要3-5。缺乏NK细胞或IFN-γ信号通路组分的小鼠无法完成这些血管重塑过程,并伴随胎儿生长受限6,7,这凸显了胎儿-胎盘单位获得充足血液供应的重要性。在人类早期妊娠过程中,绒毛外滋养层细胞的间质性及血管内侵袭,以及其与uNK细胞的相互作用,对于诱导血管重塑和促进胎儿生长具有重要作用8-10。uNK细胞可通过趋化因子11以及如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等细胞因子来调控人类滋养层细胞的侵袭行为12。滋养层细胞侵袭过浅与动脉重塑不足相关,并可导致子痫前期等妊娠并发症9。
本方案基于Anne Croy的开创性工作,她通过免疫组织化学和精巧的细胞转移实验,阐明了免疫系统特别是自然杀伤细胞(NK)来源的干扰素-γ(IFN-γ)在成功实现螺旋动脉血管重塑中的重要作用5,13。本文描述了一种快速且经济的方法,用于评估螺旋动脉的重塑状态。尽管本实验室通常在妊娠中期(妊娠第9.5天(gd9.5))进行评估14,但血管重塑过程发生在gd8.5至gd12.5之间15。自动切片扫描仪的出现极大地促进了从组织切片中对血管和管腔面积的定量分析,我们发现这种方法比测量血管直径更具可重复性。通过添加针对平滑肌肌动蛋白(SMA)的免疫组织化学染色,可对体视学评估所得结果进行简便验证。与所有体视学技术一样,建议至少由两名评估者以盲法方式进行评估。为此,可在连续切片过程中引入随机化步骤,确保评估切片的研究人员不知道样本所属的实验分组。
本实验方案的总体目标是提供一种可靠的工具,用于在妊娠相关并发症的小鼠模型中,针对具有明确母体和父体基因型的小鼠,精确评估螺旋动脉的重塑过程。研究结果强调了该过程对子宫自然杀伤细胞(uNK细胞)的依赖性,而这一依赖性对于胎儿正常生长发育至关重要。
本手稿中讨论的所有操作程序均符合英国政府内政部法规,并已获得剑桥伦理审查小组的批准。
1. 标本采集
| 溶液 | 时间 | 温度 |
| 70% 乙醇 | 1 小时 | 40 °C |
| 100% 乙醇 | 1 小时 | 40 °C |
| 100% 乙醇 | 1 小时 | 40 °C |
| 100% 乙醇 | 1 小时 | 40 °C |
| 100% 乙醇 | 1 小时 | 40 °C |
| 100% 乙醇 | 1 小时 | 40 °C |
| 100% 乙醇 | 1 小时 | 40 °C |
| 二甲苯 | 1 小时 | 40 °C |
| 二甲苯 | 1 小时 | 40 °C |
| 二甲苯 | 1 小时 | 40 °C |
| 石蜡 | 1 小时 | 63 °C |
| 石蜡 | 1 小时 | 63 °C |
| 石蜡 | 1 小时 | 63 °C |
| 石蜡 | 1 小时 | 63 °C |
表1:自动组织处理的设置。 子宫组织处理过程中所用设置的概述
2. 体视学评估
3. 使用免疫组织化学进行定性评估
Rag2-/-IL2rg-/- 小鼠缺乏所有成熟的淋巴细胞,包括自然杀伤细胞(NK细胞)17,其子宫动脉无法像同源野生型 C57BL/6(WT)小鼠在妊娠中期左右那样发生血管结构改变5,14。由于血管重塑减少,Rag2-/-IL2rg-/- 小鼠的管腔表面积显著减小,提示整体血管尺寸较小,这一现象可在苏木精-伊红(H&E)染色切片中观察到,并通过体视学方法进行定量分析(图2)。此外,这些小鼠螺旋动脉的相对管壁厚度(血管外径与管腔直径之比)更高,提示血流供应减少且血流速度增加。
这一定量评估通过SMA的免疫组织化学检测得以证实。对于野生型小鼠而言,其螺旋动脉血管中膜内的SMA在妊娠中期大部分消失是典型特征。如果NK细胞驱动的这一过程未发生,则SMA仍保留在血管中膜,并可通过免疫组织化学方法轻易检测到,表现为围绕血管周围的环状结构(图3)。

图1:妊娠9.5天小鼠子宫示意图。 图示子宫角、宫颈(蓝色)和主要子宫动脉(红色)的相对位置。图中显示了子宫角的长轴方向(箭头)以及结扎位点(虚线箭头)。免疫组织化学切片沿图示平面进行切割。

图2:中期妊娠时动脉重塑的体视学评估。(A)在gd9.5时,野生型雌鼠底蜕膜中央2/4区域(由垂直黑色虚线标示)H&E染色切片中管腔和血管总面积的评估示例。在高倍镜下的血管中,红色虚线标示血管总面积,黄色虚线标示管腔面积。标尺 = 500 µm(左),50 µm(右)。在此方位下,子宫的长轴为水平线。(B)野生型(C57BL/6)和Rag2-/-Il2rg-/-小鼠(C57BL/6背景)的管腔面积(左图)及管腔面积与血管总面积之比(右图)的定量分析。每个数据点代表15次测量的平均值(每张切片测量5次,每个着床部位取3张切片)。柱状图表示每组4次妊娠中n = 11–13个着床部位的平均值;p值来自双尾非配对Mann-Whitney检验。WT:野生型。

图3:蜕膜基底层中平滑肌肌动蛋白的免疫组织化学检测。 在妊娠9.5天(gd9.5)的野生型(WT,上图)和Rag2-/-IL2rg-/-小鼠(C57BL/6背景,下图)中SMA染色的代表性结果。标尺 = 100 µm。WT:野生型。
本文所述方案旨在提供一种可重复的方法,用于评估成功妊娠所必需的血管变化。该评估成功的关键在于组织切片的质量。准确确定植入部位的妊娠天数以及可靠地结扎子宫动脉均为至关重要的步骤。固定时间、组织处理流程等参数的改变也可能影响实验结果。为了实现无偏倚的体视学评估,重要的是在每个植入部位测量相同数量的血管。建议每个植入部位测量5条血管,并对每个植入部位设置三个重复。这15次测量的平均值代表5条最大血管的平均尺寸。
除了本文所示的无淋巴细胞 Rag2-/-IL2rg-/- 小鼠的数据外,我们发现该方案还可用于多种母体免疫功能不足的模型,包括自然杀伤细胞(NK细胞)受抑制的模型14。在滋养层细胞侵袭受损的模型中也已观察到动脉重塑缺陷18,本文所述技术可能有助于评估这些情况下的血管结构。我们已针对小鼠妊娠中期蜕膜血管重塑的研究对该方案进行了优化和验证,但该方案亦可合理地调整用于其他模式系统(例如大鼠)甚至其他器官。尽管我们发现NK细胞依赖性的血管重塑在妊娠第9.5天(gd9.5)可被稳健评估,但该方案也可修改用于其他时间点,例如妊娠第12.5天(gd12.5),此时母体血管已完全重塑。在该时间点,血管内滋养层细胞侵袭更深16,因此可能更适用于研究滋养层细胞在血管变化中的作用。若需要额外的定量读数,研究者还可增加SMA染色切片的数量,并评估每个着床部位中部分重塑血管所占的比例。
本方案的一个局限性在于组织学检查的描述性本质。然而,功能性检测方法目前才刚刚逐步出现(例如多普勒超声19)。这些技术需要专业的操作技能,且在设备购置和维护方面成本显著更高,但其优势在于能够对组织学上可观察到的改变提供纵向的活体(in vivo)功能读数。所有体视学检查可能存在的一个缺点是研究者主观判断的影响。为解决这一问题,可采用两名独立的观察者分别对所有样本进行独立分析,以避免偏差。尽管本文所述方案有助于了解有多少血液能够到达母胎界面,但将其与通过塑料铸型技术评估血管系统中任意时间点的总血量这一互补方法相结合,可能会更具优势16。
本方案的优势在于结合了两种独立的方法。首先通过体视学对血管变化进行定量评估,然后利用免疫组织化学对该结果进行定性验证。通过随机化处理样本,可进一步增强结果的可靠性。本方案所制备的样本还可轻松用于研究妊娠的其他参数,例如蜕膜化、妊娠期子宫系膜淋巴样聚集体(MLAp)的发育或特定细胞的免疫检测,从而在妊娠中期对妊娠表型进行严格评估。
动脉重塑是女性正常妊娠的关键步骤,此类改变的失败是妊娠重大综合征(GOS)的基础,即子痫前期、胎儿生长受限和死产。本文介绍了用于在模拟GOS部分病理生理特征的小鼠模型中精细评估妊娠表型的技术。
作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢 Colucci 实验室所有成员的有益讨论。本工作由惠康信托基金 [094073/Z/10/Z]、滋养层研究中心以及英国心脏基金会资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 8-12 周龄 C57BL/6 小鼠 | Charles River | ||
| 牙线 | |||
| 聚苯乙烯 | 用于固定组织位置 | ||
| 直头解剖剪 | EMS | 72940 | |
| 25 G 针头 | BD | 300600 | 用于固定组织位置 |
| 50 ml 锥形管 | Falcon | 352070 | |
| 中性缓冲福尔马林溶液,10% | Sigma | HT501128-4L | |
| 磷酸盐缓冲液 | Sigma | P3813-10PAK | |
| 乙醇 | Sigma | 32221-2.5L | |
| 石蜡 | Sigma | 327204-1KG | |
| 二甲苯 | Fisher Scientific | X/0250/17 | |
| 自动组织处理仪 | Sakura | 6032 | |
| 切片机 | Leica | RM2245 | |
| 载玻片架 | Sigma | Z710989 | |
| 柯普林瓶 | Sigma | S5891 | |
| 纯水 | |||
| 吉氏苏木精溶液,3 号 | Sigma | GHS332-1L | |
| 伊红 Y 溶液 | Sigma | HT110116-500ML | |
| 通风橱 | |||
| 基于二甲苯的封片介质 | VWR | 361254D | |
| 切片扫描仪 | Hamamatsu | NanoZoomer | |
| 切片扫描仪软件 | Hamamatsu | NDP viewer | |
| 柠檬酸三钠二水合物 | Sigma | 32320 | 配制 10 mM 溶液并调节 pH 至 6 |
| 压力锅 | 用于抗原修复 | ||
| 加热板 | 用于抗原修复 | ||
| 疏水屏障笔 | Vector | H-4000 | |
| 过氧化氢 | Fisher Scientific | H/1800/15 | |
| Tris 缓冲盐水 | Sigma | T6664-10PAK | |
| 小鼠组织防背景干扰试剂盒(Mouse on mouse kit) | Vector | BMK-2202 | 显著降低背景信号 |
| 小鼠抗人平滑肌肌动蛋白抗体 | DAKO | M0851 | 与小鼠组织交叉反应 |
| IgG2a 同型对照 | DAKO | X0943 | |
| 湿盒 | Sigma | H6644 | |
| 3,3’-二氨基联苯胺溶液 | Sigma | D4293-5SET | |
| 盐酸 | Fisher Scientific | H/1050/PB17 |