肝脏损伤伴随前体细胞的扩增,这些前体细胞构成一个异质性的细胞群体。对该细胞区室进行新的分类,有助于区分多个细胞亚群。本文所述方法展示了通过流式细胞术分析及高纯度分离各类亚群的技术流程,所获细胞可用于后续多种实验分析。
肝脏损伤伴随前体细胞的扩增,这些前体细胞构成一个异质性的细胞群体。对该细胞区室进行新的分类,有助于区分多个细胞亚群。本文所述方法展示了通过流式细胞术分析及高纯度分离各类亚群的技术流程,所获细胞可用于后续多种实验分析。
在慢性肝损伤过程中,前体细胞会通过一种称为导管样反应的过程发生扩增,该过程还伴随炎性细胞浸润和上皮细胞活化。目前对这类炎症反应中前体细胞群体的研究主要依赖单一表面标志物,通过组织学分析或基于流式细胞术的技术进行鉴定。然而,新发现的表面标志物揭示了肝前体/干细胞区室中存在功能各异的多个亚群。本文所述方法介绍了利用新型表面标志物组合对前体细胞亚群进行分离及详细的流式细胞术分析。此外,还展示了如何通过自动化磁珠分选和FACS分选技术实现各前体细胞亚群的高纯度分离。尤为重要的是,采用新型且简化的酶解离肝脏组织方法,能够以高于现有其他方法的活性高效分离这些稀有细胞群体。该方法对于进一步研究前体细胞具有重要意义 关键词:肝前体细胞,导管样反应,流式细胞术,细胞分选,酶解离,炎症,肝损伤,细胞亚群 体外 或用于分离高质量RNA以分析基因表达谱。
肝脏再生主要与肝细胞的自我更新能力相关。然而,在慢性肝损伤过程中,前体细胞会被激活并扩增,这一现象与其分化为肝细胞和胆管细胞的能力有关1,2,3,4。这一点尤为重要,因为在慢性损伤期间,肝细胞的增殖并不有效。尽管已有多种针对前体细胞的遗传谱系示踪研究,但它们在肝脏再生中的作用仍存在争议5,6,7,8。此外,前体细胞的激活已被证实与肝脏纤维化反应增强相关,这引发了关于其在损伤过程中确切作用的疑问9,10。
基因表达研究长期提示祖细胞区室具有异质性,这些研究通过显微解剖或基于细胞分选的方法分离出仅表达单一表面标志物的祖细胞1,11。事实上,最近一项研究利用gp38(podoplanin)这一新型表面标志物组合,明确地将先前已知的祖细胞单一标志物与不同亚群关联起来12。重要的是,这些亚群不仅在表面标志物表达上存在差异,在损伤过程中还表现出功能上的改变12。
已采用多种动物模型来研究前体细胞的活化及肝脏再生过程。不同类型的损伤似乎会促进不同亚群前体细胞的活化12,这或许可以解释在人类中观察到的导管样反应的表型差异4。因此,对前体细胞进行复杂的表型和功能分析,对于理解其在损伤中的作用以及导管样反应在肝病中的真正意义至关重要。
除了表面标志物组合之外,细胞分离方案中的关键差异进一步加剧了基于以往研究得出结论的复杂性2。大量研究探讨了祖细胞的作用,而这些研究中祖细胞的分离方案存在显著差异(例如,肝脏解离(酶的组合及处理时间)、密度介质以及离心速度)2。近期已开发并发表了一种优化的分离技术,该技术可提高稀有细胞群体的存活率,并更真实地反映细胞亚群的组成情况12。本文旨在提供该肝脏细胞分离方法及亚群分析的更详细实验方案,以便准确重复该技术。此外,本方案还包含了与先前分离方法的比较,以展示新旧方案之间的差异。
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所有实验操作均经洪堡大学医学中心伦理与动物护理委员会批准。
1. 材料与缓冲液的准备
2. 肝脏单细胞悬液的制备
3. 使用流式细胞术测定细胞数量
注意:在测定细胞数量时,建议使用自动细胞计数器,或更理想地采用下文所述的基于流式细胞术的细胞定量方法,而非传统的基于血球计数板的方法。步骤2中所述的肝脏单细胞悬液包含实质细胞和非实质细胞(NPC),二者在大小和颗粒度上存在显著差异。在使用流式细胞术时,通过正确排除细胞碎片,并根据非实质细胞在前向散射与侧向散射(FSC-SSC)上的特征进行设门,可确保本方案的成功实施12。
4. 肝脏单细胞悬液的染色用于祖细胞亚群的流式细胞术分析
| 抗体 | 克隆号 | 宿主/同种型 | 储存浓度 [mg/mL] | 稀释比例 |
| CD64 | X54-5/7.1 | 小鼠 IgG1, κ | 0.5 | 1:100 |
| CD16/32 | 93 | 大鼠 IgG2a, λ | 0.5 | 1:100 |
| CD45 | 30-F11 | 大鼠 IgG2b, κ | 0.2 | 1:200 |
| CD31 | MEC13.3 | 大鼠 IgG2a, κ | 0.5 | 1:200 |
| ASGPR1 | 多克隆山羊 IgG | 0.2 | 1:100 | |
| Podoplanin | 1/8/2001 | 叙利亚仓鼠 IgG | 0.2 | 1:1,400 |
| Podoplanin | 1/8/2001 | 叙利亚仓鼠 IgG | 0.5 | 1:1,400 |
| CD133 | Mb9-3G8 | 大鼠 IgG1 | 0.03 | 3 µL |
| CD133 | 315-2C11 | 大鼠 IgG2a, λ | 0.5 | 1:100 |
| CD34 | RAM34 | 大鼠 IgG2a, κ | 0.5 | 1:100 |
| CD90.2 | 53-2,1 | 大鼠 IgG2, κ | 0.5 | 1:800 |
| CD157 | BP-3 | 小鼠 IgG2b, κ | 0.2 | 1:600 |
| EpCAM | G8.8 | 大鼠 IgG2a, κ | 0.2 | 1:100 |
| Sca-1 | D7 | 大鼠 IgG2a, κ | 0.03 | 10 µL |
| 小鼠 IgG2b, κ | MPC-11 | 0.2 | ||
| 大鼠 IgG1 | RTK2071 | 0.2 | ||
| 大鼠 IgG2b, κ | RTK4530 | 0.2 | ||
| 大鼠 IgG2a, κ | RTK2758 | 0.5 | ||
| 大鼠 IgG2a, κ | RTK2758 | 0.2 | ||
| 叙利亚仓鼠 IgG | SHG-1 | 0.2 | ||
| 叙利亚仓鼠 IgG | SHG-1 | 0.5 | ||
| 正常山羊 IgG 对照 | 多克隆山羊 IgG | 1 | ||
| 驴抗山羊 IgG | 驴 IgG | 2 | 1:800 | |
| 链霉亲和素 | 1 | 1:400 |
表1.
| 抗体 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| CD45 APC/Cy7 | 大鼠 IgG2b, κ 0.5 µL | + | + | + | + |
| CD31 生物素标记 | + | 大鼠 IgG2a, κ 0.5 µL | + | + | + |
| ASGPR1 纯化抗体 | + | + | 正常山羊 IgG 对照 0.2 µL | + | + |
| Podoplanin APC | + | + | + | 叙利亚仓鼠 IgG 1 µL(1:14 稀释) | + |
| CD133 PE | + | + | + | + | 大鼠 IgG1 0.45 µL |
| 驴抗山羊 Alexa Fluor 488 | + | + | + | + | + |
| 链霉亲和素 Alexa Fluor 405 | + | + | + | + | + |
表2.
5. 基于磁性微珠的前体细胞富集
6. 基于磁性微珠的自动化细胞纯化技术联合多肝脏来源前体细胞亚群的分离
注意:由于前体细胞亚群属于稀有细胞群体,通常需要合并多个肝脏的细胞以获得足够数量的细胞用于后续实验。以下以 CD133+ 和 gp38+ 细胞的分离为例进行说明。
7. 流式细胞术分选细胞
注意:使用下述方案可获得高纯度的任何前体细胞亚群。细胞的总体得率远低于步骤6中所述,最适合用于基因表达分析。
| 参数 | 设置 |
| 喷嘴尺寸 | 85 µm |
| 频率 | 46.00 - 46.20 |
| 振幅 | 38.30 - 55.20 |
| 相位 | 0 |
| 液滴延迟 | 28.68 - 28.84 |
| 衰减 | 关闭 |
| 首个液滴 | 284 - 297 |
| 目标间隙 | 9.-14 |
| 压力 | 45 psi |
表3.
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本实验采用一种新型酶混合液消化肝脏,可获得包含实质和非实质肝脏细胞的单细胞悬液(图1 和 图2a)。在使用ACK裂解红细胞后,可直接对单细胞悬液进行流式细胞术分析(图1 和 图2)。设门策略包括排除双联体细胞和死细胞(图2a)。选择CD45、CD31和ASGPR1阴性的细胞进行设门,该细胞群包含肝脏前体细胞,可根据其gp38和CD133的表达情况进行分群(图2a)。在健康成年小鼠肝脏中,gp38+CD133+ 和 gp38-CD133+ 细胞是CD45-CD31-ASGPR1- 细胞中最丰富的细胞亚群(图2a、2b)。这些亚群在其他已知与前体细胞相关的表...
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不同原因引起的肝脏炎症和损伤会触发肝脏的再生过程,伴随前体细胞的扩增和活化2,3。这些肝脏前体细胞具有干细胞特性,可能在多种肝脏疾病的发病机制中发挥重要作用。
长期以来,肝前体细胞的异质性一直被广泛认为存在。通过采用CD133和gp38这一新型表面标志物组合对肝前体细胞亚群进行重新评估,可鉴定出携带不同表面标志物并在肝损伤过程中表达特定炎症相关基因集合的亚群12。本文所述方法可实现对稀有细胞的直接流式细胞术分析,并可在多种肝损伤模型中对其进行直接比较。这一点尤为重要,因为不同类型的损伤可激活多种前体细胞亚群,这可能反映了导管反应中所观察到的细胞异质性3,4,11,12
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作者无竞争性财务利益。
本工作获得了亚历山大·冯·洪堡基金会索菲娅·科瓦列夫斯卡娅奖对VLK的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| RPMI | Life Technologies | 21875-034 | |
| 酚红-free DMEM | Life Technologies | 31053-028 | |
| FBS | Life Technologies | 10270-106 | |
| Collagenase P | Sigma-Aldrich | 11249002001 | |
| DNAse-I | Sigma-Aldrich | 10104159001 | |
| Dispase | Life Technologies | 17105041 | |
| ACK 溶解缓冲液 | Life Technologies | A10492-01 | |
| HBSS | Life Technologies | 14025-050 | |
| PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| 叠氮化钠 | Sigma-Aldrich | S2002 | 配制 1% 储存液 |
| 10% BSA | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | |
| autoMACS 冲洗液 | Miltenyi Biotec | 130-091-222 | 加入 0.5% (v/v) BSA 并置于冰上保存 |
| 酚红-free DMEM | Sigma-Aldrich | D1145 | |
| 计数微球 Count Bright | Life Technologies | C36950 | |
| PI | Miltenyi Biotec | 130-093-233 | |
| FcR 封闭试剂 | Miltenyi Biotec | 130-092-575 | |
| 抗-CD31 微珠 | Miltenyi Biotec | 130-097-418 | |
| 抗-CD45 微珠 | Miltenyi Biotec | 130-052-301 | |
| 死细胞去除试剂盒 | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | |
| 抗-生物素微珠 | Miltenyi Biotec | 130-090-485 | |
| CD64 纯化抗体 | BioLegend | 139302 | 稀释比例:1:100 |
| CD16/32 纯化抗体 | BioLegend | 101302 | 稀释比例:1:100 |
| CD45 APC/Cy7 | BioLegend | 103116 | 稀释比例:1:200,标记造血细胞 |
| CD31 生物素标记 | BioLegend | 102504 | 稀释比例:1:200,标记内皮细胞 |
| ASGPR1 纯化抗体 | Bio-Techne | AF2755-SP | 稀释比例:1:100,标记肝细胞 |
| Podoplanin APC | BioLegend | 127410 | 稀释比例:1:1,400,标记前体细胞 |
| Podoplanin 生物素标记 | BioLegend | 127404 | 稀释比例:1:1,400 |
| CD133 PE | Miltenyi Biotec | 130-102-210 | 使用 3 µL,标记前体细胞 |
| CD133 生物素标记 | BioLegend | 141206 | 稀释比例:1:100 |
| CD34 生物素标记 | eBioScience | 13-0341-81 | 稀释比例:1:100 |
| CD90.2 Pacific Blue | BioLegend | 140306 | 稀释比例:1:800 |
| CD157 PE | BioLegend | 140203 | 稀释比例:1:600 |
| EpCAM Brilliant Violet 421 | BioLegend | 118225 | 稀释比例:1:100 |
| Sca-1 生物素标记 | Miltenyi Biotec | 130-101-885 | 使用 10 µL |
| 小鼠 IgG2b, κ PE | BioLegend | 400311 | |
| 大鼠 IgG1 PE | BioLegend | 400407 | |
| 大鼠 IgG2b, κ APC/Cy7 | BioLegend | 400624 | |
| 大鼠 IgG2a, κ 生物素标记 | BioLegend | 400504 | |
| 大鼠 IgG2a, κ Brilliant Violet 421 | BioLegend | 400535 | |
| 叙利亚仓鼠 IgG APC | BioLegend | 402012 | |
| 叙利亚仓鼠 IgG 生物素标记 | BioLegend | 402004 | |
| 正常山羊 IgG 对照纯化抗体 | Bio-Techne | AB-108-C | |
| 驴抗山羊 IgG Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A11055 | 稀释比例:1:800 |
| 链霉亲和素 Alexa Fluor 405 | Life Technologies | S32351 | 稀释比例:1:400 |
| 100 µm 滤网 | A. Hartenstein | PAS3 | |
| LS 柱 | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| QuadroMACS 分离器 | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | |
| MACSQuant Analyzer 10 | Miltenyi Biotec | 130-096-343 | |
| AutoMACS Pro 分离器 | Miltenyi Biotec | 130-092-545 | |
| FACS AriaTMIII | BD Biosciences | ||
| FACSDiva 软件 | BD Biosciences | ||
| 聚丙烯圆底管 | Falcon | 352063 | |
| RNeasy Plus Mini 试剂盒 | Qiagen | 74134 | 包含 RLT 裂解缓冲液 |
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