尽管浸润性巨噬细胞持续从循环前体细胞招募至成体组织,但组织驻留巨噬细胞在发育过程中定植于组织,并在无前体细胞进一步输入的情况下长期维持。近期,组织驻留巨噬细胞的前体细胞已被鉴定。本文介绍了对组织驻留巨噬细胞前体细胞进行遗传谱系示踪的方法。
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尽管浸润性巨噬细胞持续从循环前体细胞招募至成体组织,但组织驻留巨噬细胞在发育过程中定植于组织,并在无前体细胞进一步输入的情况下长期维持。近期,组织驻留巨噬细胞的前体细胞已被鉴定。本文介绍了对组织驻留巨噬细胞前体细胞进行遗传谱系示踪的方法。
巨噬细胞是免疫系统固有免疫分支中的专职吞噬细胞。在稳态条件下,静息型巨噬细胞存在于成体组织中,作为抵御感染和组织损伤的第一道防线。尽管其他免疫细胞持续由骨髓中的造血干细胞和祖细胞(HSPC)再生,但一类被称为组织驻留巨噬细胞的巨噬细胞谱系已被证实可在不依赖骨髓HSPC输入的情况下实现自我维持。这类谱系的典型代表包括脑内的小胶质细胞、肝脏中的库普弗细胞以及表皮中的朗格汉斯细胞等。肠道和结肠固有层是唯一缺乏HSPC非依赖性驻留巨噬细胞的成体组织。近期研究表明,驻留巨噬细胞起源于胚外卵黄囊造血过程,其前体细胞不同于胎儿造血干细胞(HSC)。在卵黄囊确定型造血过程中,红髓祖细胞(EMP)可分化为红系和髓系细胞,特别是组织驻留巨噬细胞。EMP仅在胚胎发育E8.5至E10.5天之间于卵黄囊中产生,并在循环系统建立后迅速迁移至胎儿肝脏,在此扩增并分化直至至少E16.5天。其子代包括红细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和肥大细胞,但唯有EMP来源的巨噬细胞可持续存在于成体组织中。由于EMP的出现具有短暂性,且其产生时间与HSC生成期部分重叠,使得对这些前体细胞的分析变得困难。我们建立了一种基于巨噬细胞集落刺激因子受体Csf1r启动子表达的他莫昔芬诱导型命运图谱示踪技术,用于鉴定EMP及其衍生细胞 体内 通过流式细胞术。
在发育过程中存在若干波次相继出现但部分重叠的造血祖细胞,其髓系子代细胞可延续至成年。首先,单能性 "原始的" 前体细胞在小鼠卵黄囊中出现 1,2 在E7.5至E8.25之间产生,且不经过任何单核细胞中间阶段而直接生成胚胎巨噬细胞。由原始前体细胞衍生的巨噬细胞是否能在成年大脑中作为小胶质细胞持续存在,目前仍是活跃的研究课题。其次,红髓前体细胞(Erythro-Myeloid Precursors, EMPs)于E8.5时期在卵黄囊中出现,进入血液循环并定植于胚胎。EMPs通过依赖Runx1的内皮-造血转化过程,从卵黄囊的造血内皮中产生。 3,4虽然EMP能在卵黄囊内分化为巨噬细胞,但它们也会从胚胎第9天(E9)起定植于胎肝5 并分化为红细胞、巨核细胞、巨噬细胞、单核细胞、粒细胞和肥大细胞 6源自EMP的巨噬细胞在发育期及成年组织中均表现出增殖能力。由于目前对这些巨噬细胞的分化途径知之甚少,EMP来源的巨噬细胞是否在分化过程中绕过单核细胞阶段仍存在争议。 7,8最后,造血干细胞(HSCs)于胚胎期10.5天(E10.5)在胚胎本体的主动脉-性腺-中肾区形成,并迁移至胎肝。具有长期重constitution能力的HSCs仅在E11之后(即42对体节阶段)方可检测到。9在此处,它们从E12.5开始扩增并分化,直至确定性造血开始逐渐转移至骨髓,此后骨髓将成为出生后生命期间主要的血细胞生成场所。 10.
由于出现时间与空间上的重叠,以及免疫表型标志物的共用,迄今为止我们仍难以区分这些胚胎造血祖细胞不同波次的具体贡献。尽管EMP和HSC均以Runx1依赖的方式产生,并共同表达转录因子Myb和生长因子受体Csf1r(集落刺激因子1受体,亦称巨噬细胞集落刺激因子受体)等分子,但EMP可通过其缺乏淋巴系分化潜能(无论体外还是体内)、缺乏长期重建造血能力以及不表达谱系标志物Sca-1等特征与HSC相区分11。由于遗传谱系示踪模型能够以细胞特异性和时间特异性的方式靶向胚胎祖细胞,因此成为表征巨噬细胞发育起源的必要工具。本文介绍了我们实验室所采用的谱系示踪方案,用于区分成年个体大多数组织中存在的两类巨噬细胞:由HSC衍生的浸润性巨噬细胞和不依赖HSC的定居型巨噬细胞。
组织驻留巨噬细胞可追溯至表达细胞因子受体 Csf1r12 的 Myb 非依赖性前体细胞,利用三种互补的命运图谱技术发现,这些细胞在胚胎发育的 E8.5–E10.5 时期即已存在6。为了在不标记胎儿造血干细胞(HSCs)的情况下研究卵黄囊造血作用,我们采用了一种转基因小鼠品系Csf1rMeriCreMer,该品系在 Csf1r 启动子的调控下表达一种他莫昔芬可诱导的融合蛋白,即“改良型”Cre 重组酶与两个小鼠雌激素受体(Mer-iCre-Mer)的融合体。因此,Cre 重组酶仅在表达 Csf1r 的细胞中于有限的时间窗口内被激活。当该品系与携带位于 lox-STOP-lox 盒下游荧光蛋白的报告小鼠品系(Rosa26LSL-eYFP)联合使用时,可实现对诱导时刻存在的细胞及其所有后代的永久性遗传标记。在 E8.5 时给予他莫昔芬的活性形式 4-羟基他莫昔芬(OH-TAM),可标记早期髓系前体细胞(EMPs)和巨噬细胞,但不会标记卵黄囊来源的单能性"原始"前体细胞或胎儿造血干细胞。借此,我们已表征了 EMPs 及其后代在胚胎发育过程中的免疫表型,并评估了卵黄囊来源巨噬细胞对成体巨噬细胞库的贡献。尚需进一步研究以明确该策略是否也能标记原始前体细胞来源的巨噬细胞,以及这些细胞是否能够贡献于成体巨噬细胞库。
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动物实验操作均依照巴斯德研究所机构动物护理与使用委员会(CETEA)批准的规程进行。
1. 子宫内 脉冲标记在 Csf1r MeriCreMer 蔷薇属 LSL-YFP 胚胎
| 小鼠体重(g) | 从混合液中注射的总体积(µL) |
| 25 | 281 |
| 26 | 292 |
| 27 | 303 |
| 28 | 315 |
| 29 | 326 |
| 30 | 338 |
| 31 | 348 |
| 32 | 360 |
| 33 | 371 |
| 34 | 382 |
| 35 | 394 |
表1:4-羟基他莫昔芬(OH-TAM)的注射体积。 在E8.5时期单次注射所需的体积,剂量为每克(体重)75 µg OH-TAM,并补充每克37.5 µg黄体酮。
2. 卵黄囊(YS)和胎肝(FL)的解剖
注意:操作胚胎时,除非需要进行长期培养,否则无需严格的无菌技术。但工作区域必须保持清洁,并在吸水纸下铺上铝箔覆盖。
3. 胚胎组织的流式细胞术处理
4. 表面抗原染色
| 抗体体积(µL)(终体积 50 µL) | ||||||||
| 抗体 | 克隆号 | 抗体混合液 | FMO CD45.2 | FMO CD11b | FMO F4/80 | FMO AA4.1 | FMO Kit | FMO Ter119 |
| anti-CD45.2 | 104 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| anti-CD11b | M1/70 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| anti-F4/80 | BM8 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| anti-AA4.1 | AA4.1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| anti-Kit | 2B8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 |
| anti-Ter119 | Ter119 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 |
| FACS 缓冲液 | 45.5 | 46.5 | 46 | 46.5 | 46.5 | 46 | 46 | |
表2:染色及荧光减一(FMO)对照所用抗体的体积。达到终体积50 µL所需的抗体体积(µL)。
5. 通过流式细胞术鉴定EMP和卵黄囊来源的巨噬细胞
注意:本实验方案采用配备405 nm紫激光、488 nm蓝激光、562 nm黄激光和638 nm红激光的四激光流式细胞仪进行优化。
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通过在E8.5时向与携带Rosa26-LSL-eYFP报告基因的雄鼠交配的Csf1r-Mer-iCre-Mer雌鼠体内给予OH-TAM,实现遗传谱系示踪。在OH-TAM存在的情况下,终止盒被切除,导致表达Csf1r的细胞永久性表达YFP。我们在E10.5时从小鼠胚胎中采集了两种造血组织(卵黄囊和胎肝)以及一种非造血组织(神经外胚层)。通过酶解和机械解离获得单细胞悬液,并使用荧光标记抗体染色后通过流式细胞术进行分析。在排除死细胞和双联体后,对单细胞悬液进行分析(图1)。所有设门均使用荧光减一对照(FMO)确定。建议同时进行红细胞排除(Ter119+ 细胞),以提高分析的清晰度(图1B)。利用细胞表面标志物Kit(前体细胞标志物)和CD45(造血细胞标志物),我们能够区分出三群目标细胞:Kit+ CD45neg、Kit+ CD45low 和 Kitneg CD4...
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在短时间内,不同波次的造血前体细胞存在部分重叠,这使得分析发育性造血各波次对免疫细胞贡献的技术难度非常大。
他莫昔芬诱导型Cre系统提供了以时间可控的方式标记特定细胞的机会,并可在胚胎或成体中进行谱系分析,而无需 离体 或 体外 培养或移植。在他莫昔芬诱导型Cre品系中,将细菌Cre重组酶与人雌激素受体配体结合域的突变体融合(CRE-ER),或改进的单点突变Cre与两个小鼠雌激素受体融合(Mer-iCre-Mer)。Cre与雌激素受体的融合导致Cre被Hsp90隔离于细胞质中,从而阻止其在细胞核内介导重组。他莫昔芬(TAM)经肝脏代谢为其活性代谢产物4-羟基他莫昔芬(OH-TAM),后者与雌激素受体具有高亲和力。OH-TAM与融合型Cre结合后,破坏其与Hsp90的相互作用,使Cre得以转位至细胞核并启动Cre介导的重组。注射TAM或OH-TAM 在子宫内 向怀孕雌性个体给药已被证明可激活发育中胚胎的重组。妊娠期间给予他莫昔芬可能导致流产,从而减少产仔数量;若在妊娠中期后给药,则可能阻止自然分娩,此时需通过剖宫产手术娩出幼仔。为...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢 Frederic Geissmann 教授和 Christian Schulz 教授富有见地的讨论;感谢 Hannah Garner 博士对稿件的审阅;感谢 Xavier Montagutelli 博士、Jean Jaubert 博士以及巴斯德研究所动物设施工作人员在小鼠饲养方面提供的支持;感谢 Pascal Dardenne 以及 Amgen 学者 Vytaute Boreikaite 提供的技术协助。E.G.P. 实验室的研究工作由巴斯德研究所、法国国家科学研究中心(CNRS)、Cercle FSER(FRM)以及巴斯德研究所和 REVIVE 联盟提供的启动经费资助。L.I. 获得了 REVIVE 联盟提供的博士研究生奖学金支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| #5 直头镊子 | Fine Science Tools | 11251-20 | |
| MC19/B Pascheff-Wolff 弹簧剪 | Fine Science Tools | 15371-92 | |
| 8.5 cm 直剪 | Fine Science Tools | 14090-09 | |
| 抗小鼠 Kit-PE(克隆 2B8) | BD Pharmingen | 553355 | FACs 缓冲液中 1/200 稀释 |
| 抗小鼠 CD45.2 APC-Cy7(克隆 104) | Sony | 1149120 | FACs 缓冲液中 1/100 稀释 |
| 抗小鼠 AA4.1-APC(CD93,克隆 AA4.1) | eBioscience | 17-5892 | FACs 缓冲液中 1/100 稀释 |
| 抗小鼠 Ter119 PerCP-Cy5.5(克隆 Ter119) | Biolegend | 560512 | FACs 缓冲液中 1/200 稀释 |
| 抗小鼠 F4/80-BV421(克隆 BM8) | BD Pharmingen | 123137 | FACs 缓冲液中 1/100 稀释 |
| 抗小鼠 CD11b PE-Cy7(克隆 M1/70) | BD Pharmingen | 552850 | FACs 缓冲液中 1/200 稀释 |
| 抗小鼠 CD16/CD32(小鼠 BD Fc 阻断剂,克隆 2.4G2) | BD Biosciences | 553142 | |
| PBS 1x | Fischer Scientific | 12559069 | |
| 胎牛血清 | Fischer Scientific | 11570506 | |
| 胶原酶 D | Roche | 11088882001 | |
| 脱氧核糖核酸酶 I | Sigma | D4527-20KU | |
| 6 孔组织培养板 | Dutscher Dominique | 353046 | |
| 12 孔组织培养板 | Dutscher Dominique | 353224 | |
| 24 孔组织培养板 | Fischer Scientific | 11874235 | |
| 96 孔 U 型底组织培养板 | Dutscher Dominique | 353227 | |
| 2 mL 塑料注射器 Plastipak | Dutscher Dominique | 300185 | |
| 尼龙筛网 100 µm 细胞滤器 | Dutscher Dominique | 352360 | |
| 尼龙筛网 70 µm 细胞滤器 | Dutscher Dominique | 352350 | |
| 15 ml Falcon 管 | Dutscher Dominique | 352096 | |
| Millipore Stericup GP 过滤装置,0.2 μm | Dutscher Dominique | 51246 | |
| 牛血清白蛋白 | Sigma | A7906-500G | |
| (Z)-4-羟基他莫昔芬 25mg | Sigma | H7904-25MG | 配制和使用他莫昔芬及其衍生物时需格外小心。务必使用适当的个人防护装备 |
| 孕酮 | Sigma | P3972 | 务必使用适当的个人防护装备 |
| PEG-35 蓖麻油(Kolliphor/Cremophor EL) | Sigma | C5135 | |
| 葵花籽油 | Sigma | S5007-250ML | |
| 乙醇 | Sigma | 24103-1L-R-D | 务必使用适当的个人防护装备,并在通风橱中操作 |
| EDTA | Sigma | E9884-500G | |
| DAPI,1 mL(1 mg/mL 水溶液) | Fischer Scientific | 10116287 | |
| CytoFLEX S B2-R3-V4-Y4 流式细胞仪 | Beckman Coulter | B75408 | |
| CytoFLEX 日常质控荧光微球 | Beckman Coulter | B53230 | |
| VersaComp 抗体捕获微球试剂盒(2×5 mL) | Beckman Coulter | B22804 | |
| FVB-Tg(Csf1r-cre/Esr1*)1Jwp/J | The Jackson Laboratory | 19098 | |
| B6.129X1-Gt(ROSA)26Sortm1(EYFP)Cos/J | The Jackson Laboratory | 6148 |
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