肺的健康状况可通过肺细支气管中存在的免疫细胞类型和数量来反映。本文介绍一种支气管肺泡灌洗技术,可用于分离和研究小鼠下呼吸道中的非黏附性细胞及可溶性因子。
肺的健康状况可通过肺细支气管中存在的免疫细胞类型和数量来反映。本文介绍一种支气管肺泡灌洗技术,可用于分离和研究小鼠下呼吸道中的非黏附性细胞及可溶性因子。
支气管肺泡灌洗(Bronchoalveolar Lavage, BAL)是一种用于检测肺腔内细胞及非细胞成分的实验性操作 离体 深入了解一种持续存在的疾病状态。
本文介绍了一种简单且高效的方法,可在无需特殊工具或设备的情况下对小鼠肺部进行支气管肺泡灌洗(BAL)。通过将导管插入已深度麻醉小鼠的气管,将生理盐水溶液注入细支气管,从而收集灌洗液。通过轻柔回抽灌注液体,以最大化回收支气管肺泡灌洗液,并尽量减少剪切力。该技术有助于保持气道及灌洗液中细胞的活性、功能和结构完整性。
有多种技术可用于进一步了解肺部疾病状态。本文介绍了一种常用的方法,用于鉴定和计数不同类型的免疫细胞,该方法结合了流式细胞术与一组特定的荧光标记细胞表面标志物。 此处所述的支气管肺泡灌洗(BAL)操作也可用于分析小鼠肺部的病原微生物、液体成分或吸入颗粒。
气道会遇到多种损伤因素,这些因素可能导致炎症、病原体入侵或恶性转化。衬覆肺腔表面的上皮细胞构成了哺乳动物体内的重要屏障之一。它们与肺泡巨噬细胞共同作用,阻止环境中的有害物质通过气道侵入全身系统。此类有害物质包括有机和无机化学物质、细菌以及病毒。同样,也可设计特定的免疫接种或治疗干预手段以靶向肺部。在所有这些情况下,对所引发反应进行详尽的分析,对于理解、干预或预防呼吸系统内发生的生物学过程至关重要。
支气管肺泡灌洗(BAL)是一种分析此类反应的重要方法,因为所获得的样本包含了有关肺部气道内炎症反应、免疫机制以及感染性疾病进展的关键信息1,2通过使用支气管肺泡灌洗(BAL),可以研究浸润的细胞。这与消化肺组织所获得的结果形成对比,后者提供的是 "更脏的" 细胞群体,其中包含大量死亡和黏附性细胞。支气管肺泡灌洗(BAL)通过将生理盐水溶液注入终末细支气管,随后回收该溶液而实现。回收的液体可用于定量及表型分析肺部常驻细胞和浸润性炎性细胞。该方法常用于研究气道疾病模型中的细胞浸润情况,如哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)以及感染性疾病模型。除细胞成分外,肺气道的分子组成也在支气管肺泡灌洗液(BALF)中得以反映。为分析其分子成分,可采用酶联免疫吸附测定(ELISA)、免疫印迹(immunoblot)以及细胞因子微球阵列(cytokine bead array)同时检测多种细胞因子,以评估细胞因子和趋化因子的存在情况。
BAL 是一种成熟的方法,用于研究炎症性呼吸系统疾病动物模型中炎性细胞的浸润情况。观察到细胞浸润发生改变(例如, 淋巴细胞、嗜酸性粒细胞或中性粒细胞水平升高)有助于更深入地理解疾病,并可作为评估治疗干预效果的客观参数。
准确且可重复地解读支气管肺泡灌洗(BAL)细胞学分析结果,要求正确实施BAL操作,并对收集的灌洗液进行恰当的处理和加工。术语"支气管灌洗"由Stitt在八十多年前首次提出3。1961年,Myrvik从兔肺灌洗液中成功获取了肺泡巨噬细胞3。如今,BAL已成为小鼠模型中分析和监测肺部状况的常用方法,但科学文献中至今仍未见标准化BAL操作流程的报道4,5。此外,目前采用该技术的研究实验室众多,其操作方法可能同样繁多3,6,7,8,9,10,11。重要的是,BAL所获得的数据应代表整个小鼠肺部的情况,而非仅反映局部肺组织的状态。这种操作上的差异性增加了不同研究之间结果解读和比较的难度。
本文介绍了一种基础、低成本且可重复的支气管肺泡灌洗(BAL)操作方法,可用于收集小鼠气道腔内的细胞成分和可溶性成分。简言之,将导管插入已深度麻醉并处死的小鼠暴露的气管中,连接注射器后,将含有乙二胺四乙酸(EDTA)的缓冲盐溶液注入肺部。通过反复轻柔地推注和回抽活塞,对肺腔进行多次灌洗以采集样本。此过程中施加的负压应尽可能小,以防止气道塌陷。收集完成后,应对所得的支气管肺泡灌洗液进一步处理,以便通过流式细胞术对细胞进行计数和鉴定。
本研究中描述的所有动物实验均依照国家法规(比利时法律14/08/1986和22/12/2003,比利时皇家法令06/04/2010)以及欧洲立法(欧盟指令2010/63/EU和86/609/EEC)进行。所有小鼠实验及动物实验方案均经根特大学伦理委员会批准(许可编号LA1400091和EC2016-027)。
1. 准备
2. 实施支气管肺泡灌洗(BAL)
3. 收集支气管肺泡灌洗液中的细胞与非细胞成分
4. 通过流式细胞术分析支气管肺泡灌洗液中的不同细胞类型
注意:可通过流式细胞术分析支气管肺泡灌洗液(BAL)中细胞的绝对数量和相对组成。本文旨在详细阐述BAL技术。流式细胞术本身是一种专门的技术,建议参阅有关流式细胞术的专门文献13,14,15,16,17。实验中使用与荧光染料偶联的抗体,识别特定细胞类型(见表1)的表面抗原。通过设门策略,可在BAL细胞组分中鉴定T细胞、巨噬细胞、树突状细胞、B细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞。
| 抗原 | 细胞类型 |
| 分化簇3 (CD3) | 在T细胞上表达 |
| 分化簇11c (CD11c) | 大多数树突状细胞上高表达,但也存在于单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞以及部分B细胞上。 |
| 分化簇11b (CD11b) | 在多种白细胞表面表达,包括单核细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞、粒细胞和巨噬细胞。 |
| SiglecF | 肺泡巨噬细胞和嗜酸性粒细胞。 |
| MHCII | 通常仅存在于抗原呈递细胞上,如树突状细胞、单核吞噬细胞和B细胞。 |
| CD19 | B淋巴细胞抗原 |
| Ly-6G | 单核细胞、粒细胞和中性粒细胞的标志物 |
表1:免疫细胞表面抗原的选择。 本表列出了用于鉴定不同细胞类型的表面表位。需要多种标志物的组合才能可靠地定义特定的细胞类型。
| 样本 | ||||
| 管 | 待加入细胞的抗原-荧光素标记物 | 抗体储存浓度 (mg/mL) | 抗体稀释倍数 | 总体积 (µL) |
| 可固定活力染料 | 0.2 | 1/1000 | 50 | |
| CD11c | 0.2 | 1/800 | 50 | |
| SiglecF | 0.2 | 1/100 | 50 | |
| 样本 X | MHCII | 0.2 | 1/200 | 50 |
| CD3 | 0.2 | 1/200 | 50 | |
| CD19 | 0.2 | 1/200 | 50 | |
| CD11b | 0.2 | 1/200 | 50 | |
| Ly6G | 0.2 | 1/200 | 50 | |
| 电压对照 | ||||
| 管 | 待加入细胞的抗原-荧光素标记物 | 抗体储存浓度 (mg/mL) | 抗体稀释倍数 | 总体积 (µL) |
| 未染色细胞 | / | / | / | 50 |
| 单染细胞 | 可固定活力染料 | 0.2 | 1/1000 | 50 |
| 单染细胞 | CD11c | 0.2 | 1/800 | 50 |
| 单染细胞 | SiglecF | 0.2 | 1/100 | 50 |
| 单染细胞 | MHCII | 0.2 | 1/200 | 50 |
| 单染细胞 | CD3 | 0.2 | 1/200 | 50 |
| 单染细胞 | CD19 | 0.2 | 1/200 | 50 |
| 单染细胞 | CD11b | 0.2 | 1/200 | 50 |
| 单染细胞 | Ly6G | 0.2 | 1/200 | 50 |
| 补偿对照 | ||||
| 管 | 待加入微珠的抗原-荧光素标记物 | 抗体储存浓度 (mg/mL) | 抗体稀释倍数 | 总体积 (µL) |
| 未染色微珠 | / | / | / | 200 |
| 单染微珠 | CD11c | 0.2 | 1/2000 | 200 |
| 单染微珠 | SiglecF | 0.2 | 1/2000 | 200 |
| 单染微珠 | MHCII | 0.2 | 1/200 | 200 |
| 单染微珠 | CD3 | 0.2 | 1/2000 | 200 |
| 单染微珠 | CD19 | 0.2 | 1/2000 | 200 |
| 单染微珠 | CD11b | 0.2 | 1/400 | 200 |
| 单染微珠 | Ly6G | 0.2 | 1/200 | 200 |
表2. 需包含的对照列表。 本表格列出了准确解读实验结果所需的所有必要对照。

| 激光类型 | 滤光片设置 | |
| 505 LP | 525/50 | |
| 蓝色 (488 nm) | 550 LP | 575/26 |
| 100 mW | 670 LP | 685/35 |
| 750 LP | 780/60 | |
| 紫色 405 nm | 450/50 | |
| 100 mW | ||
| 红色 633 nm | 660/20 | |
| 70 mW | 750 LP | 780/60 |
表3:本研究中所用流式细胞仪的激光器和滤光片概述。
进行支气管肺泡灌洗时,使用3次、每次1 mL的缓冲盐溶液后,应回收2至3 mL的液体。可进一步分析该灌洗液,以表征其中的细胞成分和非细胞成分。为检测细胞因子和趋化因子的存在,可进行ELISA19、免疫印迹20,或利用细胞因子磁珠阵列法同时分析多种细胞因子21。此外,还可测定该液体中的白蛋白含量和总蛋白含量22。
以本研究为例,描述了如何通过流式细胞术分析支气管肺泡灌洗液(BAL)的细胞成分。所分析的BAL液来自经气管内滴注脂多糖24小时后的雌性Balb/cAnNCrl小鼠(7周龄)。使用以下偶联荧光染料的抗体来鉴定不同类型的细胞:CD11c、SiglecF、MHCII、CD3ε、CD19、Ly6g和CD11b(见表1和材料表)。同时使用了可固定的活率染料。通过基于不同细胞群体表面抗原差异表达的设门策略(图1),可鉴定出巨噬细胞、树突状细胞、B细胞、T细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞。
首先,根据前向散射和侧向散射参数排除碎片和双联体。使用活细胞染料对活细胞进行圈选。接着,鉴定出 CD11c 高表达细胞和 CD11c 低表达细胞。在 CD11c 高表达群体中,分别根据 MHCII 和 SiglecF 的表达鉴定巨噬细胞和树突状细胞。在 CD11c 低表达群体中,分别根据 CD3ε 和 CD19 的表达鉴定 T 细胞和 B 细胞。在剩余的细胞群体中,分别根据 CD11b 和 Ly-6G 标记物的表达鉴定中性粒细胞和嗜酸性粒细胞。
加入计数微球,通过比较微球事件与细胞事件的比例来确定不同细胞群体的绝对细胞数量23。这些计数微球根据其前向散射和侧向散射特性进行识别(图1)。表4概述了 naïve 小鼠以及经5 µg脂多糖刺激24小时后小鼠支气管肺泡灌洗液(BAL)中不同细胞群体的绝对细胞数量。

图1:支气管肺泡灌洗液中巨噬细胞、树突状细胞、T细胞、B细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞流式细胞术检测的设门策略。 根据所述支气管肺泡灌洗(BAL)方案分离BAL细胞。在小鼠气管内滴注脂多糖24小时后分离细胞。根据前向散射和侧向散射特性识别计数微球和细胞。在细胞设门中,利用前向散射和侧向散射识别单个细胞。在此最后的细胞群体中,识别出活细胞。随后识别CD11chigh细胞和CD11clow细胞。在CD11chigh细胞群中,分别根据MHCII和SiglecF的表达识别巨噬细胞和树突状细胞。在CD11clow细胞群中,分别根据CD3ε和CD19的表达识别T细胞和B细胞。在剩余的细胞群体中,分别根据CD11b和Ly-6G的表达识别中性粒细胞和嗜酸性粒细胞。请点击此处查看该图的放大版本。
| 细胞群体 | 未刺激小鼠中细胞的绝对数量 | LPS 刺激小鼠中细胞的绝对数量 |
| 巨噬细胞 | 79,612 | 25,439 |
| 树突状细胞 | 495 | 671 |
| T 细胞 | 45,271 | 28,089 |
| B 细胞 | 4,164 | 2,926 |
| 中性粒细胞 | 632 | 566,716 |
| 嗜酸性粒细胞 | 3,483 | 4,332 |
表4:对未处理小鼠和LPS刺激小鼠的支气管肺泡灌洗液进行流式细胞术分析的代表性结果。
支气管肺泡灌洗(BAL)是一种用于获取细胞学和生物化学信息的有效技术,可用于评估感染或药物引起的反应。最初,BAL被用于治疗光气中毒患者过量的黏液分泌3。如今,该技术在临床上被广泛用于研究肺部疾病的发病机制、诊断及治疗管理3,24。在实验动物中,BAL常用于监测肺部气道内的炎症反应、免疫机制以及感染性疾病的进程1,2。
为了研究呼吸系统疾病模型中的炎症细胞模式,支气管肺泡灌洗(BAL)后应进行细胞绝对计数和分类计数。除了细胞的绝对数量外,各类细胞的相对数量也具有重要意义。例如,在肺组织修复和肺癌模型中,BAL细胞总数可能仅出现极轻微增加甚至无明显变化,此时评估细胞组成尤为有用。通过结合细胞染色与光学显微镜观察,可根据形态学特征识别不同类型的细胞,如嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞25,26,27,28,29,30。流式细胞术可用于更特异性的分析,例如鉴定不同T细胞表型7,31。除了分析浸润的各类细胞群体外,还可利用BAL样本研究肺部非细胞成分。通过在BAL液体中进行ELISA、免疫印迹、细胞因子微球阵列、免疫组织化学以及定量聚合酶链式反应等方法,可检测细胞因子、生长因子及其他炎症相关成分。为评估肺组织损伤程度,还可测定BAL液中的总蛋白含量和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase)水平32,33。
随着新型诊断工具的发展,支气管肺泡灌洗液成分的基因组学和蛋白质组学表征在不久的将来将成为可能。计算能力的不断提升与高通量基因表达技术的结合,将有助于定义各种疾病状态下的特异性基因表达谱。在支气管肺泡灌洗液上应用这些技术,可获得基因和蛋白质的表达模式,从而识别出参与肺部疾病不同阶段的关键分子。
支气管肺泡灌洗液(BAL)所获得数据的主要局限性在于不同研究试验之间缺乏可比性3,9。灌洗技术以及后续的BAL液处理过程存在高度变异性。为了能够对各次BAL试验进行比较,必须对灌注的灌洗液类型、灌注部位以及用于分析细胞和非细胞成分的回收液部分进行标准化。不同研究之间在灌洗回收次数上存在显著差异,范围从1次到14次不等34,35,36。这种差异可能影响肺部总细胞数的估算结果。明确哪一部分BAL液中含有大多数细胞至关重要。Song et al. 的研究表明,约70%的总细胞数在第一至第三次回收液中被获取22。然而,其他研究报道第二次灌洗回收的细胞数多于第一次37,38。从这些研究中可以得出结论:仅进行一次回收的灌洗操作不能代表整个肺部情况,可能导致对结果的误判。
支气管肺泡灌洗液的非细胞成分含有反映肺部健康状况的重要信息33,39,40。支气管肺泡灌洗液稀释程度的差异会导致可溶性组分定量结果不同,从而引起不同试验间结果的差异。Song et al. 比较了每次灌洗不同组分中的蛋白质和乳酸脱氢酶水平,得出结论:第一次灌洗组分中的含量是第二次灌洗组分的两到三倍。
为了获得具有代表性的支气管肺泡灌洗(BAL)样本用于分析,需注意一些关键技术要点。其中之一是进行适当的麻醉。必须检查小鼠的足部反射,以确保达到终末期镇静状态。这不仅出于伦理学考虑,而且因为如果小鼠未充分麻醉,将难以置入并维持导管于正确位置。
第二个重要的技术考虑因素是导管在气管中的位置。当导管插入过深时,可能会损伤肺部结构。在支气管肺泡灌洗(BAL)操作过程中,导管的远端不应到达肺部。导管还应使用棉线固定并结扎。如果导管未被固定,注入的生理盐水可能向上流入鼻腔,而非向下进入肺部。在注射和抽吸生理盐水的过程中,必须保持导管稳定。
从支气管肺泡灌洗液(BAL)中获得的数据必须能够代表整个小鼠肺部的情况。因此,灌注适当体积的生理盐水缓冲液至关重要(即 3 mL,分3次,每次1 mL)。细胞收获量与BAL液体收获量之间不存在线性关系。在轻柔按摩小鼠胸壁的同时,应小心地收集灌洗液。如果施加的剪切力过大,可能会损害气道及BAL液中细胞的活性、功能和结构。如果在注射器中未见吸入的液体,应小心地将导管在气管中插入更深或稍退出一些。
在支气管肺泡灌洗液(BAL)的处理与分析过程中,需特别注意某些特定环节,以最大限度地保留BAL样本中的信息。BAL采集后,细胞处于缺乏营养的生理盐水中,因此必须在采样后1小时内尽快处理样本。若需较长时间储存,则必须使用添加营养成分的培养基。
为保持细胞活性,应避免使用促进细胞黏附于表面的离心管。离心细胞悬液时,应避免采用可能破坏细胞完整性或影响回收的支气管肺泡灌洗(BAL)细胞均匀重悬的转速。含有细胞的BAL液体应在400 × g、4 °C条件下离心7分钟。需要注意的是,细胞悬液在处理过程中应始终保持在4 °C环境中。
作者无任何利益冲突需要披露。
L.V.H. 是根特大学生物医学分子生物学系的研究助理。E.R.J. 由 UniVacFlu(项目编号 607690)提供资助。K.R. 由欧盟第七框架计划项目 FLUNIVAC 提供资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 汉克斯平衡盐溶液(HBSS) | Thermo Fisher Scientific | 14175-129 | |
| 乙二胺四乙酸(EDTA) | Sigma-Aldrich | E6511 | 有刺激性 |
| 23 G × 1 1/4 针头 | Henke Sass Wolf | 4710006030 | 尺寸:0.60 × 30 mm |
| 26 G × 1/2 针头 | Henke Sass Wolf | 4710004512 | 尺寸:0.45 × 12 mm |
| 塑料管 | BD 医疗技术 | 427411 | 聚乙烯管,内径 0.58 mm (0.023"),外径 0.965 mm (0.38"),长度 30.5 m (100') |
| 戊巴比妥钠 | Kela NV | 514 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Lonza | BE17-516F | 不含 Ca2+、Mg2+ 或酚红;经无菌过滤 |
| 1 mL 注射器 | Henke Sass Wolf | 5010.200V0 | 无热原且无毒 |
| 镊子 | Fine Science Tools GmbH | 91197-00 | |
| 手术剪 | Fine Science Tools GmbH | 91460-11 | |
| 50 mL 离心管 | TH.Geyer | 7696705 | 无 RNase/DNase/内毒素 |
| 15 mL 离心管 | TH.Geyer | 7696702 | 无 RNase/DNase/内毒素 |
| 1.5 mL 微量离心管 | Sigma-Aldrich | 0030 120.094 | 聚丙烯材质 |
| 微量离心机 | Sigma-Aldrich | 5415R | |
| 离心机 | Thermo Fisher Scientific | 75004030 | |
| 氯化铵-氯化钾(ACK)裂解缓冲液 | Lonza | 10-548E | 经无菌过滤 |
| 活/死细胞染料 - efluor 506 | ebioscience | 65-0866-18 | 可固定的活力染料 |
| CD11c-PE-cy7 | eBiosciences | 25-0114-81 | |
| SiglecF-PE | BD Pharmingen | 552126 | |
| MHCII-APCefluor780 | Biolegend | 107628 | |
| CD3-PE-cy5 | VWR | 55-0031-U100 | |
| CD19-PE-cy5 | eBiosciences | 15-0193-83 | |
| CD11b-V450 | BD Pharmingen | 560455 | |
| Ly6G-AF700 | Biolegend | 127621 | |
| 绝对计数微球 | Life Technologies Europe B.V. | C36950 | |
| 抗-CD16/CD32 抗体 | BD Pharmingen | 553142 | |
| 96 孔 340 µl 储存板 | Falcon | 353263 | V 型底,天然聚丙烯材质 |
| 流式细胞仪 | BD Biosciences | ||
| 导管 | BD Biosciences | 393202 |