本文介绍一种用于猕猴肝脏和肠系膜淋巴结(MLN)系列取样的微创腹腔镜技术,该方法可提高取样频率,并与开腹手术相比降低手术并发症的风险。
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本文介绍一种用于猕猴肝脏和肠系膜淋巴结(MLN)系列取样的微创腹腔镜技术,该方法可提高取样频率,并与开腹手术相比降低手术并发症的风险。
肠系膜淋巴结(MLN)和肝脏暴露于来自胃肠道(GI)的微生物及其产物,使其具有独特的免疫学特性。在人类免疫缺陷病毒(HIV)感染中,胃肠道及其相关的MLN是病毒早期复制的部位,而MLN可能是潜伏感染细胞的重要储存库,即使在长期抗逆转录病毒治疗(ART)后依然存在。研究表明,肝脏在应对慢病毒的免疫反应中发挥重要作用,并似乎在清除循环中的病毒方面具有显著作用。非人灵长类动物(NHP)的HIV和获得性免疫缺陷综合征(AIDS)模型能够很好地模拟HIV感染的这些特征,在该模型中对病毒复制的主要部位及相关免疫反应进行连续纵向取样,将有助于阐明感染过程、发病机制中的关键事件,以及各种干预策略对这些事件的影响。目前已有发表的技术可同时采集肝脏和MLN样本,但需进行大型手术和/或尸检,限制了在同一动物个体中对这些重要部位进行系列重复研究的能力。我们此前已描述了一种用于采集MLN的腹腔镜技术。本文中,我们介绍一种微创腹腔镜技术,可通过采集MLN所需的同一两个穿刺口,实现对肝脏和MLN的连续纵向取样。使用相同的两个穿刺口可最大限度减少对动物的影响,无需额外切口。与开腹大手术相比,该技术可提高取样频率,并降低手术并发症以及可能干扰结果解读的局部和全身炎症反应的风险。该操作方法有望在提升动物福利的同时,促进基于非人灵长类动物模型的相关研究。
胃肠道(GI)是人体最大的黏膜表面,暴露于大量来自食物、病原体以及通常被称为微生物组的内共生菌群的抗原1,2。肠系膜淋巴结(MLN)沿胃肠道分布,是介导针对这些多样化抗原产生炎症或耐受性免疫应答的主要免疫器官3。MLN 的物理结构形成了一个区室化的系统,能够在局部对抗原产生反应,而不会引发全身性免疫应答。同样,胃肠道的血液通过门静脉引流至肝脏,再返回体循环,因此会接触从胃肠道易位至黏膜下层并进入血流的微生物及其产物4。肝脏也具有次级淋巴器官的功能,含有大量免疫细胞,包括特化的巨噬细胞,用于清除易位的微生物5,6。因此,MLN 和肝脏是主要暴露于胃肠道共生菌和致病菌以及来自其他来源抗原环境的免疫器官,在免疫学上具有独特而重要的地位。
肠系膜淋巴结(MLN)是评估人类免疫缺陷病毒(HIV)或致病性猴免疫缺陷病毒(SIV)感染病毒学和免疫学效应的关键部位,可能在直肠内攻击后SIV的早期播散中发挥重要作用。尽管现代抗逆转录病毒治疗(ART)能够有效控制病毒血症,肠道相关淋巴组织仍被认为是HIV持续复制的主要部位7。在SIV感染模型中,MLN已被证实是潜伏病毒的重要储存库,甚至可能是主要的病毒储存库8,9。肝脏在慢病毒性感染中也具有重要作用,急性SIV感染期间,猕猴肝脏中会积聚SIV特异性的CD8+ T细胞,即为证据之一10。此外,肝脏也是清除循环中病毒的主要器官11。
HIV 和 SIV 感染与肠道微生物群的改变、肠道上皮完整性的破坏以及微生物及其产物从结肠向全身循环和外周组织的易位增加有关12,13。这些过程与局部及全身性免疫激活相关,并导致 HIV 感染者发病率和死亡率升高14。在 SIV 感染中,已在肠系膜淋巴结(MLN)中观察到易位的细菌15,而微生物产物在肝脏中的积聚已被证实可引起炎症并导致器官损伤16。因此,在 HIV 和 SIV 感染背景下,肠系膜淋巴结和肝脏对于理解由肠道定居细菌驱动的炎症过程具有重要研究价值。
本文介绍了一种用于非人灵长类动物(NHP)肠系膜淋巴结(MLN)和肝脏连续取样的微创腹腔镜技术。我们以两只健康的雌性恒河猴(RMs)为例,成功实施了该技术,每只动物各进行两次取样,每次手术间隔160天。随后,我们利用这些样本通过流式细胞术评估并比较了各器官内关键的白细胞和淋巴细胞群体,并展示了两个时间点之间高度一致的数据结果。
动物饲养和护理均在国际实验动物评估和认可委员会(AAALACi)认证的设施中进行,所有动物实验操作均依照华盛顿大学和华盛顿国家灵长类研究中心机构动物护理与使用委员会(IACUC)批准的方案执行。
1. 手术准备、麻醉与镇痛
2. 手术
注意:有关小型动物腹腔镜检查的更多信息,请参见参考文献21。
3. 肝脏活检样本处理与淋巴细胞分析
有关腹腔镜采集的肠系膜淋巴结(MLN)的详细处理方法,以及这些器官中的细胞得率和白细胞频率,此前已有报道13。图1展示了采用该腹腔镜技术,从两名健康雌性恒河猴在相隔160天的两个时间点采集的MLN与肝活检样本的细胞得率和存活率数据。我们发现,MLN的细胞得率显著高于肝脏(P = 0.0021),平均分别获得33.5 × 106 和6.74 × 106 个细胞。通过死细胞染色和流式细胞术分析表明,从这两个器官分离的细胞中,>90% 具有活力。
通过流式细胞术,我们评估并比较了MLN和肝脏中白细胞和淋巴细胞的丰度。图中显示了肝脏样本的代表性设门方案。 图2,首先对单细胞进行设门以排除细胞团块,随后选择有活力的细胞,再选择CD45+ 细胞,最后是 CD3+ 细胞。从 CD3+ 群体,我们评估了CD4+ 和 CD8+ T细胞,同时我们评估了CD14的丰度+ 和 CD20+ 来自 CD3- 群体的细胞。代表性流式细胞术图显示 CD45+ 和 CD3+ 第0天和第160天两只动物的MLN和肝脏中的细胞群如图所示 图3,而 图 4 显示了两只动物两次采样中白细胞和淋巴细胞的丰度。MLN 中 CD45 的丰度显著更高+ 细胞活力高于肝脏(存活细胞平均分别为76.9%和7.66%) P= 0.0002)。不出所料,MLN 中 CD3 的比例显著更高+ T细胞(P < 0.0001)和 CD4+ T细胞(P = 0.0004)。相反,肝脏中CD14的表达显著富集+ 与MLN相比的白细胞P = 0.0036)。MLN 中 CD8 的平均值较高+ T细胞,但这一差异无统计学意义。出乎意料的是,在这两只动物中,两个器官均表现出相似水平的CD20表达。+ B细胞。本研究中来自MLN的不同白细胞和淋巴细胞亚群的细胞得率和丰度与既往报道的数值一致。23.

图 1. 连续采集的 MLN 和肝脏活检组织的总细胞得率(上图)和细胞存活率(下图)。 MLN 的细胞得率显著高于肝脏。然而,两种样本类型均能提供足够数量的细胞用于后续分析。通过流式细胞术使用可固定的死细胞胺染料测定细胞存活率,结果显示,两种样本类型在组织解离后通常可获得 > 90% 的细胞存活率。误差线表示样本间的标准差。请点击此处查看该图的放大版本。

图2. 典型的流式细胞术设门策略。 首先排除聚集的细胞,然后通过可固定的死细胞胺染料染色后选择活细胞。接着选择CD45+白细胞,再从中选择CD3+ T细胞。在CD3+细胞群中,分别分析CD4+和CD8+ T细胞;在CD3-细胞群中,分析CD14+和CD20+细胞。该设门策略同样适用于MLN样本。请点击此处查看该图的放大版本。

图3. 两只动物引流淋巴结和肝脏的纵向流式细胞术图谱 两只动物的MLN和肝脏样本相隔160天采集。 (A). 肠系膜淋巴结 CD45+ 细胞(白细胞); (B) 肝CD45+ 细胞(白细胞); (C) MLN+ CD3+ T细胞(T细胞); (D) 肝脏 CD3+ 细胞(T细胞)。在两种动物中,MLN显示出更高比例的CD45+ 和 CD3+ 与肝脏相比,这些细胞群的频率在不同时间点上于两种动物中均相似。 请点击此处以查看此图的放大版本。
本文展示了一种微创技术,用于连续采集肠系膜淋巴结(MLN)和肝组织活检样本,在本研究及其他未描述的动物中均实现了100%的成功率。此外,同一动物在不同时间点多次使用该技术未出现任何不良事件。事实上,在感染猴免疫缺陷病毒(SIV)、猴/人免疫缺陷嵌合病毒(SHIV)或寨卡病毒的其他动物群体中应用该技术也未引起任何并发症(未发表数据)。同样,即使在既往接受过重大腹部手术或血小板减少症的动物中,该手术也已证明是成功的(未发表数据)。我们证实,在从采集MLN转为采集肝组织时,通过调换摄像头的位置,可利用相同的两个通道完成取样,从而避免额外切口。影响MLN采集的相关因素此前已有报道13。
在单只动物身上,已成功随时间进行了多达四次采集,每次采集包括3个肠系膜淋巴结(MLN)和3份肝组织活检样本,过程中未出现并发症、操作成功率变化或所收集数据的改变。此外,这种腹腔镜MLN/肝脏组织采集技术已成功与其他操作联合实施,例如外周淋巴结采集、内镜上下消化道活检、骨髓穿刺、脑脊液采集以及静脉穿刺,这些操作均在同一麻醉过程中完成,从而能够以连续的方式对病毒学和免疫学反应进行广泛评估(未发表数据)。
整个操作通常需要30至45分钟完成,通过两个约0.5 cm的切口进行。在肥胖动物中,可能需要更大的切口(约1–1.5 cm)以取出肠系膜淋巴结(MLN),并可能需要更长时间完成操作。具有大量肠系膜脂肪的动物,通常需要较丰富的经验才能将MLN与周围脂肪组织区分开来。MLN常位于肠系膜血管沿线,且在血管分支点附近更为常见。该技术的一个关键点在于,所选的MLN必须在肠系膜中具有足够的可移动性,以便通过腹部切口拉出体外。因此,该技术无法用于采集靠近肠系膜根部的MLN。由于放大作用,有时使用摄像头更容易识别MLN,而在MLN附近进行夹持操作,有助于在其被拉出体外后定位和确认淋巴结。
使用特伦德伦堡位(Trendelenburg position)可能并非总是必要进行MLN采集,若无需采用特伦德伦堡位即可轻松获取MLN,则可使肝活检操作更为简便,因为这能防止器官向头侧移位。有时,在放置为特伦德伦堡位后,肝脏会向上移位紧贴膈肌,因此在采集活检前需轻柔地将肝脏复位。由于MLN采集的穿刺口位于左侧,肝活检通常取自左外侧叶和左内侧叶,因为这些肝叶更靠近套管。
收集的肠系膜淋巴结(MLN)和肝脏活检样本提供了足量的细胞,可用于多种下游分析,并且所获细胞的存活率较高。本研究中,对细胞进行了染色,以通过流式细胞术分析白细胞和淋巴细胞群体,揭示了这两个重要免疫器官之间的关键差异。例如,与肝脏相比,MLN中CD4+ T细胞高度富集,这归因于MLN作为整合与传递适应性免疫应答核心位点的重要性,同时也与CD4+ T细胞在调控针对饮食来源及胃肠道常驻微生物所衍生的微环境抗原的炎症性和耐受性免疫应答中的重要作用有关24。然而,与MLN相比,肝脏中CD14+白细胞显著富集。CD14主要表达于单核细胞和巨噬细胞,是细菌脂多糖(LPS)受体复合物的关键组分25。事实上,血浆中可溶性CD14浓度升高与HIV及致病性SIV感染中的微生物易位和免疫激活密切相关26。因此,与MLN相比,肝脏中CD14+白细胞频率更高,可能反映了该器官具有更大的细菌负荷。
本文展示了一种快速且微创的外科手术技术,仅通过两个小切口进行腹腔镜入路,即可实现肠系膜淋巴结(MLN)和肝脏的系列活检,且未导致任何不良后果。这些样本为研究发生在肠系膜淋巴结和肝脏中的关键免疫学、病毒学及微生物学过程提供了有效途径,这些过程与系统性免疫相互独立且具有独特性。同样,肝脏活检对于长期评估HIV/SIV、药物治疗以及易位微生物所造成的影响至关重要,这些因素常共同作用引发显著的肝损伤16。此外,由于肠系膜淋巴结和肝脏是暴露于胃肠道微生物群的免疫器官,能够随时间动态评估这些器官中的免疫状态,为理解微生物组在维持宿主免疫稳态中所起作用提供了极佳平台。综上所述,在疫苗和治疗效果评估、SIV病毒储存库清除以及黏膜免疫总体研究背景下,对肝脏和肠系膜淋巴结的评估具有重要意义。采用这种微创方式获取样本,相比目前已发表的技术,可显著降低与操作相关的炎症风险,并减少对动物生理状态的影响。未来,我们将进一步评估是否可通过相同的两个操作端口位置,在采集肠系膜淋巴结和肝脏样本的同时采集脾脏样本,从而实现对免疫系统另一重要且独立组成部分的取样,该器官已被证明在多种疾病模型中发挥关键作用。
作者声明不存在竞争性财务利益。
本工作由美国国立卫生研究院(NIH)资助,资助号为P51OD010425。
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