基于抗体的药物已彻底改变了炎症性疾病的治疗方法。除了对特定靶点产生直接作用外,抗体还可激活巨噬细胞,使其转化为抗炎表型。本实验方案描述了如何评估抗炎巨噬细胞的活化状态。 体外 使用小鼠骨髓来源巨噬细胞,以及 体内 使用腹腔巨噬细胞。
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基于抗体的药物已彻底改变了炎症性疾病的治疗方法。除了对特定靶点产生直接作用外,抗体还可激活巨噬细胞,使其转化为抗炎表型。本实验方案描述了如何评估抗炎巨噬细胞的活化状态。 体外 使用小鼠骨髓来源巨噬细胞,以及 体内 使用腹腔巨噬细胞。
巨噬细胞是具有吞噬功能的天然免疫细胞,可启动针对病原体的免疫应答,并参与组织修复与再生。巨噬细胞在终止炎症反应过程中同样发挥重要作用。我们已证实,经静脉注射免疫球蛋白(IVIg)刺激的巨噬细胞在受到细菌脂多糖(LPS)刺激时,可产生大量抗炎性细胞因子白细胞介素10(IL-10),同时分泌较低水平的促炎性细胞因子。IVIg是一种多价抗体,主要成分为来自超过1,000名献血者血浆混合的免疫球蛋白G(IgGs),用于补充免疫缺陷患者的抗体,或抑制自身免疫性疾病及炎症性疾病患者的免疫反应。此外,治疗性抗肿瘤坏死因子α(TNFα)抗体英夫利昔单抗(infliximab)也被证实可激活巨噬细胞,在炎症刺激下产生IL-10。IVIg及其他基于抗体的生物制剂可用于检测其对巨噬细胞活化的影响。本文描述了由小鼠骨髓来源巨噬细胞的分离、抗体刺激及其活化评估的方法 体外 以及用抗体激活的小鼠腹腔巨噬细胞 体内最后,我们展示了如何利用蛋白质印迹法(western blotting)来确定特定细胞信号通路在抗炎型巨噬细胞活性中的作用。这些实验方案可用于基因修饰小鼠,以评估特定蛋白对抗炎型巨噬细胞活化的影响。这些技术还可用于评价特定生物制剂是否通过诱导巨噬细胞转化为可产生IL-10的抗炎活化状态,从而减轻炎症反应。 体内这可以提供关于巨噬细胞活化在小鼠疾病模型中对抗体类生物制剂疗效所起作用的信息,并有助于揭示其在人体中可能存在的新作用机制。相反,这也可能警示在治疗感染性疾病时应谨慎使用特定的抗体类生物制剂,特别是当巨噬细胞在宿主抵御该感染中发挥重要作用时。
巨噬细胞是天然免疫细胞,在应对感染或损伤的免疫反应中发挥多种作用。巨噬细胞负责启动针对感染或组织损伤的免疫反应,终止炎症反应,并促进修复反应1。三种研究最为深入的巨噬细胞活化状态示例如下:1)经干扰素γ(IFNγ)和细菌脂多糖(LPS)处理的巨噬细胞,记为M(IFNγ + LPS),这类细胞参与炎症反应;2)经白细胞介素4(IL-4)刺激的巨噬细胞,记为M(IL-4),与修复反应相关;3)经免疫复合物(IC)和LPS共同刺激的巨噬细胞,记为M(IC + LPS),具有关闭炎症反应的能力2,3。M(IC + LPS)与M(IL-4)型伤口修复巨噬细胞不同,不表达精氨酸酶(Arg-1)或FIZZ14。这类抗炎巨噬细胞的最佳标志是其细胞因子的产生情况5。巨噬细胞在维持健康方面具有多种功能,但也参与炎症性疾病和癌症的发生发展3。因此,巨噬细胞是治疗多种疾病的重要治疗靶点。研究抗体对其活化状态的影响,对于开发基于巨噬细胞的疾病治疗方法至关重要。
本文的重点是利用小鼠骨髓来源的巨噬细胞(BMDMs)和腹腔巨噬细胞来检测抗体药物对炎症反应的影响 体外 和 体内最近,多项研究揭示了抗体对巨噬细胞活化的影响6,7,8巨噬细胞在免疫复合物(由抗体与抗原结合形成)和通常具有促炎作用的刺激物LPS共同激活下,会大量产生抗炎性细胞因子IL-10,而促炎性细胞因子白细胞介素12(IL-12)的产生水平则极低。9此外,已发现抗TNFα的单克隆抗体英夫利昔单抗(infliximab)部分通过其可结晶片段(Fc)区诱导抗炎型巨噬细胞而发挥作用7我们已报道,IVIg + LPS 可诱导产生抗炎型巨噬细胞活化,类似于 M(IC + LPS) 表型,其中共刺激的巨噬细胞大量分泌 IL-10,而促炎性细胞因子亚基 Interleukin 12 或 23 p40 (IL-12/23p40)、白细胞介素-6 (IL-6) 和 TNF 的分泌量则较低8IVIg 是一种由多克隆抗体(主要为 IgG)组成的药物,这些抗体来自超过 1,000 名供体的血液混合10它被用于治疗多种免疫系统疾病,例如特发性血小板减少性紫癜和慢性脱髓鞘性多神经病,但其作用机制尚未完全阐明。11基于抗体的药物对巨噬细胞活化的影响可使用本文所述方法进行评估。
可利用骨髓来源的巨噬细胞(BMDM)和腹腔巨噬细胞来检测特定生物制剂对巨噬细胞活化的影响。使用这些巨噬细胞来源可对原代细胞进行评估。在培养的原代细胞上进行抗体的初步测试,相比其他耗时且昂贵的疾病模型,所需时间和资金投入更少。通过将药物注射到健康小鼠体内(in vivo),随后分离细胞并进行体外分析(ex vivo),即可判断是否有必要进一步开展研究,以评估生物制剂治疗是否会影响疾病模型中的巨噬细胞活化。
鲜有研究探讨生物疗法对巨噬细胞活化的影响 体外 和 体内 直接地,我们的技术相较于其他方法具有优势。目前的技术涉及在混合细胞群体中测试生物药物的作用效果 体外,例如英夫利昔单抗在混合淋巴细胞反应(MLR)中的作用,或静脉注射免疫球蛋白(IVIg)对人外周血单个核细胞中巨噬细胞的影响,这些效应无法归因于特定的细胞类型7,12使用骨髓来源的巨噬细胞(BMDMs)和腹腔巨噬细胞相较于使用细胞系(如RAW264.7细胞)具有优势,后者在脂多糖(LPS)刺激下无法产生促炎性细胞因子IL-128,13测试基于抗体的药物对巨噬细胞反应的影响 离体 具有优势,因为细胞因子反应可直接归因于巨噬细胞,而非通过测定血清细胞因子水平来间接推断巨噬细胞反应14骨髓来源的巨噬细胞(BMDMs)和腹腔巨噬细胞可从基因修饰小鼠中分离获得,以确定特定蛋白在抗炎型巨噬细胞活化中的作用。例如,我们已使用 Il10 缺陷的(-/-) BMDMs 以证明 IVIg 诱导的促炎性细胞因子产生减少部分依赖于 IL-108可通过蛋白质印迹法研究药物的作用机制,以确定特定蛋白质和信号转导事件的功能。可对骨髓来源的巨噬细胞(BMDMs)或腹腔巨噬细胞进行定量聚合酶链式反应(qPCR),以揭示抗体激活所导致的基因表达模式。小鼠疾病模型可提供基于抗体的生物疗法在炎症性肠病、类风湿性关节炎和癌症等疾病模型中潜在疗效的信息。15,16,17然而,本文所述技术将通过确定这些生物制剂是否诱导抗炎性巨噬细胞活性,来揭示其作用机制。
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本文所述所有方法均已获得不列颠哥伦比亚大学机构动物护理与使用委员会(IACUC)的批准。
1. 骨髓巨噬细胞的衍生及其抗体激活
2. 小鼠的挑战实验 在体 内 使用静脉注射免疫球蛋白(IVIg)并收集腹腔巨噬细胞
3. 小鼠挑战实验 体内 使用 IVIg + LPS 处理并收集腹腔巨噬细胞
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从小鼠骨髓中分离的骨髓源性巨噬细胞可由骨髓穿刺物中的造血细胞前体体外培养获得。一只C57BL/6小鼠股骨和胫骨的骨髓穿刺物混合后通常可获得10⁷个细胞7 骨髓来源的巨噬细胞,是实验中获取巨噬细胞的便捷来源。在受到炎症刺激时,BMDMs可用于检测基于抗体的药物反应 体外. 图1 表明静脉注射免疫球蛋白品牌 Gammunex(GX)联合 LPS 可使抗炎细胞因子 IL-10 的产量较单独使用 LPS 刺激增加 7 倍(图1A) 并减少 IL-12/23p40 的产生(图1B). 图1 还表明不同的静脉注射免疫球蛋白(IVIg)制剂具有不同的效果。尽管三种不同的IVIg制剂均能显著降低IL-12/23p40
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巨噬细胞的活化状态在组织稳态和疾病中均发挥重要作用22巨噬细胞可具有不同且部分重叠的活化状态,具体取决于其微环境中所接收的信号3它们在炎症反应的各个阶段均发挥独特作用:抵御病原体、促进伤口愈合与组织修复;此外,还具有独特的抗炎激活状态,对终止炎症反应至关重要。2抗炎型巨噬细胞的活化需要两种外部刺激,以促使巨噬细胞产生大量抗炎性细胞因子IL-10,并产生少量促炎性细胞因子(如IL-12)。23一个信号来自抗体通过Fcγ受体的作用,第二个信号则是促炎刺激,例如LPS或IFNγ。24,25血清、免疫复合物和抗TNFα抗体均被发现可诱导巨噬细胞产生高水平的IL-10,从而进入抗炎性活化状态8,23,
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作者声明无利益冲突。
L.K. 获得了不列颠哥伦比亚大学四年期研究生奖学金(4YF)。L.M.S. 获得了加拿大胃肠病学会/克罗恩病和结肠炎加拿大组织/加拿大卫生研究院新研究者薪金奖,并且是迈克尔·史密斯健康研究基金会的生物医学学者。本研究工作由加拿大血液服务中心资助的项目基金支持,并与加拿大卫生研究院合作(基金编号 # CIHR2016-LS)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Iscove’s 改良 Dulbecco’s 培养基 (IMDM) | Life technologies | 12440053 | |
| 胎牛血清 (FBS) | Life technologies | 12483-020 | |
| 重组小鼠巨噬细胞集落刺激因子 (MCSF) | Stemcell technologies | 78059 | |
| 青霉素-链霉素 | Life technologies | 15140148 | |
| 单硫代甘油 (MTG) | Sigma | 88640 | |
| 1× 红细胞裂解缓冲液 | eBioscience | ||
| 细胞解离缓冲液 | Life technologies | 13150016 | 无酶,基于 Hanks 液,含 EDTA |
| 脂多糖 (LPS) | Sigma aldrich | L 4516 | 来源于大肠杆菌 E. coli 0127:B8 |
| 静脉注射免疫球蛋白 (IVIg, Gammunex) | Grifols | 由不列颠哥伦比亚儿童医院输血医学科提供 | |
| 静脉注射免疫球蛋白 (IVIg, Gammagard liquid) | Baxter Healthcare Corporation | 由不列颠哥伦比亚儿童医院输血医学科提供 | |
| 静脉注射免疫球蛋白 (IVIg, Octagam) | Octapharma | 由不列颠哥伦比亚儿童医院输血医学科提供 | |
| 磷酸盐缓冲液 (PBS)(无菌),pH 7.4 | Life technologies | 10010023 | |
| 小鼠 IL-10 ELISA 试剂盒 | BD biosciences | 555252 | |
| 小鼠 IL-12/23p40 ELISA 试剂盒 | BD biosciences | 555165 | |
| 抗 Erk1/2 抗体 | Cell signalling technology | 9101 | |
| 抗 pp38 抗体 | Cell signalling technology | 9211 | |
| 抗 GAPDH 抗体 | Fitzgerald industries | 10R-G109A | |
| 26 号针头 | BD biosciences | 305110 | |
| 1 mL 注射器 | BD biosciences | 309659 | |
| 10 mL 注射器 | BD biosciences | 309604 | |
| 15 mL 圆底离心管 | BD biosciences | 352096 | |
| 50 mL 圆底离心管 | BD biosciences | 352070 | |
| 微量离心管 (1.7 mL) | Diamed | SPE155-N | |
| 75 cm2 组织培养处理培养瓶 | BD biosciences | 353136 | |
| 细胞刮刀 | BD biosciences | 353085 | |
| 镊子 | VWR | 82027-386 | 细尖头,用于解剖 |
| 剪刀 | VWR | 82027-582 | 精细型,4 1/2" |
| 明场显微镜 | Motic | AE31 | 倒置相差显微镜 |
| 天平 | Mettler | PE 3000 |
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