在这里, 我们描述了一个单细胞蛋白质组学方法, 以评估免疫表型和功能 (细胞因子诱导) 改变周围全血标本, 分析通过大规模细胞术。
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在这里, 我们描述了一个单细胞蛋白质组学方法, 以评估免疫表型和功能 (细胞因子诱导) 改变周围全血标本, 分析通过大规模细胞术。
细胞因子在自身免疫性疾病的发病机制中起着举足轻重的作用。因此, 对细胞因子水平的测量一直是多项研究的重点, 试图了解导致自我耐受和随后的自身免疫性崩溃的精确机制。迄今为止的方法都是基于对免疫系统的一个特定方面 (单个或少数细胞类型或细胞因子) 的研究, 并且不提供对复杂自身免疫性疾病的全球评估。虽然以血清为基础的研究为自身免疫提供了重要的洞察力, 但它们并没有给出失调细胞因子的特定细胞来源。本文介绍了在 "固有" 患者特定血浆循环因子的背景下, 综合评价多种免疫细胞亚群细胞因子生成的综合性单细胞方法。这种方法可以监测患者特定的免疫表型 (表面标记) 和功能 (细胞因子), 无论是在其本机 "固有致病性" 疾病状态, 或在存在的治疗药物 (在体内或体内).
自身免疫性疾病是影响3-8% 人口发病率和死亡率的主要原因。在美国, 自体免疫性疾病是青年和中年妇女死亡的主要原因 (年龄 < 65 岁)1,2。自身免疫性疾病的特点是异质临床表现和多种基础免疫学过程。非均质谱在不同的疾病中有很好的表现, 如联合参与类风湿关节炎 (RA) 和多发性硬化症 (MS) 的神经系统疾病。然而, 这一水平的异质性也表现在单一的紊乱, 如系统性红斑狼疮 (SLE): 一些病人可能出现肾脏病理, 而其他人患有血液或联合介入3。
自身免疫性疾病的潜在发病反映了临床异质性, 包括多先天和自适应免疫细胞亚群的自动和超活化, 以及伴随失调细胞因子的产生。虽然细胞因子在自身免疫性疾病的发病机制中起着举足轻重的作用, 但了解其在疾病机理中的具体作用已证明是具有挑战性的。细胞因子的特点是多效性 (一个细胞因子可以对不同的细胞类型有多种影响), 冗余 (多个细胞因子可以有相同的效果), 二元性 (一个细胞因子可以有亲或抗炎作用在不同的条件下),和可塑性 (细胞因子可以塑造成一个角色不同于它的 "原物" 一, 取决于环境)4,5,6。因此, 人口水平的方法不能区分异质细胞对同一 "细胞因子环境" 的反应。同样, 研究的设计, 专注于免疫系统的一个特定方面 (单一细胞类型或细胞因子), 不提供全球评估所有的因素涉及复杂的自身免疫性疾病。虽然以血清为基础的研究为自身免疫提供了重要的洞察力, 但它们并没有给出失调细胞因子的特定细胞来源。
最近, 我们开发了单细胞蛋白质组学方法, 同时评估多种免疫细胞类型, 并检测其在特定的 "致病性" 外周血血浆循环因子的环境中的各种细胞因子扰动。这里描述的工作流的特点是使用完整的周围全血样本, 而不是孤立的外周血单个核细胞 (PBMCs)。外周全血代表最生理相关的车辆, 以研究系统性免疫介导的疾病, 包括 1) 非单核血细胞经常参与自身免疫性疾病 (即中性粒细胞, 血小板) 和 2) 血浆诸如核酸、免疫复合物和细胞因子等循环因子, 具有免疫激活作用。为了捕捉 "内在致病性" 失调细胞因子的产生, 外周血标本立即处理后, 血液提取 (T0, 时间零), 并在6小时的孵化后37°c (生理体温) 与蛋白质运输抑制剂在没有任何外源刺激条件 (T6, 时间6小时), 以检测细胞因子的生产 (积累, T6-T0), 这将反映 "内在" 疾病状态 (图 1)。为了研究反应信号通路在与疾病相关的免疫应答中的失调过程, 外周血样本被治疗 (6 小时孵化37°c 与蛋白质转运抑制剂) 与外源刺激的条件, 反映疾病的发病机制, 例如, 在 SLE (T6 + R848, 时间6小时与1µg/毫升 R848) 的情况下类似的像样受体 (TLR) 激动剂, 以检测细胞因子的产生, 反映对核酸的反应 (比较 T0 和 T6 vs T6 +R848,图 1)。为了研究可用疗法的免疫调节作用, 因为它们与特定患者的精确免疫失调过程有关, 所以在相关治疗中用 JAK 抑制剂治疗外周血标本。集中 (这里, 5 uM ruxolitinib;T6 + 5R, 时间6小时与 5 uM ruxolitinib), 以检测 "内在" 疾病状态的变化反应的药物 (T0 vs T6 vs T6 + 5R,图 1)。为这项研究选择了 JAK 抑制剂, 因为 JAK 抑制剂已证明是成功的治疗自身免疫性疾病, 如 RA。
为了同时评价上述在多免疫细胞亚群中的失调过程, 对 SLE 患者的外周血样本和健康控制进行了处理, 并通过质细胞术进行了分析。质细胞术, 也称为细胞术-飞行时间, 提供了40多个参数的单细胞分析, 没有光谱重叠7,8,9的问题。这种技术利用稀土金属同位素的形式, 可溶性金属离子作为标签绑定到抗体, 而不是显影10。关于质量细胞术技术平台的其他细节 (即调谐和校准, 样品采集) 可以在 Leipold 等和麦卡锡等中找到 。11,12高维度的大规模细胞术能够同时测量的多种细胞因子整个先天和自适应免疫细胞亚群与单细胞粒度 (材料表)。
目前的常规临床和实验室参数往往不敏感或具体到足以检测正在进行的疾病活动或对特定的免疫调节剂13的反应, 反映了需要更好地描绘潜在的免疫驱动 flare 的更改。鉴于细胞因子失调在自身免疫性疾病中的普遍存在, 大量的治疗方法使用的抗体或小分子抑制剂靶向细胞因子或信号蛋白参与调控细胞因子的生产有最近出现。在它的基本格式, 这里描述的外周血分析方法提供了一个平台, 以确定病人特定的失调细胞亚群和他们的异常细胞因子产生的自身免疫性疾病的系统性表现。这种方法允许个性化的治疗选择, 因为具体的失调细胞因子可以确定, 和特定的治疗方案, 可以测试在体内, 以评估他们的能力 immunomodulate 病人特定的疾病过程。
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这里描述的所有方法都已被科罗拉多大学的科罗拉多多机构审查委员会 (COMIRB) 批准。所有描述的程序应在无菌组织培养罩中执行, 除非另有说明, 过滤的吸管提示, 所有试剂过滤。
1. 外周全血处理试剂的制备
2. 对周围全血的刺激和处理 (图 1)
3. 裂解/固定血细胞条码
4. 条形码裂解/固定血细胞染色及质量细胞仪分析的制备
注: 染色抗体的每1X 滴度 (1 ul 抗体每 100 ul 染色反应), 通常可以染色 3–4 x 106细胞。因此, 当所有的条形码样本被汇集成一个管, 抗体的数量必须扩大。如果20条形码样品共计 30 x 106个细胞, 并且每1X 滴度能染色 3–4 x 106个细胞, 条形码样品只需要10X 滴度, 相反单独地染色每个样品, 需要20X 抗体 (1X 每单独管)。抗体浓度的细胞数应仔细滴定每一个抗体鸡尾酒 (这里没有讨论)。
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图 1展示了用于刺激和处理外周血液样本的工作流, 包括血液样本整除数的分配、添加刺激剂的时间、蛋白质转运抑制剂鸡尾酒和孵化时间直到红细胞 (红细胞) 溶解和固定。刺激剂的选择取决于要评估的信号和细胞因子通路。例如, 在这里描述的协议中, TLR 激动剂被用来评估不同细胞类型的先天免疫传感机制。选择了代表性细胞外 (LPS, TLR4 激动剂) 和内质 (R848, TLR7/8 激动剂) 激动剂。其他刺激剂包括佛波 12-酯 13-醋酸酯和 Ionomycin (PMAIONO), 可作为 T 细胞活化剂。特异的细胞因子也可以作为刺激剂, 以及其他特定的 B 和 T 细胞抗原。
为了演示本协议中描述的实验方法,图 2、图 3和图 4<...
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在这里, 我们描述了一个新的, 单细胞, 蛋白质组学方法, 同时评估多种免疫细胞类型和检测其各种细胞因子扰动的环境中的患者特异性 "致病性" 外周血血浆循环因素。该方法采用外周全血作为分析载体, 以质细胞仪作为评价免疫细胞表型和功能异常的工具。该方法易于应用于人体和小鼠的研究21, 并与其他免疫功能分析 (如检测信号异常14) 兼容。
用户应该认识到一些可能影响此过程成功的变量。根据我们的经验, 应在2小时内处理血液样本, 以避免细胞内细胞因子的基线诱导 (未显示数据)。血液样本应保持室温 (25 °c), 同时等待处理。血液样本可以收集在肝素钠或 EDTA 管, 不干预的描述化验。应用顺铂22进行大容量细胞术, 可评估活细胞和死体细胞的鉴别。但是, 上述评估在上文所述的议定书中省略, 假定血液在收集后立即处理 (或在2小时以内)。此外, 即使样品在加工过程中被延迟, 由于缺乏冷冻保存, 也不能忽略活/死的歧视。不过, 我们建议使用顺铂进行...
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作者没有什么可透露的。
我们要感谢艾米 Pugh-伯纳德对她的智力投入和有益的评论。这项工作得到了 Boettcher 基金会韦伯-华林生物医学研究奖和 K23-1K23AR070897 从 NIH 到埃琳娜 W.Y. 谢的奖励数字的支持。她还得到了来自尤尼斯肯尼迪K12-HD000850 国家儿童健康和人类发展研究所以及露塞尔儿童健康基金会、斯坦福 CTSA UL1 TR001085 和儿童健康研究协会颁发的奖项编号的支持。斯坦福大学研究所。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Ruxolitinib | Santa Cruz | SC-364729A | 原液浓度:10 mM;最终浓度:5 μM |
| R848 | Invivogen | tlrl-r848-5 | 库存浓度: 1 μg/μL;最终浓度: 1 μg/mL |
| LPS-EK | Invivogen | tlrl-eklps | 库存浓度: 1 μg/μL;最终浓度: 0.1 μg/mL |
| 无菌 PBS | Lonza | 17-516F | |
| 裂解/固定缓冲液 | BD biosciences | 558049 | 储备液浓度:5X;最终浓度:1X(在 ddH2O 中稀释) |
| BD Phosflow 渗透/洗涤缓冲液 I | BD biosciences 557885 | 原液浓度:10X;最终浓度:1:10(在 ddH2O 中稀释) | |
| RPMI | Gibco | 21870-076 | |
| 叠氮化钠 (NaN3) | Sigma-Aldrich | S-8032 | 原液浓度:>99.9%;最终浓度:0.0002 |
| 蛋白质转运抑制剂 (PTI) | eBiosciences | 00-4980-93 | 原液浓度:500X;最终浓度:1X |
| DNA 嵌入液 | 201192B | 储备浓度:500 &μ;M;最终浓度: 0.1 μM | |
| 细胞染色培养基 (CSM) | PBS + 0.5% BSA,0.02% NaN3 | ||
| MaxPar 条形码 Perm 缓冲液 | 流体 | 201057 | 原液浓度:10X;最终浓度:1X |
| 20 重 Pd 条形码组 | Fluidigm | S0014 | 库存浓度:n/a;最终浓度:n/a |
| EQ TM 四元件校准珠 | Fluidigm | 201078 | 库存浓度:10X;最终浓度:1X |
| 16% 不含 MeOH 的甲醛溶液 | Thermo | 28908 | 原液浓度:16% (w/v);最终浓度:1.6% (w/v) |
| 无菌圆底聚苯乙烯管 | VWR | 60818-496 | 原液浓度:n/a;最终浓度:n/a |
| 聚丙烯簇管 | Light Labs | A-9001 | 库存浓度:n/a;最终浓度:n/a |
| Helios CyTOF 仪器 | Fluidigm | Helios | 用于 CyTOF 分析的所有溶液都需要没有金属污染。ddH 2 O 用于制备任何溶液,电阻率应至少为 18.0 MΩ。cm. ddH 2 O 和任何自行制备的溶液应储存在从未高压灭菌过的新塑料瓶或玻璃瓶中。 |
| 名称 | Company | 目录号 | 评论 |
| 用于质谱流式细胞术的抗体 | |||
| 表面标志物 | |||
| CD1c | Biolegend | L161 | 质量:161 |
| CD3 | BD | UCHT1 | 质量:144 |
| CD4 | Biolegend | SK3 | 质量:174 |
| CD7 | BD | M-T701 | 质量:149 |
| CD8 | Biolegend | SK1 | 质量:142 |
| CD11b | fluidigm | ICRF44 | 质量:209 |
| CD11c | BD | B-ly6 | 质量:152 |
| CD15 | BD | HI98 | 质量:115 |
| CD14 | Biolegend | M5E2 | 质量:154 |
| CD16 | eBioscience/Thermo | B73.1 | 质量:165 |
| CD19 | Santa Cruz | SJ25C1 | 质量:163 |
| CD21 | Biolegend | Bu32 | 质量:141 |
| CD27 | BD | L128 | 质量:155 |
| CD38 | Fluidigm | HIT2 | 质量:172 |
| CD45 总 | Biolegend | HI30 | 质量:89 |
| CD45RA | Biolegend | HI100 | 质量:153 |
| CD56 | Miltenyi | REA196 | 质量:168 |
| CD66 | BD | B1.1/CD66 | 质量:113 |
| CD86 | Fluidigm | IT2.2 | 质量:150 |
| CD123 | Fluidigm | 6H6 | 质量:143 |
| CD278/ICOS | Biolegend | C398.4A | 质量:156 |
| CD179/PD1 | Biolegend | EH12.2H7 | 质量:162 |
| IgD | Biolegend | IA6-2 | 质量:146 |
| IgM | Biolegend | MHM-88 | 质量:151 |
| CXCR5 | BD | RF8B2 | 质量:173 |
| HLADR | Biolegend | L243 | 质量:167 |
| <强>细胞因子 | |||
| IL-1&α; | Biolegend | 364-3B3-14 | 质量:147 |
| IL-1&β; | 生物传奇 | H1b-98 | 质量:169 |
| IL-1RA | 圣克鲁斯 | AS17 | 质量:157 |
| IL-6 | Biolegend | MQ2-13A5 | 质量:164 |
| IL-8 | BD | E8N1 | 质量:160 |
| IL-12/IL-23p40 | Biolegend | C8.6 | 质量:171 |
| IL-17A | 生物传奇 | BL168 | 质量:148 |
| IL23p19 | eBioscience/Thermo | 23dcdp | 质量:176 |
| MIP1β | BD | D21-1351 | 质量:158 |
| MCP1 | BD | 5D3-F7 | 质量:170 |
| IFNα | 米尔特尼 | LT27:295 | 质量:175 |
| IFNγ | 生物传奇 | 4S。B3 | 质量:165 |
| PTEN | BD | A2B1 | 质量:159 |
| TNFα | Biolegend | Mab11 | 质量:166 |
| 注:如果制造商声明为 Fluidigm,则该抗体购自 Fluidigm,金属预偶联。如果制造商声明为 Fluidigm 以外的制造商,则该抗体是使用 MaxPar 多金属标记进行自偶联的 试剂盒 (Fluidigm Cat: 201300) 根据制造商方案。 |
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