本方案提供了一种可靠的方法,用于建立同时具有人类免疫系统和肝细胞的人源化小鼠模型。双重建免疫缺陷小鼠实现 通过 人肝细胞和CD34的脾内注射+ 造血干细胞易受人类免疫缺陷病毒-1感染,并可重现HIV感染者患者中观察到的肝脏损伤。
本方案提供了一种可靠的方法,用于建立同时具有人类免疫系统和肝细胞的人源化小鼠模型。双重建免疫缺陷小鼠实现 通过 人肝细胞和CD34的脾内注射+ 造血干细胞易受人类免疫缺陷病毒-1感染,并可重现HIV感染者患者中观察到的肝脏损伤。
尽管感染人类免疫缺陷病毒-1(HIV-1)患者的预期寿命有所延长,但肝病已成为其发病的主要原因之一。HIV-1引起的肝脏免疫病理机制仍不明确。通过移植人肝细胞和人免疫系统的小型异种移植动物模型,可重现该疾病发病过程中的人类生物学特征。本文描述了一种通过移植人肝细胞和CD34+造血干细胞/祖细胞(HSPCs)建立双重人源化小鼠模型的实验方案,用于研究HIV感染患者中观察到的肝脏免疫病理变化。为实现双重重建,雄性TK-NOG(NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Sug Tg(Alb-TK)7-2/ShiJic)小鼠经腹腔注射更昔洛韦(GCV)以清除小鼠转基因肝细胞,并使用白消安进行非清髓性预处理,这两种处理均有助于人肝细胞(HEP)的植入和人免疫系统(HIS)的发育。通过检测人白蛋白(ALB)水平评估肝脏细胞植入情况,通过流式细胞术检测外周血中人免疫细胞的存在以确认人免疫系统的建立。本方案所建立的模型再现了HIV-1感染所致肝损伤的多个特征。该模型的建立对于研究肝炎病毒共感染以及抗病毒和抗逆转录病毒药物的评价具有重要意义。
自从抗逆转录病毒治疗问世以来,与单纯HIV-1感染相关的死亡率已显著下降。然而,肝病已成为HIV感染者中常见的发病原因1,2。HIV-1感染合并肝炎病毒感染的情况更为普遍,在美国,约有10%至30%的HIV感染者存在此类合并感染3,4,5。
HIV-1 和肝炎病毒的宿主特异性限制了小型动物模型在研究人类特异性传染病或多方面探究 HIV-1 相关性肝病发病机制中的应用价值。允许移植人类细胞和/或组织的免疫缺陷小鼠(称为人源化小鼠模型)是适用于临床前研究的动物模型。6,7,8自21世纪初人源化小鼠问世以来,已有多个针对胆汁淤积性人类肝毒性、人类特异性病原体(包括HIV-1及HIV相关性神经认知障碍、EB病毒、肝炎)及其他传染性疾病的临床前研究在这些小鼠模型中开展6,9,10,11多种用于CD34的鼠类模型+ HSPCs 和/或人肝细胞移植已长期发展并不断改进,用于研究乙型肝炎病毒(HBV)相关肝病的疾病发病机制12,13,14. 多种用于造血干细胞祖细胞(HSPC)和人肝细胞(HEP)移植的模型基于NOG(NOD.Cg-)品系Prkdcscid Il2rgtm1Sug/JicTac)8,13,NSG(NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ)15,Balb/C-Rag2-/- γc-/- (Rag2tm1.1Flv Il2rgtm1.1Flv/J)12和 fah-/- NOD rag1-/-il2rγnull 小鼠16然而,每种模型都有其自身的优势和局限性;例如,AFC8双人源化小鼠在Balb/C-Rag2背景下用于肝内皮细胞(HEPs)和人类造血干细胞(HSCs)研究-/- γc-/- 背景能够实现免疫细胞和造血干细胞的成功植入,但该模型中缺乏抗原特异性的T细胞和B细胞反应12重建双人源化小鼠的主要问题包括移植效果不理想、缺乏支持不同组织的合适模型、条件不匹配、免疫排斥或移植物-与移植物抗宿主病(GVHD),以及技术上的困难,例如对新生儿进行有风险的操作,以及因代谢异常导致的高死亡率13.
尽管人源化小鼠已用于HIV研究多年17,18,19,但将其用于研究HIV-1所致肝损伤的报道仍较为有限20。我们此前报道了双人源化TK-NOG小鼠模型的建立及其在HIV相关肝病研究中的应用8。该模型可实现肝细胞与免疫细胞的高效植入,并重现HIV感染的致病过程。本文详细阐述了该模型的实验方案,包括人肝细胞移植过程中最关键的步骤。同时描述了成功植入肝细胞(HEPs)并重建TK-NOG小鼠功能性免疫系统所需的人造血干细胞和祖细胞(HSPCs)的特性。此外,还详细说明了利用该模型研究HIV相关肝脏免疫病理机制的方法。实验采用携带肝特异性单纯疱疹病毒1型胸苷激酶(HSV-TK)转基因的雄性TK-NOG小鼠。表达该转基因的小鼠肝细胞在短暂暴露于无毒剂量的更昔洛韦(GCV)后可被有效清除。移植的人肝细胞可在小鼠肝脏中稳定存留,无需使用外源性药物维持21。同时,小鼠还需预先接受非清髓剂量的曲奥舒凡处理,以在小鼠骨髓中为人类细胞腾出生态位8。将免疫缺陷型TK-NOG小鼠经脾内注射人肝细胞(HEPs)和多能造血干细胞和祖细胞(HSPCs)。随后定期通过血液免疫表型分析和血清中人白蛋白水平检测,分别监测血液和肝脏的重建情况。当小鼠体内人免疫细胞和肝细胞重建水平均成功达到15%以上时,经腹腔注射HIV-1病毒。感染后4至5周即可评估HIV对肝脏的影响。需要特别注意的是,由于使用了HIV-1病毒,在操作病毒及对小鼠进行注射时必须采取所有必要的安全防护措施。
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本方案已获得内布拉斯加医学中心大学机构动物护理和使用委员会(IACUC) 的批准。
注意:在对动物进行实验之前,须获得当地动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。
1. 脐带血的处理及人HSPCs的分离
2. 人肝细胞移植前的制备
3. 人HSPC和肝细胞移植的动物操作、筛选、基因分型及处理
4. 通过ELISA法验证人肝脏的移植效果及通过流式细胞术验证人免疫系统
注意:移植后1个月起,每月分别通过酶联免疫吸附试验(ELISA)和流式细胞术评估人肝组织和免疫系统的重建情况。
5. TK-NOG 小鼠的 HIV 感染及其对人源肝脏和免疫系统的影响
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通过简单的 ELISA 和流式细胞术,可分别对具有人源肝脏和免疫细胞的双人源化小鼠模型的每一步建立过程进行便捷监测。流式细胞术通常用于评估功能性免疫系统的发育情况,并观察 HIV 感染对免疫细胞的影响。在双人源化小鼠中,功能性免疫细胞的发育比例可在淋巴细胞门区的 15% 至 90% 范围内。免疫细胞的代表性亚群在点图中展示(图 3)。为评估人源肝细胞的移植情况,每月对小鼠血清进行针对人特异性白蛋白水平的 ELISA 检测。同时移植了 HSPCs 和 HEPs 的小鼠,在移植后一个月时人特异性白蛋白水平范围为约 7 µg/mL 至 377 µg/mL,并在观察期(6 个月)内持续升高(图 4)。通过流式细胞术监测 HIV 感染对双人源化小鼠血液中人源免疫细胞的影响,通过人特异性白蛋白 ELISA 监测对肝脏中 HEPs 的影响。感染 5 周后,ELISA 检测显示 HIV-1 导致血清中人源白蛋白水平下降,免疫组织化学分析显示双人源化小鼠肝组织切片中人源 ...
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在 HIV 感染患者中,肝脏会受到损害和损伤24。尽管已有少数共移植 CD34+ HSPC 和肝细胞的动物模型,但在 HIV-1 存在的情况下用于研究人类肝脏疾病的实验性小型动物模型仍然极为有限7,12,25。在体外实验中,肝细胞被证实可发生低水平的 HIV-1 感染26。同时携带两类人类细胞的人源化小鼠是一种理想的模型。已有研究表明,在仅重建人类免疫系统的小鼠中,当实验性清除人类调节性 T 细胞时,其肝脏会受到 HIV 感染的影响20,27。然而,小鼠与人类肝细胞在免疫和功能特性上的差异,可能是两者对 HIV-1 及免疫细胞反应不同的根本原因。本综述描述了一种同时重建人类免疫系统和肝脏的实验方案,旨在研究在 HIV-1...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由美国国立卫生研究院资助项目R24OD018546(资助对象:L.Y.P. 和 S.G.)支持。作者感谢Weizhe Li博士在手术操作方面的帮助,感谢Amanda Branch Woods理学学士、Yan Cheng在免疫组织化学方面的协助,感谢内布拉斯加大学医学中心(UNMC)流式细胞术研究设施的负责人Phillip Hexley博士、Victoria B. Smith理学学士和Samantha Wall理学学士,以及UNMC高级显微镜核心设施的Janice A. Taylor理学学士和James R. Talaska理学学士提供的技术支持。作者感谢CIEA的Mamoru Ito博士和Hiroshi Suemizu博士提供TK-NOG小鼠,感谢Joachim Baumgart博士提供白消安。作者感谢UNMC的Adrian Koesters博士在稿件编辑方面所做的贡献。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 27 G1/2" 针头 | BD 生命科学 | 305109 | |
| 30 G1/2" 针头 | BD 生物科学 | 305106 | |
| 5 mL 聚苯乙烯 圆底试管 12 mm x 75 mm 型 | 康宁 | 352054 | |
| BD 1 mL 无针结核菌素注射器 | BD 生物科学 | 309659 | |
| BD FACS array 生物分析仪 | BD 生物科学 | 用于检测洗脱CD34的纯度+ 细胞 | |
| BD FACS array 软件 | BD 生物科学 | 用于分析获取的 CD34 的软件+ FACS 阵列上的细胞 | |
| BD FACS 溶血液 | BD 生物科学 | 349202 | 裂解红细胞 |
| BD LSR II | BD Biosciences | 流式细胞术样本采集仪器 | |
| BD Vacutainer 塑料采血管 | BD 生物科学 | BD 367874 | 采集脐带血 |
| 牛血清白蛋白 | Sigma-aldrich | A9576 | |
| 布托啡诺 | 管制药物与止痛药 | ||
| CD14-PE | BD Biosciences | 555398 | 特异性针对人类 |
| CD19-BV605 | BD 生物科学 | 562653 | 特异性针对人类 |
| CD34 微珠试剂盒,人 | Miltenyi Biotec | 130-046-702 | 用于分离 CD34+ HSPC |
| CD34-PE,人源 | Miltenyi Biotec | 130-081-002 | 用于检测洗脱后CD34纯度的抗体+ 细胞 |
| CD3-AF700 | BD Biosciences | 557943 | 特异性针对人类 |
| CD45-PerCPCy5.5 | BD 生物科学 | 564105 | 特异性针对人类 |
| CD4-APC | BD Biosciences | 555349 | 特异性针对人类 |
| CD8-BV421 | BD 生物科学 | 562428 | 特异性针对人类 |
| 细胞计数板 | 伯乐(Bio-rad) | 1450015 | |
| ChargeSwitch gDNA Mini Tissue 试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | CS11204 | 用于从耳组织提取基因组DNA |
| Cobas Amplicor 系统 v1.5 | 罗氏分子诊断 | 使用生物分析仪测量病毒载量 | |
| 棉签 | McKesson | 24-106-2S | |
| 细胞角蛋白-18(CK18) | DAKO | M7010 | 特异于人类 |
| DMSO(二甲基亚砜) | Sigma-Aldrich | D2650-5X5ML | |
| 微孔滑动夹延长管组,固定式公鲁尔锁接头。长度:60 英寸(152 厘米),流体通路容积:0.55 mL,无菌 | BD 生命科学 | 30914 | 连接至移液器,并加载HSPC和HEP悬液 |
| FACS Diva 版本 6 | BD Biosciences | 流式细胞仪软件所需 样本采集 | |
| 胎牛血清(FBS) | Gibco | 10438026 | |
| FLOWJO 分析软件 v10.2 | FLOWJO, LLC | 流式细胞术分析软件 | |
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| Greiner MiniCollect EDTA 管 | Greiner bio-one | 450475 | |
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| 人白蛋白ELISA定量试剂盒 | 贝赛特实验室 | E80-129 | 用于检测小鼠血清中人白蛋白水平 |
| 人肝细胞 | Triangle Research Labs | HUCP1 | 冷冻保存的人类肝细胞,经诱导验证合格 |
| 直型虹膜剪 | Ted Pella, Inc. | 13295 | |
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| PBS(磷酸盐缓冲液) | Hyclone | SH30256.02 | |
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| 曲奥舒凡 | Medac GmbH | 由以下提供 Dr. Joachim Baumgart(medac GmbH) | |
| 台盼蓝 | 伯乐(Bio-rad) | 1450022 | |
| Vannas型显微剪刀,直型,80毫米长 | Ted Pella, Inc. | 1346 | 用于切开皮肤以暴露脾脏 |
| Weck止血夹 传统钛合金结扎夹 | Esutures | 523700 | 注射后结扎脾脏 |
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