本方案描述了一种用于表征脂肪酸刺激下人肠道类器官中脂滴(LD)形成的检测方法。我们讨论了如何利用该检测方法对脂滴形成进行定量分析,以及如何将其用于筛选影响脂滴形成的药物的高通量筛选。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本方案描述了一种用于表征脂肪酸刺激下人肠道类器官中脂滴(LD)形成的检测方法。我们讨论了如何利用该检测方法对脂滴形成进行定量分析,以及如何将其用于筛选影响脂滴形成的药物的高通量筛选。
膳食脂质以游离脂肪酸(FAs)的形式被肠上皮吸收。这些脂肪酸在细胞内转化为甘油三酯(TG)分子,随后被包装成乳糜微粒进入淋巴系统运输,或被储存于细胞质脂滴(LDs)中以供细胞内存储。脂滴形成的关键步骤是二酰甘油酰基转移酶(DGAT)在甘油三酯合成最后一步中的催化作用。脂滴对于缓冲有毒脂质物质以及调节不同类型细胞的细胞代谢具有重要作用。由于人类肠上皮经常暴露于高浓度脂质环境中,脂滴的形成在维持稳态方面具有重要意义。本文介绍一种简便的检测方法,用于表征和定量人肠类器官在最常见不饱和脂肪酸——油酸刺激下的脂滴形成(LDF)。该LDF检测基于脂滴特异性荧光染料LD540,可通过共聚焦显微镜、荧光酶标仪或流式细胞术对脂滴进行定量。该LDF检测可用于表征人肠上皮细胞中的脂滴形成,或研究影响脂滴代谢的人类(遗传性)疾病,例如DGAT1缺乏症。此外,该检测还可用于高通量筛选流程,以测试可修复肠或其他类型类器官中脂滴形成缺陷的新型治疗化合物。
脂质是人类饮食的重要组成部分,在全身能量储存和代谢中发挥着关键作用。摄入的膳食脂质被胰脂肪酶降解为游离脂肪酸(FFAs)和单酰甘油(MGs)。这些底物随后被肠上皮细胞吸收,在细胞内首先由单酰甘油酰基转移酶(MGAT)催化重新酯化为二酰甘油(DG),再由二酰甘油酰基转移酶1(DGAT1)进一步酯化为三酰甘油(TG)1。最终,这些TG被整合到乳糜微粒中以转运至淋巴系统,或储存于细胞质脂滴(LDs)中用于细胞内储存2,3。尽管乳糜微粒对于将膳食脂质分配至其他器官至关重要,但LDs中细胞内脂肪储存的具体意义尚不完全明确。然而,已有研究表明LDs在肠道中具有调节功能,可在进食后长达16小时内缓慢向循环系统释放脂质4。此外,研究还发现LDs可防止毒性脂肪酸浓度的积累,例如在脂解条件下对小鼠脂肪细胞具有保护作用5。
DGAT1 蛋白位于内质网(ER)膜上,在肠上皮细胞脂滴(LD)的形成过程中发挥关键作用。DGAT1 的纯合突变可导致早发性严重腹泻和/或呕吐、低白蛋白血症和/或(致命性)蛋白丢失性肠病,并在摄入脂肪后出现肠功能衰竭,这凸显了 DGAT1 在人类肠上皮脂质稳态中的重要性6,7,8,9,10。由于人类 DGAT1 缺陷极为罕见,获取源自患者的原代细胞十分困难。此外,长期以来肠上皮细胞的长期培养仅限于肿瘤来源的细胞系,而这些细胞系仅能有限地反映正常生理状态。因此,DGAT1 介导的脂滴形成研究主要在成纤维细胞或动物来源的细胞系中进行7,10,11,12。最近的研究表明,与健康对照细胞相比,DGAT1 缺陷患者的成纤维细胞在油酸(OA)刺激后形成的脂滴较少8。
此前已建立从任何胃肠道器官中以三维(3D)类器官形式培养上皮干细胞的方案13。这些肠道类器官可在体外长期培养13,并可用于研究患者特异性和肠道部位特异性的上皮功能特征14。它们在遗传学和表型上均具有稳定性,可进行储存,从而实现长期扩增和生物样本库保存13。
我们最近证明,可以在人肠道类器官中通过脂滴形成(LDF)实验轻松测量脂滴(LD)的形成6。当类器官暴露于油酸(OA)16小时后,会生成脂滴以保护细胞免受脂质诱导的毒性损伤。当OA浓度过高时,细胞会通过半胱天冬酶(caspase)介导的凋亡途径死亡6。先前的研究表明,LDF实验在很大程度上依赖于DGAT1,这一点已通过来自DGAT1突变患者的类器官以及使用特异性DGAT1抑制剂的实验得到证实6。
本文详细描述的脂滴(LDF)检测方法中,类器官由肠道活检组织培养而来,并通过每周将类器官消化为单细胞进行传代,这些单细胞可轻松形成新的类器官。进行LDF检测时,将约7,500个类器官来源的单细胞接种至24孔板的每个孔中。类器官经过数天形成后,用1 mM油酸(OA)过夜孵育,并使用LD540染色,该染料为一种可穿透细胞膜的荧光染料,特异性标记脂滴,便于成像。随后通过共聚焦显微镜、荧光酶标仪或流式细胞术对脂滴的形成进行定量分析。
通过将该脂滴形成实验扩展至96孔板格式,该实验还可用于高通量分析脂滴的形成,以筛选影响人肠道类器官培养中脂滴形成的新型药物,或研究影响脂滴代谢的(人类遗传性)疾病。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文所述使用人体组织的所有实验均经乌得勒支大学医学中心(UMCU)伦理委员会批准。已在乌得勒支大学医学中心威尔海明娜儿童医院(WKZ-UMCU)获得患者关于组织采集、类器官制备、储存及使用的知情同意。
1. 培养基的制备
注意:本方案应在生物安全柜内进行。类器官的操作应遵循标准的细胞培养指南。
2. 人小肠类器官的培养步骤
注意:本实验方案应在生物安全柜内进行。类器官的操作应遵循标准的细胞培养指南。在处理类器官或类器官来源的细胞时,应尽可能将细胞保持在冰上。若能确保此条件,细胞在收获后数小时内仍可保持活性。类器官应在标准细胞培养孵箱中于 37 °C、5% CO2 条件下培养。在本实验方案中,所有将类器官包埋于基底膜基质(BMM;即 Matrigel)中的孵育步骤均适用上述培养条件。作者在这些检测中使用了来源于十二指肠的类器官。
3. 脂滴形成实验
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
为正确分析脂滴(LD)的形成,类器官在经油酸(OA)刺激及后续染色前,不应接种过密。这一点对于共聚焦显微镜和酶标仪检测结果尤为重要,因为重叠的类器官可能会干扰荧光信号。适当的类器官接种密度示例(图1A)以及类器官重叠的培养情况(图1B)如图所示。为尽量减少样品在OA刺激过程中的实验变异性,同一批实验中各样品的类器官大小和接种密度应保持一致。最理想的方式是接种相同数量的单个细胞。然而,若某些类器官细胞系的重建效率持续较高,从而导致类器官数量始终偏高,则可能需要进行适当调整。
经1 mM OA过夜刺激后,可用倒置明场显微镜观察脂滴(LD)的形成。脂滴的积累会散射透射光,因此类器官呈现较暗的外观,而非刺激的类器官则呈半透明状(图1<...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文提供了一种通过油酸孵育后检测人肠道类器官中脂滴形成的实验方案。该方法基于脂滴特异性荧光染料LD54018,可用于表征和定量类器官培养中脂滴的总体积。人肠道类器官培养的建立与维持方法已有文献报道13,此外,该实验方案的可视化指南也可获取15。
本方案中的关键步骤包括人肠道类器官的培养,以及OA与BSA的正确偶联。类器官的培养需要配制合适的培养基,因为干细胞群体的维持高度依赖于具有功能活性的Wnt3A条件培养基(Wnt3A-CM)。当自行制备Wnt3A-CM时,我们建议采用高度标准化的操作流程,并每月制备一次条件培养基,因其有效期约为2个月。此外,将连续批次的Wnt3A-CM以1:1比例混合使用,有助于实现更稳定的长期培养,因为这样可确保某一批次略低于最佳质量时,不会对类器官的生长产生显著影响。
此外,我们的BM由含脂质丰富的BSA的高级DMEM/F12培养基组成。由于我们的载体对照(...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
我们感谢 B. Spee 慷慨提供 LD540。本工作由荷兰科学研究组织资助(NWO-ZonMW;VIDI 016.146.353)支持,授予 S.M.。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 高级DMEM/F12 | Gibco | 12634-028 | |
| B27添加剂 | Gibco | 17504-044 | |
| 基底膜基质(Matrigel) | BD Biosciences | 356231 | |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542-1MG | |
| DGAT1抑制剂(AZD 3988) | Tocris Bioscience | 4837/10 | |
| 脂肪酸游离型BSA | Sigma-Aldrich | A7030 | |
| 甲醛 | Klinipath | 4078-9001 | |
| 谷氨酰胺(GlutaMAX,100倍浓缩液) | Gibco | 15630-056 | |
| HEPES(1 M) | Gibco | 15630-080 | |
| 激光共聚焦扫描显微镜 | Leica | SP8X | |
| LD540 | 由乌得勒支大学B. Spee博士惠赠 | ||
| mEGF | Peprotech | 315-09_500ug | |
| N-乙酰半胱氨酸 | Sigma-Aldrich | A9165-100G | |
| 烟酰胺 | Sigma-Aldrich | N0636-500G | |
| Noggin表达细胞(HEK293-mNoggin-Fc细胞) | 与J. den Hertog(Hubrecht研究所)签署MTA协议获取 | ||
| 油酸 | Sigma-Aldrich | O1008-5G | |
| p38 MAPK抑制剂(p38i)(SB202190) | Sigma-Aldrich | S7067-25MG | |
| PBS | Sigma-Aldrich | D8662-500ML | |
| 不含Ca2+/Mg2+的PBS | Sigma-Aldrich | D8537-500ML | |
| 青霉素-链霉素(5,000 U/mL) | Gibco | 15070-063 | |
| R-spondin表达细胞(Cultrex HA-R-Spondin1-Fc 293T细胞) | R&D systems | 3710-001-01 | |
| 组织培养处理的24孔板 | Greiner-One | 662160 | |
| 组织培养处理的黑色透明底96孔板 | Corning Life Sciences | 353219 | |
| TGFβ I型受体抑制剂(A83-01) | Tocris Bioscience | 2939/10 | |
| 胰蛋白酶(TrypLE Express) | Life Technologies | 12604021 | |
| WNT-3A表达细胞(L-Wnt-3A细胞) | 与J. den Hertog(Hubrecht研究所)签署MTA协议获取 | ||
| Y-27632二盐酸盐(Rho激酶抑制剂) | Abcam | ab120129-10 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。