本方案概述了用于研究的小鼠模型的建立方法 马拉色菌皮肤中宿主与微生物的相互作用。该方法描述了微生物的培养 马拉色菌 体外,小鼠皮肤的感染 马拉色菌属以及对皮肤组织中炎症反应和真菌载量的后续分析。
本方案概述了用于研究的小鼠模型的建立方法 马拉色菌皮肤中宿主与微生物的相互作用。该方法描述了微生物的培养 马拉色菌 体外,小鼠皮肤的感染 马拉色菌属以及对皮肤组织中炎症反应和真菌载量的后续分析。
动物模型在传染病研究中至关重要。它们为分析微生物与宿主在体内以组织特异性方式发生的全部相互作用提供了重要基础。致病性真菌日益被视为对人类健康的严重威胁,而利用此类感染模型极大地增进了我们对真菌致病性的理解。属于该属的物种 马拉色菌 是人体皮肤微生物群中最丰富的真菌,也与脂溢性皮炎和特应性皮炎等严重炎症性皮肤病的发生相关。然而,其与 马拉色菌 疾病发病机制仍不明确,这一情况可归因于对复杂信号通路间相互作用的认知不足 马拉色菌 与皮肤免疫系统。本方案描述了一种实验性小鼠模型的建立方法,可用于研究两者之间的相互作用 马拉色菌 与活体哺乳动物皮肤相一致。它概述了培养的方法 马拉色菌 spp. 在实验室条件下,如何感染小鼠皮肤 马拉色菌 spp.,以及如何通过皮肤炎症和真菌负荷分析来评估感染结果。本文所述模型适用于完全免疫健全的动物,无需对动物进行免疫抑制或抗生素预处理。此外,该模型几乎可适用于所有基因修饰小鼠品系,并可与其他皮肤疾病模型联合使用。这些特点使该感染模型成为深入研究宿主对病原体先天性和适应性免疫反应的有力工具 马拉色菌 在活体皮肤中。
皮肤上定植着多种多样的微生物。皮肤持续暴露于微生物群,有助于塑造和训练宿主的免疫系统。真菌 increasingly 被认为是微生物群的重要组成部分,其在宿主生理和免疫中发挥着与细菌和病毒类似的重要作用。1属的物种 马拉色菌 迄今为止,它们是定植于温血脊椎动物皮肤上最丰富的真菌,占人类皮肤真菌组的90%以上2,318 种不同的物种 马拉色菌 迄今为止已从人类和动物皮肤中鉴定出4.
皮肤的多种病理状况被认为至少部分源于微生物群组成失衡。菌群失调可能导致具有致病潜力的物种过度增殖,从而引发机会性感染和疾病5。越来越多的证据一致表明,Malassezia除作为共生菌存在外,还参与了多种皮肤病理过程的发展,范围从头皮屑和花斑癣到更严重的炎症性疾病,如脂溢性皮炎和特应性皮炎4,6。尽管Malassezia与花斑癣之间的因果关系已被确立,但该真菌在更严重皮肤病理中的病理生理作用仍 largely 未知。
明确马拉色菌在皮肤稳态及疾病中的作用,需要更深入地了解该真菌与皮肤及其皮肤免疫系统之间的相互作用。值得注意的是,与其他人源性致病真菌(例如白色念珠菌或烟曲霉)相比,针对马拉色菌的研究仍处于起步阶段。这主要归因于在实验室条件下培养马拉色菌存在困难,以及缺乏合适的实验模型来研究该真菌在体内与宿主接触时的相互作用。既往使用体外培养的分离细胞所进行的实验表明,马拉色菌与多种免疫和非免疫细胞之间存在广泛的直接和间接相互作用7。然而,这些体外实验仅能部分模拟体内复杂皮肤环境中的真实情况,因为在体内,真菌与多种细胞类型之间会同时发生大量细胞和分子层面的相互作用。
本文概述了一种我们近期建立的小鼠Malassezia皮肤感染实验模型的操作方案,用于在体内研究真菌与宿主之间的相互作用7。该方案包括以下步骤:(1)体外成功培养Malassezia,(2)将Malassezia经表皮接种至小鼠耳部皮肤,以及(3)分析Malassezia诱导的皮肤炎症反应和感染皮肤中真菌负荷的技术细节。重要的是,该模型在感染前无需对小鼠进行免疫抑制(例如使用皮质类固醇)或抗生素处理,而这些操作在其他真菌感染小鼠模型中较为常见8,9。因此,该模型可用于研究正常皮肤中针对Malassezia的先天性和适应性免疫应答的完整谱系。值得注意的是,在特定病原体-free(SPF)条件下饲养的近交系野生型小鼠不会自然定植Malassezia,因此其接触该真菌后不会形成持续定植,真菌通常在约1.5周内被宿主清除。然而,该模型可用于研究抗真菌宿主应答启动与调控的机制,而这些机制正是免疫记忆形成的基础。该模型具有良好的通用性,可轻松应用于多种基因修饰小鼠品系,并可与其他已有的皮肤疾病模型(如皮肤屏障缺陷模型)联合使用,以研究在病理性和炎症性皮肤条件下Malassezia的影响7。因此,所述的小鼠Malassezia皮肤感染实验模型为研究真菌在稳态和疾病状态下与皮肤免疫系统的相互作用提供了高度的灵活性。
本方案描述了小鼠皮肤感染的实验方法 马拉色菌 spp. 由于其具有致病潜力, 马拉色菌 某些国家(包括瑞士)将 spp. 列为生物安全等级2(BSL2)病原体。请查阅当地指南,并遵守当地主管部门的相关规定。BSL2级别的生物体应由经过培训的人员在经认证的BSL2生物安全柜(BSC)中操作。被BSL2级别生物体污染的生物废弃物,以及感染此类生物体的小鼠尸体,均须在处理前进行高压灭菌。涉及小鼠的实验应严格遵循3R原则(替代、优化、减少),尽一切努力减轻动物痛苦,确保符合最高的伦理与人道标准。10本方案中所述实验均在 M. pachydermatis (ATCC 14522) M. furfur (ATCC 14521)和 M. sympodialis (ATCC 42132)7.
本协议中描述的所有操作均按照瑞士联邦环境办公室《封闭系统中生物体操作条例》(www.bafu.admin.ch)的规定进行。小鼠实验严格遵循瑞士动物保护法指南,并在苏黎世州兽医办公室批准的协议下进行(许可证号 168/2018)。
1. 实验室条件下 Malassezia 的培养
注意:除非另有说明,本方案中使用的所有试剂和培养基均应储存在室温(RT,20 – 25 °C),因为较低温度可能抑制真菌生长。
2. 实验用接种物的制备 马拉色菌 小鼠感染
3. 用马拉色菌感染小鼠 马拉色菌
4. 分析 马拉色菌诱导的皮肤炎症
注意:本实验方案描述了感染期间由马拉色菌(Malassezia)诱导的耳部肿胀分析,该指标可作为皮肤炎症的参数。分析真菌诱导耳部肿胀的前提是在胶带剥离和/或感染前(步骤 3.5)测量耳部基础厚度。
5. 感染皮肤中真菌载量的分析
体外 培养 马拉色菌
与其他更常用的真菌模式病原体相比,例如 C. albicans 或 A. fumigatus, 马拉色菌 在体外培养更为困难,这可能归因于以下事实: 马拉色菌 由于无法合成脂肪酸,其营养需求依赖于外源性脂质来源11mDixon 培养基适用于培养多种 马拉色菌 物种包括 M. pachydermatis, M. furfur, M. sympodialis, M. slooffiae, M. globosa 和 M. yamatoensis 体外7,12. 图1 显示菌落生长的代表性图像 M. sympodialis 在 mDixon 液体培养基和 mDixon 琼脂平板中培养,具体步骤如步骤 1 和步骤 2 所述。
皮肤炎症和真菌负荷分析 马拉色菌 皮肤炎症
暴露于 马拉色菌 在感染前通过胶带剥离破坏皮肤屏障后,小鼠耳部皮肤出现炎症加剧,表现为表皮和真皮增生以及水肿形成7第4步和第5步概述了分析方法 马拉色菌诱导的耳部肿胀及皮肤真菌载量。这两个参数是监测感染进程的关键检测指标。 图2A 说明在之后可观察到的耳部厚度增加 M. furfur 与野生型C57BL/6小鼠未受干扰的皮肤相比,屏障功能受损皮肤的暴露情况。 图2B 显示耳部厚度随时间增加的代表性汇总图。 图2C 显示感染后第2天耳部皮肤中的真菌载量 M. pachydermatis.

图1:马拉色菌的体外培养。
(A) M. sympodialis 菌株 ATCC 42132 在30 °C、180 rpm条件下于液体mDixon培养基中培养3天(左侧),右侧为未接种的mDixon培养基对照锥形瓶。(B) M. sympodialis 菌株 ATCC 42132 在mDixon琼脂平板上于30 °C培养5天后的菌落形态。请点击此处查看该图的放大版本。

图 2:基于耳部厚度和真菌负荷分析马拉色菌皮肤感染情况。
(A) 来自C57BL/6小鼠的耳部组织切片的组织学图像,小鼠分别用橄榄油(对照,左侧)处理或接种M. furfur菌株JPLK23感染5天(中间和右侧)。右侧样本在感染前进行了胶带剥离处理。切片采用苏木精和伊红(H&E)染色。(B) 汇总图表显示C57BL/6小鼠在暴露于马拉色菌或未感染(对照)后耳部厚度随时间的变化。左侧显示在各时间点,暴露于M. pachydermatis菌株ATCC 14522或经橄榄油处理(对照)的耳部皮肤的绝对厚度;右侧显示在指定时间点相对于第0天基线的耳部厚度增加量。(C) 感染M. pachydermatis菌株ATCC 14522或以橄榄油处理作为对照(对照)的C57BL/6小鼠皮肤中的真菌负荷。两种情况下皮肤均进行了胶带剥离处理。汇总图B和C中的每个符号代表一只动物。组间差异的统计学显著性通过单因素方差分析(B)或学生t检验(C)计算。***p <0.001,****p <0.0001,D.L.:检测限 请点击此处查看该图的放大版本。
本方案描述了利用常用的近交系小鼠 C57BL/6 建立 Malassezia spp. 皮肤感染的方法。将本方案应用于其他具有不同遗传背景的小鼠品系(例如 Balb/c)或基因改造小鼠品系时,可能需要调整感染剂量、分析时间点等参数。为确保实验可重复性,小鼠分组时应始终保持相同的年龄和性别。小鼠来源应保持稳定,因为不同供应商之间,甚至同一繁殖设施的不同单元之间,其遗传背景和微生物群的细微差异都可能对感染进程产生不可预测的影响。在建立本方案所述的 Malassezia 感染模型时,建议先开展预实验,密切监测感染进程,包括定植程度、真菌清除动力学,以及可能诱发的炎症和病理变化程度(例如,若在感染前破坏耳部皮肤屏障),以确定最佳的实验条件。
为确保实验结果的可重复性并可靠地检测实验组之间的差异,每组所需使用的动物数量必须基于统计学分析进行计算。样本量的计算应依据效应量、误差率和检验效能,以考虑生物学和实验中的变异(例如由免疫系统差异所导致的变异)。出于伦理考虑,应避免使用不必要的过多动物。关于 马拉色菌 皮肤感染不建议仅用真菌处理同一只小鼠的一只耳朵而将另一只耳朵作为对照,因为小鼠在理毛时可能将真菌传播至双耳。然而,使用 ½ 对于不同的方法学检测,如真菌载量测定、免疫细胞分离或组织学分析,通常只需取耳组织即可,这能显著减少实验所用动物数量。
18 个不同物种的 马拉色菌 迄今为止已描述了该属内的种间和种内变异。 马拉色菌 可能影响与宿主的相互作用,这一点我们也是从对其他人致病性真菌的研究中了解到的13. 不同 马拉色菌 物种和菌株的来源不同(例如, M. pachydermatis 是从动物中分离出的最常见物种,而 M. restricta, M. globosa 以及 M. sympodialis 是人类皮肤真菌微生物组中最主要的成员,这些物种在不同皮肤区域的分布存在差异。某些物种被认为与共生关系相关,而另一些则可能更具致病性,尽管目前详细的证据仍然相对有限。重要的是,某些物种和菌株本质上比其他物种更难培养。因此,选择用于感染的物种/菌株应基于具体的研究问题。
某些微生物(如Candida albicans或Staphylococcus aureus)对小鼠皮肤的实验性感染通常需要在感染前破坏表皮屏障,例如使用砂纸摩擦14,15,16。相比之下,本文所述的Malassezia感染模型在是否存在屏障破坏的情况下均具有同等感染效率7。然而,若在感染前对皮肤进行胶带剥离处理,则真菌诱导的炎症程度会显著增强7。因此,是否在接种Malassezia前对皮肤进行预处理,应根据具体的研究问题而定。目前已有多种急性和慢性皮肤炎症模型(例如迟发型超敏反应(DTH)和接触性超敏反应(CHS)模型)以及皮肤屏障缺陷模型,这些模型可能有助于研究共生酵母在皮肤病理过程中的作用。
据我们所知,在特定无病原体(SPF)条件下饲养的近交系小鼠不会自然定植Malassezia。因此,将Malassezia实验性地接种于小鼠耳部皮肤,代表宿主首次接触该真菌,从而引发急性免疫反应,并在1至2周内实现真菌清除7。尽管本方案所述模型仅部分模拟了免疫功能正常的人类或其他宿主生物(其皮肤长期定植Malassezia)的情况,但该实验性感染为研究抗真菌免疫反应及其潜在的细胞与分子机制提供了充足的时间窗口。此外,该模型还允许在不同实验条件(例如,皮肤屏障是否受损)下,探究不同Malassezia物种和菌株所引发免疫反应的差异。
过去,对Malassezia与宿主相互作用的研究仅限于体外培养中分离细胞类型的实验(例如角质形成细胞系、外周血单个核细胞)。尽管这些研究揭示了影响Malassezia与宿主相互作用的真菌和宿主因素17,但无法全面理解真菌与宿主在皮肤复杂环境中的相互作用。皮肤环境涉及多种持续相互交流的细胞类型,如角质形成细胞、成纤维细胞和组织驻留免疫细胞,还包括仅在皮肤接触微生物后才浸润组织的白细胞群体。这种多细胞网络无法在体外模型中完全重现,即使使用最先进的类器官系统也难以实现。因此,小鼠实验性感染仍是免疫学和传染病研究的金标准,而本文所述模型的建立标志着Malassezia研究领域的一项重大突破。重要的是,该模型依赖于将Malassezia外用于结构完整的小鼠耳部皮肤,而非如先前研究所报道的通过注射方式(如皮下或腹腔内注射)接种真菌18,后者与自然定植宿主的情况差异较大。
将本方案中所述的马拉色菌感染模型与其他现有的小鼠模型相结合的可能性,极大地拓展了该模型的应用范围与灵活性。后者包括多种特定皮肤疾病模型,例如模拟特应性皮炎重要特征的皮肤屏障缺陷模型——该疾病在人类和犬类中均与马拉色菌相关。此外,马拉色菌的经皮感染可轻松应用于宿主目标基因存在遗传缺陷的小鼠,或特定细胞类型被基因敲除或可通过药物手段清除的小鼠(例如,通过白喉毒素受体表达小鼠中给予白喉毒素实现细胞清除)。此类模型是解析宿主对共生及致病微生物(包括马拉色菌)免疫应答的不可或缺工具,可用于评估这些基因及细胞类型在真菌-宿主相互作用中的作用。对马拉色菌与宿主皮肤相互作用的分析可远超本方案所描述的内容,包括组织学分析(例如,评估皮肤病变程度或真菌诱导的表皮增厚)、使用针对特定细胞标志物或其他目标分子的抗体对组织切片进行免疫组织化学或免疫荧光染色分析。此外,还可从感染的皮肤组织中分离细胞(例如,组织驻留或组织浸润的白细胞亚群),以深入研究宿主对马拉色菌免疫应答的极化、调控及动态变化。
作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由瑞士苏黎世大学资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 琼脂 | Sigma-Aldrich | A1296-1KG | |
| 异氟烷(Attane Isoflurane) | Piramal Healthcare | - | |
| 生物安全柜(BSC)Faster Ultra Safe | DASIT GROUP | TEC 5594 | BSL2 认证 |
| 离心机 | Eppendorf | 5415D | 兼容 2 ml Eppendorf 离心管 |
| 脱水牛胆汁 | Sigma-Aldrich | 70168-100G | |
| Eppendorf 离心管(2 ml) | Eppendorf | 0030 120.094 | |
| 葡萄糖 | Sigma-Aldrich | 49159-5KG | |
| 甘油(99 %) | Honeywell | 10314830 | |
| 加热垫 | Eickenmeyer | 648048 | |
| 培养箱 Heraeus B20 | Heraeus | 412047753 | BSL2 认证 |
| 氯胺酮(Ketasol,100 mg) | Graeub AG | 6680416 | |
| 磁力加热板 MR Hei-Standard | Heidolph Instruments | 442-1355 | |
| Malassezia spp. | ATCC | 14522, 14521, 42132 | |
| 麦芽提取物 | Sigma-Aldrich | 70167-500G | |
| 多联生物样本管(200 µl) | Sarstedt AG | 7084211 | Safelock |
| 初榨橄榄油 | - | - | 市售可得 |
| Nonidet P40 | Axon Lab | A1694,0250 | |
| Oditest 测量装置 | Kroeplin | S0247 | 量程 0–5 mm |
| 油酸 | Sigma-Aldrich | 75090-5ML | |
| 蛋白胨 | Oxoid | LP0037 | |
| 培养皿 | Sarstedt AG | 82.1473 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS, 1x) | Amimed/Bioconcept | 3-05F39 | |
| 隆朋(Rompun,2 %) | Bayer | KP0BFHR | |
| 摇床培养箱 Infors Minitron | Infors | - | BSL2 认证 |
| 分光光度计 | Jenway | 20308 | 600 nm 处测定光密度 |
| 分光光度计比色皿 | Greiner Bio-One | 613101 | |
| 不锈钢珠(5 mm) | ABF | KU.5G80 1.3541 | |
| 1 ml 皮下注射器 | BD Bioscience | 305501 | |
| Tissue Lyzer II 组织研磨仪 | Qiagen | 85300 | |
| 透气性低致敏胶带(Transpore Hypoallergic Tape) | 3M | 1527-1 | |
| 吐温 40 | Sigma-Aldrich | P1504-100ML | |
| 维生素 A 棕榈酸视黄酯眼霜 | BAUSCH & LOMB | 市售可得 |