脑脊液蛋白水平升高可能是血脑屏障改变后血浆蛋白扩散所致,也可能是鞘内合成的结果。本文介绍了一种优化的检测方案,有助于区分这两种情况,并提供对鞘内合成蛋白的定量测量。
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脑脊液蛋白水平升高可能是血脑屏障改变后血浆蛋白扩散所致,也可能是鞘内合成的结果。本文介绍了一种优化的检测方案,有助于区分这两种情况,并提供对鞘内合成蛋白的定量测量。
脑脊液(CSF)是存在于脑和脊髓中的一种液体,对基础科学和临床医学均具有重要意义。脑脊液蛋白质成分的分析可为神经科学基础研究以及神经系统疾病提供关键信息。需要注意的是,脑脊液中检测到的蛋白质可能来源于鞘内合成,也可能来源于血清的渗出,因此脑脊液蛋白质分析仅能测定这两部分的总和。为了在动物模型及人体中区分蛋白质由血液渗出与鞘内产生的部分,使用常规蛋白质分析工具进行脑脊液蛋白质谱检测时,必须计算白蛋白脑脊液/血清比值(Qalbumin)——这是血脑界面(BBI)完整性的标志物,以及蛋白质指数(Qprotein/Qalbumin)——用于评估鞘内蛋白质合成水平。本实验方案详细描述了从脑脊液和血液采集到比值与指数计算的完整流程,旨在实现对神经系统疾病小鼠模型中鞘内蛋白质合成水平及血脑界面功能障碍的定量测定。
脑脊液(CSF)是一种清澈无色的液体,环绕于脑和脊髓周围,在临床医学和基础科学研究中具有重要意义。脑脊液可维持中枢神经系统(CNS)的电解质环境,调节全身酸碱平衡,为神经元和胶质细胞提供营养,发挥中枢神经系统的淋巴样功能,并在中枢神经系统内运输激素、神经递质、细胞因子及其他神经肽1。因此,由于脑脊液的成分能够反映中枢神经系统的活动状态,这种液体为评估中枢神经系统的生理与病理状态提供了宝贵但间接的途径。
脑脊液已用于诊断影响中枢神经系统的疾病超过一百年,在此期间,它主要被临床医生作为一种诊断工具进行研究。然而,近年来神经生物学家认识到脑脊液在研究中枢神经系统病理生理学方面的潜力。特别是,神经科学领域已引入多种高通量蛋白质分析工具,使得能够对脑脊液的蛋白质组成进行详细研究,期望通过此类分析有助于深入了解中枢神经系统内发生的动态变化。
Luminex 和 Simoa 等多重免疫测定技术的不断发展2,3,使研究人员如今能够以极低的浓度检测数百种蛋白质。此外,这些技术还可使用微量样本,从而推动了小动物(包括小鼠)相关研究的开展;在过去,由于脑脊液样本量有限,难以对其进行详细的成分分析,而如今这一限制已得到克服。
然而,需要注意的是,脑脊液(CSF)中检测到的蛋白质可能来源于鞘内合成,和/或由于受损的血脑界面(BBI)导致血清成分渗出。遗憾的是,单独对脑脊液进行蛋白质分析仅能测定这两部分来源的总和。为了区分渗出蛋白与鞘内产生的蛋白质,必须根据个体血清蛋白浓度以及屏障完整性的差异,对使用任何现有蛋白分析工具测得的脑脊液蛋白浓度进行校正。然而,尽管这种校正在临床实践中已有应用,例如脑脊液IgG指数在检测鞘内IgG合成方面具有高敏感性4,5,6,但迄今为止,极少有研究在分析脑脊液蛋白浓度时对血清浓度和屏障完整性进行了校正7,8。
目前,Reibergram 方法是评估血脑屏障功能及蛋白质鞘内合成的最佳方式。该方法通过脑脊液/血清商数图进行图解分析,以整合的方式同时分析屏障功能(或功能障碍)以及鞘内蛋白质合成情况,并以一种完全来源于血液的蛋白质作为参照9,10。通常选择含量丰富的白蛋白作为参考蛋白,因为白蛋白仅在肝脏中产生,且其分子量约为 70 kDa,介于小分子与大分子蛋白质之间11。该分析图最早由 Reiber 和 Felgenhauer 于 1987 年针对主要类别的免疫球蛋白(Igs)提出11,其建立基于对数千份人类样本分析结果的实证数据9。随后,该方法通过应用菲克扩散定律(Fick’s laws of diffusion)在分子扩散/流速理论中的推导得以验证12。该理论表明,蛋白质穿过屏障的扩散呈双曲线分布,能够定量解释中枢神经系统(CNS)中蛋白质的动态变化9,13。总体而言,使用 Reibergram 方法来证明蛋白质鞘内合成的优势在于,它可同时识别从血清进入脑脊液的蛋白质组分以及因局部合成而在脑脊液中出现的蛋白质含量。
本文及相关实验方案详细描述了从脑脊液和血液采集到最终校正脑脊液蛋白质水平计算的完整流程,用于在神经系统疾病的小鼠模型中定量测量鞘内蛋白质合成。该方法为评估(1)脑脊液中任何蛋白质的病理生理来源,以及(2)血脑屏障完整性的稳定性与功能意义提供了基线依据。该实验流程不仅适用于小鼠脑脊液样本的分析,也可广泛应用于多种神经系统疾病动物模型及人类患者的脑脊液研究。
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所有动物实验均采用达特茅斯盖泽尔医学院机构动物护理和使用委员会(IACUC)审查并批准的方案。
1. 体液采集
注意:需要同时采集血清和脑脊液。每种液体的采集均需准备两份方案,分别用于存活期和剖检期。
2. 蛋白质分析
3. 鞘内指数计算



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本项代表性实验旨在比较两种具有临床相关性的多发性硬化症(MS)啮齿类动物模型中IgG的鞘内合成情况:PLP139-151诱导的复发-缓解型实验性自身免疫性脑脊髓炎(R-EAE)和慢性进行性Theiler病毒诱导的小鼠脑脊髓炎脱髓鞘疾病(TMEV-IDD)。R-EAE模型有助于研究复发-缓解型MS,而TMEV-IDD模型则模拟慢性进行性MS19。
本研究对R-EAE(n = 12)和TMEV-IDD(n = 28)模型中的鞘内IgG合成进行了定量分析。两组均在其疾病高峰期进行分析。另设一组10只小鼠进行假手术处理,作为年龄匹配的对照组(cR-EAE,n = 4;cTMEV-IDD假手术组,n = 6)。
采用市售试剂盒(材料表)提供的磁珠法检测配对的血清和脑脊液样本中的总IgG。总IgG值由IgG1、IgG2a、IgG2b和IgG3亚类数值相加得出。由于当时尚无白蛋白的Luminex检测方法,因此使用商业化的鼠白蛋白ELISA...
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定量评估脑脊液(CSF)蛋白质浓度升高的方法是表征中枢神经系统(CNS)生理与病理状态的有用工具。然而,除了可靠地定量脑脊液中的蛋白质水平外,脑脊液蛋白质的检测还需要以能够区分血液来源与中枢神经系统来源蛋白组分为基础的结果表达方式。迄今为止,常用的蛋白质定量检测方法即使借助高通量工具,仍无法区分这两种蛋白质组分。因此,已有研究提出对蛋白质测量值进行特定校正,以区分在中枢神经系统内合成的蛋白质与来源于血液的蛋白质。此类校正可补偿个体间血清浓度及血脑屏障完整性的差异。总体而言,这些校正基于脑脊液/血清蛋白商(Qprotein)的计算,从而降低因个体血清蛋白浓度差异所导致的变异性。通过将Qprotein与脑脊液/血清白蛋白商(Qalbumin)相关联,可进一步减少因个体屏障功能差异引起的Qprotein变异。这两种校正的结合通常被称为蛋白指数,其计算方式为Qprotein/Qalbumin比值4,6
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢达特茅斯比较医学与研究中心(CCMR)工作人员在本研究中对实验小鼠的精心照料。本研究由博恩斯坦研究基金资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 mL 胰岛素注射器 | BD | 329650 | |
| 1 mL 注射器 | BD | 329622 | |
| 25 号针头 | BD | 305122 | |
| 3 mL 注射器 | BD | 309582 | |
| 30 号胰岛素针头 | BD | 305106 | |
| 吸水垫 | 任何合适的品牌 | ||
| 乙酰丙嗪(Acepromazine) | Patterson Vet Supply Inc | ||
| BioPlex 手持式磁力洗涤仪 | BioRad | 171020100 | 磁铁 |
| BioPlex MAGPIX 多重检测仪 | BioRad | 171015001 | |
| BioPlex Pro 平底板 | BioRad | 171025001 | |
| 生物素化检测抗体 | 任何合适的来源 | 该抗体必须针对目标蛋白的物种。 | |
| 牛血清白蛋白(BSA) | Sigma | A4503 | |
| 盐酸丁丙诺啡(Buprenorphine hydrochloride) | PAR Pharmaceutical | NDC 42023-179-05 | |
| 毛细管 | Sutter Instrument | B100-75-10 | 外径:1.0 mm,内径:0.75 mm,硼硅酸盐玻璃,10 cm;在本生灯上拉制以缩小内径。 |
| 离心管,0.2 mL | VWR | 20170-012 | |
| 离心管,0.5 mL | VWR | 87003-290 | |
| 离心管,1.5 mL | VWR | 87003-294 | |
| 双醋氯己定(Chlorhexidine diacetate) | Nolvasan | E004272 | |
| 一次性移液器吸头 | 任何合适的品牌 | ||
| 耳杆 | KOPF Instruments | 1921 或 1922 | |
| 乙醇 | Kopter | V1001 | |
| 冷冻机 | VWR | VWR32086A | |
| 纱布 | Medline | NON25212 | |
| 加热垫 | Sunbeam | XL 加大号 SoftTouch,4 档加热并带自动关闭功能,青绿色,12 英寸 × 24 英寸 | |
| 诱导室 | VETEQUIP | ||
| 异氟烷(Isoflurane) | Patterson Vet Supply Inc | NDC 14043-704-06 | |
| 氯胺酮(Ketamine,KetaVed) | Patterson Vet Supply Inc | ||
| MagPlex 微球(抗体偶联) | BioRad | 抗体偶联磁珠 | |
| 微孔板振荡器 | Southwest Scientific | SBT1500 | |
| 微型牵开器 | Carfill Quality | ACD-010 | 钝头,1 mm |
| Microsoft Office(Excel) | Microsoft | ||
| MilliPlex MAP 小鼠免疫球蛋白同种型磁珠检测试剂盒 | EMD Millipore | MGAMMAG-300K | 商品化试剂盒,用于通过 Luminex 技术定量检测小鼠体液中一组免疫球蛋白同种型及亚类。 |
| 小鼠白蛋白捕获 ELISA 试剂盒 | Novus Biological | NBP2-60484 | 商品化试剂盒,用于通过 ELISA 技术定量检测小鼠体液中的白蛋白。 |
| 多通道移液器 | Eppendorf | 3125000060 | |
| 非无菌棉签 | MediChoice | WOD1002 | 需经高压灭菌以达到无菌 |
| 氧气 | AIRGAS | OX USPEA | |
| 巴斯德移液管 | Fisher | 13-678-20A | 5& 3/4" |
| PDS 缝线带一次性针头,6-0 Prolen | Patterson Vet | 8695G | P-3 反向切割,18" |
| PE-链霉亲和素(PE-Streptavidin) | BD Biosciences | 554061 | |
| 移液器 | Eppendorf | Research seriers | |
| 聚乙烯管 | |||
| 冷冻离心机 | Beckman Coulter | ALLEGRA X-12R | |
| 天平 | Uline | H2716 | |
| 手术刀 | Feather | EF7281 | |
| 剃毛器 | Harvard Apparatus | 52-5204 | |
| 标准蛋白 | 任何合适的来源 | 最佳参考标准是目标蛋白的纯化品,且浓度已知。 | |
| 立体定位仪 | KOPF Instruments | Model 900LS | 标准配件 |
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