本文介绍了一种用于逆转录病毒过表达及小鼠B-1a细胞过继转移的方法,以研究B-1a细胞在体内的迁移与定位。该方案可进一步扩展用于多种下游功能检测,包括定量分析供体B-1a细胞的定位,或在过继转移后检测供体细胞衍生的分泌因子。
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本文介绍了一种用于逆转录病毒过表达及小鼠B-1a细胞过继转移的方法,以研究B-1a细胞在体内的迁移与定位。该方案可进一步扩展用于多种下游功能检测,包括定量分析供体B-1a细胞的定位,或在过继转移后检测供体细胞衍生的分泌因子。
由于细胞功能受到细胞微环境中特定生态位因素的影响,研究细胞定位和迁移的方法可为进一步理解细胞功能提供重要信息。B-1a细胞是小鼠中一类独特的B细胞亚群,能够产生针对健康和疾病状态下出现的氧化特异性表位的保护性天然IgM抗体。B-1a细胞的IgM产生能力因其所在位置不同而存在差异,因此从治疗角度而言,将B-1a细胞靶向定位于支持高水平抗体产生的生态位具有重要意义。本文介绍了一种通过逆转录病毒介导的C-X-C基序趋化因子受体4(CXCR4)过表达,将B-1a细胞迁移靶向骨髓的方法。在原代小鼠B细胞中进行基因诱导具有挑战性,通常转染效率较低,约为10–20%,具体取决于所用技术。本文证明,通过逆转录病毒感染原代小鼠B-1a细胞,可实现30–40%的转导效率。该方法利用过继性细胞转移,将转导后的B-1a细胞移植到B细胞缺陷型受体小鼠体内,从而可视化供体B-1a细胞的迁移与定位。本方案可针对其他逆转录病毒载体进行调整,并可用于过继转移后的多种功能检测,包括供体细胞或宿主细胞表型与功能分析,或B-1a细胞转移后分泌的可溶性因子分析。利用CD45.1和CD45.2同种异型区分供体与受体小鼠,并结合逆转录病毒质粒中携带的GFP报告基因,还可使供体细胞在其他具有内源性B细胞群体的免疫健全小鼠模型中被检测到。
近期研究表明,免疫细胞(尤其是B细胞)的表型和功能具有显著异质性,这种异质性取决于细胞的定位1,2,3,4,5。B-1a细胞就是一类具有异质性功能的细胞群体,其产生保护性IgM抗体的能力各不相同:骨髓中的B-1a细胞能够组成性地分泌IgM,对血浆IgM滴度有重要贡献6,而腹膜腔中的B-1a细胞在稳态条件下IgM分泌水平较低,但可通过天然免疫Toll样受体(TLR)或细胞因子介导的信号通路被激活,从而迅速增殖、迁移并分泌IgM7,8,9,10。B-1a细胞产生的IgM抗体可识别存在于病原体、凋亡细胞和氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)上的氧化特异性表位(OSE),IgM与OSE结合可抑制动脉粥样硬化等疾病中的炎症下游信号传导11。因此,通过促进腹膜腔B-1a细胞向骨髓等部位迁移以增强IgM产生的策略可能具有治疗潜力。然而,此类策略必须具有靶向性和细胞类型特异性,因为脱靶效应可能对免疫功能或健康产生负面影响。
本文介绍了一种在原代小鼠B-1a细胞中靶向且长期过表达CXCR4的方法,并通过过继转移以可视化细胞迁移和功能性IgM抗体的产生(图1)。与转化细胞系的转染相比,原代B细胞的基因操作受限于较低的转染效率。然而,由于转化细胞系可能与原代细胞存在显著差异12,13,使用原代细胞更有可能获得更接近正常生理状态的结果。已有多种技术被用于原代小鼠B细胞的基因转移,包括逆转录病毒转导、腺病毒转导、脂质体转染或基于电穿孔的转染,这些方法在效率、持续性及对细胞活力的影响方面各不相同13,14,15。本方法采用逆转录病毒转导,因其在对细胞活力影响最小的情况下实现了超过>30%的足够基因转移效率。表达CXCR4的逆转录病毒通过此前描述的逆转录病毒载体小鼠干细胞病毒-内部核糖体进入位点-绿色荧光蛋白(MSCV-IRES-GFP;MigR1)16构建,其中插入了小鼠CXCR4基因4。MigR1(对照(Ctl)-GFP)和CXCR4-GFP逆转录病毒颗粒通过磷酸钙转染法产生,具体步骤依据已发表的实验方案4,14进行。
成功转导的B-1a细胞随后被静脉注射至淋巴细胞缺乏的Rag1-/-小鼠体内。供体和受体小鼠均额外缺失载脂蛋白E(ApoE)基因,导致OSE积累增加和动脉粥样硬化,从而为体内B-1细胞活化及IgM产生提供了一个研究模型。此外,供体与受体小鼠在CD45同种型上存在差异:供体B-1细胞来源于CD45.1+ ApoE-/-小鼠,并被转移至Rag1-/- CD45.2+ ApoE-/-受体小鼠中。这一设计可在过继转移后区分供体CD45.1与受体CD45.2的B细胞,而无需在流式细胞术分析过程中额外染色B细胞标志物。本文结果表明,靶向在B-1a细胞上过表达CXCR4与其向骨髓迁移能力增强相关,而这一迁移能力的提升又与血浆中抗-OSE IgM水平升高相关。我们还提供了一种通过负向筛选富集腹膜B-1细胞的方法,并证实了B-1细胞活化对于高效转导的必要性。该方法可适用于其他逆转录病毒载体,用于研究蛋白过表达对B-1a细胞迁移、表型或功能的影响。此外,理论上利用CD45.1与CD45.2同种型的差异,也可将该方法拓展至其他具有内源性B细胞的免疫健全小鼠模型中进行细胞转移实验。
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所有动物实验方案均经弗吉尼亚大学动物护理与使用委员会批准。
1. 腹膜B-1细胞的磁分离与富集
2. 腹膜B-1细胞刺激
3. 腹腔B细胞的逆转录病毒感染转导
4. 转导腹膜B-1a细胞的分选
5. 过继性转移
6. 供体细胞和血浆 IgM 的定量分析
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方案概述如下所示 图1. 图2 在磁珠耗竭其他腹腔细胞类型后,腹腔B-1a细胞富集。耗竭后组分中的活单细胞中,CD19+ B细胞的比例高于F4/80+ 巨噬细胞缺乏 CD5你好 CD19- T细胞,并含有更高频率的CD19+ CD5中 B-1a 细胞与耗竭前组分相比。 图3 展示了B细胞活化对于逆转录病毒介导的B细胞转导成功所必需,并显示使用Ctl-GFP逆转录病毒时,随着病毒MOI的增加,成功转导的GFP+ B细胞亚群频率呈剂量依赖性升高。 表 2 与24孔或6孔板相比,使用96孔圆底板可提高转导效率。 图4 显示成功的CXCR4过表达(>40%)的B-1细胞,并在体外增强B-1细胞向CXCL12的迁移能力,而对B细胞活力无显著影响。
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本文提供的方法实现了体内原代B-1a细胞的稳定且相对高效的基因递送、过继性转移以及注射细胞的鉴定与定位。在细胞转移后17周仍可检测到细胞,并且这些细胞维持了CXCR4表达的上调。在本研究中,逆转录病毒介导的递送方法对原代小鼠B-1a细胞实现了30–40%的转导效率,且对细胞活力影响极小(图4e)。该结果与Moghimi及其同事先前的一项研究结果一致,该研究比较了包括逆转录病毒感染、腺病毒感染、核转染和脂质体转染在内的多种原代小鼠B细胞基因转移技术15。然而,我们发现接受CXCR4-GFP转导B-1a细胞的受体个体之间,CXCR4过表达的程度存在较大差异(图6c,d)。因此,我们采用关联性分析表明,CXCR4表达水平的升高与B-1a细胞向骨髓迁移和定位能力的增强相关,并且该现象与血浆IgM水平升高相关联(表3 和 表4)。
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由以下项目资助:1R01 HL107490、1R01 HL136098、P01 HL055798 的项目 3、P01 HL136275-01(C.A. McNamara)以及 R01GM100776(T.P. Bender)。A. Upadhye 获美国心脏协会博士前奖学金 16PRE30300002 和 5T32AI007496-20 资助。我们感谢弗吉尼亚大学流式细胞术核心实验室的 Joanne Lannigan、Mike Solga 和 Claude Chew 提供出色的技术支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 70 微米滤膜帽 | Falcon | 352235 | |
| 抗生物素微珠 | Miltenyi Biotec | 130-090-485 | |
| 抗 CD16/CD32(Fc 封闭剂) | Life Technologies | MFCR00 | |
| B220 APC | eBioscience | 17-0452-83 | 克隆:RA3-6B2 |
| β-巯基乙醇 | Gibco | 21985-023 | |
| CD19 APCef780 | eBioscience | 47-0193-82 | 克隆:eBio1D3 |
| CD23 生物素标记 | eBioscience | 13-0232-81 | 克隆:B3B4 |
| CD23 PECy7 | eBioscience | 25-0232-82 | 克隆:B3B4 |
| CD3e 生物素标记 | eBioscience | 13-0033-85 | 克隆:eBio500A2 |
| CD45.1 ApoE-/- 小鼠 | N/A | N/A | 本实验室繁育 |
| CD45.1 PerCP-Cy5.5 | BD Biosciences | 560580 | 克隆:A20 |
| CD45.2 BV421 | BD Biosciences | 562895 | 克隆:104 |
| CD45.2 Rag1-/- ApoE-/- 小鼠 | N/A | N/A | 本实验室繁育 |
| CD5 PE | eBioscience | 12-0051-83 | 克隆:53-7.3 |
| 对照-GFP 逆转录病毒 | N/A | N/A | 本实验室使用 Dr. T.P. Bender 提供的表达 GFP 的逆转录病毒质粒 MigR1 构建 |
| CXCR4 APC | eBioscience | 17-9991-82 | 克隆:2B11 |
| CXCR4-GFP 逆转录病毒 | N/A | N/A | 本实验室通过将小鼠 CXCR4 克隆至 MigR1 逆转录病毒质粒中构建 |
| F4/80 生物素标记 | Life Technologies | MF48015 | 克隆:BM8 |
| FlowJo 软件 v. 9.9.6 | Treestar Inc. | 需许可证 | |
| 庆大霉素 | Gibco | 15710-064 | |
| Gr-1 生物素标记 | eBioscience | 13-5931-82 | 克隆:RB6-8C5 |
| 热灭活胎牛血清 | Gibco | 16000-044 | |
| HEPES | Gibco | 15630-080 | |
| IgM PECF594 | BD Biosciences | 562565 | 克隆:R6-60.2 |
| 胰岛素注射器 | BD Biosciences | 329461 | |
| 异氟烷 | Henry Schein Animal Health | 029405 | |
| 活/死细胞染料 Yellow | Life Technologies | L34968 | |
| LS 柱 | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| NK1.1 生物素标记 | BD Biosciences | 553163 | 克隆:PK136 |
| 非必需氨基酸 | Gibco | 11140-050 | |
| ODN 1668 | InvivoGen | tlrl-1668 | |
| PBS | Gibco | 14190-144 | |
| RPMI-1640 | Gibco | 11875-093 | |
| 丙酮酸钠 | Gibco | 11360-070 | |
| Ter119 生物素标记 | eBioscience | 13-5921-82 | 克隆:Ter119 |
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