本文介绍了两种优化的实验方案,用于分析中枢神经系统(包括脑、脊髓和脑膜)中的常驻免疫细胞及外周来源的免疫细胞。这些方案有助于确定在稳态和炎症条件下定位于这些解剖区域的细胞的功能与组成。
方法文章
本文介绍了两种优化的实验方案,用于分析中枢神经系统(包括脑、脊髓和脑膜)中的常驻免疫细胞及外周来源的免疫细胞。这些方案有助于确定在稳态和炎症条件下定位于这些解剖区域的细胞的功能与组成。
中枢神经系统(CNS)由脑和脊髓组成,其外层被脑膜包裹。脑膜是一层膜状结构,作为外周与中枢神经系统之间的屏障。中枢神经系统是一个具有免疫特殊性的部位,在稳态条件下,免疫豁免特性在CNS实质中尤为明显。相比之下,脑膜中则含有多种常驻细胞,包括固有免疫细胞和适应性免疫细胞。在由中枢神经系统损伤、自身免疫、感染甚至神经退行性病变所引发的炎症状态下,外周来源的免疫细胞可能进入实质,并定植于脑膜中。这些细胞被认为在中枢神经系统疾病的发生过程中发挥着有益和有害的双重作用。尽管已有上述认识,但在分析中枢神经系统区室时,脑膜常常被忽视,因为传统的中枢神经系统组织提取方法通常忽略了脑膜层。本实验方案提供了两种不同的方法,用于快速分离小鼠中枢神经系统组织(即脑、脊髓和脑膜),适用于后续的单细胞技术、免疫组织化学以及原位杂交等分析方法。所述方法可实现对中枢神经系统组织的全面分析,适用于评估在稳态条件及疾病发生过程中占据中枢神经系统区室的细胞的表型、功能和定位。
中枢神经系统(CNS)是一个具有免疫特殊性的部位。传统上认为,CNS 实质(不包括脑脊液空间、脑膜和脉管系统)属于免疫豁免部位1,2,3,4,5,在稳态条件下其免疫细胞相对匮乏2,6,7。相比之下,由硬脑膜、蛛网膜和软脑膜组成的脑膜是 CNS 区室的关键组成部分,在疾病发生过程中的稳态免疫监视和炎症反应中发挥重要作用3,6,7,8。在稳态条件下,脑膜中存在大量免疫哨兵细胞,包括固有淋巴样细胞(ILC)、巨噬细胞、树突状细胞(DC)、肥大细胞、T 细胞,以及少量的 B 细胞9,10,11。
脑膜是高度血管化的结构,含有淋巴管,为中枢神经系统(CNS)与其周围组织之间提供了淋巴连接8,12,13,14。在由中枢神经系统损伤、感染、自身免疫或甚至神经退行性病变所引发的炎症状态下,外周来源的免疫细胞会浸润实质组织,并改变脑膜内的免疫环境。在细胞浸润之后,脑膜可能成为外周来源免疫细胞的功能性生态位,促进免疫细胞的聚集、局部免疫细胞的活化以及在中枢神经系统区域的长期存活。明显的脑膜炎症可见于多种影响中枢神经系统的疾病中,包括多发性硬化症(MS)15,16,17,18,19、脑卒中20,21、无菌性损伤22,23(例如脊髓损伤和创伤性脑损伤)、偏头痛24以及微生物感染25,26,27,28,29。因此,对脑膜区室中常驻细胞及外周来源免疫细胞的特征进行表征,对于理解这些细胞在稳态条件和疾病发生过程中的作用至关重要。
从颅骨和椎体中提取脑、脊髓及脑膜在技术上具有挑战性且耗时较长。目前尚无能够快速完整保留三层脑膜的情况下提取脑组织的技术。虽然椎板切除术可以获得良好的脊髓组织形态并保留脑膜层,但该方法极为耗时且操作复杂30,31。相比之下,更传统的提取方法,如直接从颅腔中取出脑组织或采用液压法挤出脊髓,虽可实现中枢神经系统(CNS)组织的快速提取,但这些方法均会导致蛛网膜和硬脑膜的丢失30,31。在常规脑和脊髓组织分离过程中遗漏硬脑膜和蛛网膜,将导致对中枢神经系统腔室内细胞的分析不完整。因此,开发专注于快速提取并完整保留脑膜的中枢神经系统组织的新技术,对于全面分析中枢神经系统腔室至关重要。
本论文介绍了两种快速提取小鼠脑、脊髓和脑膜的方法,有助于对中枢神经系统实质和脑膜中的常驻细胞及外周来源的免疫细胞进行后续分析。这些优化的实验方案主要聚焦于:1)制备用于下游分析的单细胞悬液;2)组织样本的组织学处理前准备。从脑、脊髓组织以及硬脑膜和蛛网膜脑膜32中获得单细胞悬液,可实现对实质和脑膜区室中细胞的同步分析。单细胞悬液可用于多种应用,包括细胞培养实验以进行体外刺激33、酶联免疫斑点(ELISpot)28,34,35、流式细胞术36,33,以及单细胞37或群体转录组学分析。此外,针对保留颅骨或椎体的完整脑和脊髓组织所优化的脱钙方案,可温和地去除周围骨组织,同时保持脑膜完整并保存组织形态结构。该方法可用于在实质和脑膜区域中,通过免疫组织化学(IHC)或原位杂交(ISH)技术选择性地鉴定蛋白质或RNA的表达。对中枢神经系统内常驻细胞及外周来源免疫细胞的表型、活化状态及其定位特征进行表征,可能为理解中枢神经系统各细胞类型在稳态维持和疾病发生机制中的作用提供关键信息。
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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照护与使用委员会(IACUC)审查并批准的方案。
1. 脑和脊髓样本的脱钙处理
2. 用于流式细胞术染色的脑膜和中枢神经系统组织的制备
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本代表性实验旨在定量分析B细胞和T细胞,并描述在稳态条件下以及小鼠进行性多发性硬化模型(即TMEV-IDD)中,脑膜和实质中枢神经系统区室中B细胞和T细胞的定位。TMEV-IDD模型通过向5周龄雌性SJL小鼠颅内接种5 × 106斑块形成单位(PFU)的TMEV BeAn病毒诱导,具体方法如先前所述29。
本研究在感染后第120天评估了慢性TMEV-IDD期间脑膜、脑和脊髓中的B细胞和T细胞。以年龄匹配的假手术处理小鼠作为对照。研究包括两个实验:第一个实验旨在获取单细胞悬液,用于流式细胞术分析——这是一种通过检测细胞表面和/或细胞内抗原来分析和定量细胞组成的成熟技术(假手术组n = 4;TMEV-IDD组n = 5);第二个实验则利用脱钙处理的脑和脊髓组织进行免疫组织化学染色,以描述B细胞和T细胞在中枢神经系统(CNS)中的定位分布(假手术组n = 3;TMEV-IDD组n = 8)。
在分离了TMEV-IDD小鼠和假手术处理小鼠的脑、脊髓以及合并的脑膜(脑...
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在稳态和疾病状态下评估中枢神经系统(CNS)区室中细胞组成的多种方法,对于理解CNS的生理与病理状态至关重要。然而,尽管脑膜在CNS中发挥着重要的屏障作用,并容纳了多种多样的免疫细胞,但由于许多传统的脑和脊髓组织提取方法无法保留这些膜结构,脑膜常常被排除在分析之外。这种遗漏严重限制了我们对脑膜细胞组成及其在稳态与炎症条件下功能的认知进展。近期研究表明,存在于脑膜区室中的常驻免疫细胞以及外周来源的免疫细胞,在维持CNS稳态以及驱动CNS疾病发病机制中均发挥着关键作用。这些研究强调了不仅需要分析实质区室,还必须同时分析周围脑膜层的重要性。本文所述的实验方案可实现脑和脊髓的快速分离,同时完整保留脑膜,从而最终能够利用组织学和单细胞分析技术对CNS区室进行全面的下游分析。代表性结果聚焦于评估CNS区室中的免疫细胞;然而,该方案也可根据需要调整,用于分析小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元、周细胞、内皮细胞或其他CNS常驻细胞。
所述方法中的关键步骤是组织的精细提取,这对于从脑、脊髓和脑膜中分离出纯净的单细胞悬液,以及获取带有完整颅骨或脊柱的中枢神经系统组织至关重要,后者可实现高质量的组织形态学...
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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 |
|---|---|---|---|
| 铝箔 | 任意 | N/A | |
| 牛血清白蛋白 | ThermoFisher Scientific | 37002D | |
| 离心机 | Beckman Coulter | Allegra X-12R 离心机 | |
| 胶原酶 I | Worthington | LS004196 | |
| 锥形管,15 mL | VWR | 525-1069 | |
| 锥形管,50 mL | VWR | 89039-658 | |
| 盖玻片 | Hauser Scientific | 5000 | |
| 冷冻模具 | VWR | 18000-128 | |
| 弯头镊子 | Fine Science Tools | 11003-14 | |
| 一次性聚苯乙烯管,14 mL | Fisher Scientific | 14-959-1B | |
| 一次性手术刀 | Fisher Scientific | NC0595256 | |
| 脱氧核糖核酸酶 I | Worthington | LS002139 | |
| 干冰 | Airgas | N/A | |
| Durmont #7 镊子 | Fine Science Tools | 11271-30 | |
| 乙二胺四乙酸二钠盐二水合物 | Amresco | 0105-500g | |
| 乙醇,100% | 任意 | N/A | |
| 胎牛血清(FBS) | Hyclone | SH30910.03 | |
| 带滤膜顶端的管,5 mL | VWR | 352235 | |
| 可固定的活力染料 780 | Becton Dickinson | 565388 | |
| 流式细胞仪 | Beckman Coulter | Gallios | |
| 葡萄糖 | Fisher Chemical | D16-500 | |
| 山羊抗小鼠 IgG(488 标记) | Jackson Immunoresearch | 115-546-146 | |
| 山羊抗小鼠 IgG(594 标记) | Jackson Immunoresearch | 115-586-146 | |
| 山羊抗兔 IgG 488 | Jackson Immunoresearch | 111-545-144 | |
| 山羊抗大鼠 594 | Jackson Immunoresearch | 112-585-167 | |
| 山羊抗大鼠 650 | Jackson Immunoresearch | 112-605-167 | |
| Hank's 平衡盐溶液(HBSS) | Corning | 21-020-CV | |
| 血细胞计数板 | Andwin Scientific | 02-671-51B | |
| 止血钳 | Fine Science Tools | 13004-14 | |
| HEPES(N-2-羟乙基哌嗪-N-2-乙磺酸) | ThermoFisher Scientific | 15630080 | |
| KCl | Fisher Chemical | BP366-500 | |
| KH2PO4(无水) | Sigma Aldrich | P5655-100G | |
| 液氮 | Airgas | N/A | |
| 小鼠 FC 封闭剂(CD16/32) | Becton Dickinson | 553141 | |
| Na2HP04(无水) | Fisher Chemical | S374-500 | |
| NaCl | Fisher Chemical | S671-500 | |
| 针头,25 号 | Becton Dickinson | 305122 | |
| 正常小鼠血清 | ThermoFisher Scientific | 31881 | |
| 尼龙网筛 | VWR | 352350 | |
| OCT 包埋剂 | Sakura | 4583 | |
| 多聚甲醛,20% | Electron Microscopy Sciences | 15713-S | 用 1× PBS 稀释至 4% |
| 巴斯德吸管,9 英寸,未堵塞 | Fisher Scientific | 13-678-20C | |
| PBS(1×) | Corning | 21-040-CV | |
| PE 标记大鼠抗小鼠 CD4 | Becton Dickinson | 553730 | |
| PE-CF594 标记大鼠抗小鼠 CD19 | Becton Dickinson | 562329 | |
| Percoll 密度梯度介质 | GE Healthcare | 17-0891-01 | |
| PerCP-Cy5.5 标记大鼠抗小鼠 CD45 | Becton Dickinson | 550994 | |
| 培养皿,100 mm | VWR | 353003 | |
| pH 计 | Fisher Scientific | 13-636-AB150 | |
| 移液器辅助器 | Drummond Scientific Corporation | 4-000-101 | |
| 移液器,200 µl | Gilson | FA10005M | |
| 移液器吸头,1 mL | USA Scientific | 1111-2831 | |
| 移液器吸头,200 µl | USA Scientific | 1111-1816 | |
| 移液器,1 mL | Gilson | FA10006M | |
| 含 DAPI 的 Prolong Diamond 封片剂 | ThermoFisher Scientific | P36962 | |
| 纯化大鼠抗小鼠 CD16/CD32 | Becton Dickinson | 553141 | |
| 兔抗小鼠 CD3(SP7 克隆) | Abcam | ab16669 | |
| 兔抗小鼠层粘连蛋白 | Abcam | ab11575 | |
| 大鼠抗小鼠 ERT-R7 | Abcam | ab51824 | |
| RPMI 1640 | Corning | 10-040-CV | |
| 血清移液管,1 mL | VWR | 357521 | |
| 血清移液管,10 mL | VWR | 357551 | |
| 血清移液管,5 mL | VWR | 357543 | |
| 氢氧化钠 | Fisher Scientific | S318-100 | |
| 蔗糖 | Fisher Chemical | S5-500 | |
| 手术剪刀 | Fine Science Tools | 14001-16 | |
| 手术剪刀,超精细 | Roboz | RS-5882 | |
| 注射器,10 mL | Becton Dickinson | 302995 | |
| 注射器,5 mL | Becton Dickinson | 309646 | |
| 台盼蓝 | Gibco | 15250-061 | |
| 真空过滤系统 | Millipore | 20207749 | |
| 真空瓶 | Thomas Scientific | 5340-2L | |
| 真空在线过滤器 | Pall Corporation | 4402 | |
| 真空管线 | Cole Palmer | EW-06414-20 | |
| 水浴锅 | ThermoFisher Scientific | Versa bath |
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