本文介绍了一种在HaCaT细胞系上联合使用五种细胞因子(IL-17A、IL-22、IL-1α、TNF-α、OSM)在转录水平建立体外银屑病样皮肤炎症模型的方法。
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本文介绍了一种在HaCaT细胞系上联合使用五种细胞因子(IL-17A、IL-22、IL-1α、TNF-α、OSM)在转录水平建立体外银屑病样皮肤炎症模型的方法。
银屑病是一种由先天性和适应性免疫系统介导的常见慢性炎症性皮肤病,其特征是表皮角质形成细胞的异常增殖与分化,以及炎性细胞的浸润。皮肤特异性的角质形成细胞是先天免疫的关键参与者,能够响应免疫细胞和外界刺激,从而在银屑病的免疫病理发生过程中发挥重要作用。本文介绍一种利用五种促炎细胞因子组合(M5组合)在转录水平上诱导HaCaT细胞系产生银屑病样角质形成细胞炎症的方法,该组合包括IL-17A、IL-22、IL-1α、TNF-α和抑癌蛋白M。结果显示,经M5组合处理的HaCaT细胞中抗菌肽(BD2、S100A7、S100A8和S100A9)、趋化因子及细胞因子(CXCL1、CXCL2、CXCL8、CCL20、IL-1β、IL-6和IL-18)的表达水平均升高。角质形成细胞分化标志物(Keratin1、Keratin10、Filaggrin和Loricrin)的mRNA水平则下调,这与来自银屑病样角质形成细胞的转录组数据一致。因此,本方法在体外建立了转录水平上的银屑病样皮肤炎症模型,有助于银屑病分子发病机制的研究。
银屑病是一种常见的非传染性慢性炎症性皮肤病,由免疫反应失调引发,主要影响构成表皮的角质形成细胞1,其特征是角质形成细胞异常快速增殖,并伴有角化过度和角化不全。全球约有3%的人口受此疾病影响2。该病还常伴随多种共病,进一步加重疾病负担,包括由该综合征引起的心血管疾病和代谢综合征3。
表皮由五层角质形成细胞构成,并随着分化过程发生形态学变化:从内到外依次为基底层、棘层、颗粒层、透明层(存在于手掌和脚底)以及角质层4。表皮分化的改变会导致皮肤屏障功能受损,这在皮肤炎症性疾病的发病机制中具有重要意义5,6,7,8。角质形成细胞在维持完整表皮屏障方面发挥关键作用,可防止水分流失以及抵御紫外线B照射、过敏原和病原体等环境刺激因素9。健康个体中,基底细胞增殖与角质层脱屑之间保持平衡;而包括银屑病在内的多种皮肤疾病则表现为这一复杂机制的失衡10。
除了形成屏障功能外,角质形成细胞也是皮肤免疫系统的关键组成部分。在银屑病的免疫致病机制中,皮肤常驻的1型辅助性T细胞(Th1)和17型辅助性T细胞(Th17)被激活,分别导致IFN-γ和IL-17A的产生增加。这些细胞因子可诱导角质形成细胞中趋化因子(CCL20,CXCL1/2/8/9/10/11)、抗菌肽(BD2,LL37,S100A7/8/9/12)及其他炎症因子(TNF-α,IL-6,IFN-β)的合成增加,从而招募更多的Th1细胞、Th17细胞和中性粒细胞进入皮肤,进一步放大IL-17/IL-23轴的作用11。角质形成细胞与免疫细胞之间的相互作用是银屑病发生和维持的原因11。
已有研究描述了银屑病中复杂的细胞因子网络,并强调了免疫细胞浸润产生的促炎性细胞因子(如 IL-23、IL-22、IL-17、IL-1α、抑癌蛋白 M(OSM)和 TNF-α)所起的核心作用12,13。事实上,既往研究表明,IL-17A、IL-22、IL-1α、TNF-α 和 OSM 水平的升高可在体外诱导正常人表皮角质形成细胞呈现银屑病样表型14。
与原代角质形成细胞相比,永生化角质形成细胞系(HaCaT)更易于获取和培养,且具有更好的可重复性,因此已被广泛用于银屑病的研究15,16,17,18,19,20。与人乳头瘤病毒16型E6/E7转化的HEK001和KerTr细胞不同,HaCaT细胞系能够表达分化相关的基因产物,包括Keratin1(KRT1)、Keratin10(KRT10)、Loricrin和filaggrin20,21,22,因而成为研究角蛋白化及促炎反应调控机制的一种接近原代角质形成细胞的理想工具。
KRT5/14 是增殖性基底角质形成细胞中主要表达的I型-II型角蛋白对,而表皮上层的分化角质形成细胞则下调 KRT5/14 的表达,并转而表达 KRT1/10 作为主要的角蛋白对23。与健康皮肤相比,银屑病皮损中角蛋白表达的变化包括 KRT1/10 表达降低24,25,以及银屑病表皮中 KRT5/14 表达升高26,这些变化特征表现为表皮过度增殖和角化不全27。兜甲蛋白(Loricrin)是一种终末分化结构蛋白,占角化包膜的70%以上,有助于维持角质层的保护屏障功能28,但在银屑病患者皮肤中其表达下调29。丝聚蛋白(Filaggrin)在角质形成细胞分化的最后阶段表达,参与类似支架结构的角化包膜的聚集30,在银屑病皮损皮肤中其表达减少29。
总体而言,我们的目标是利用细胞因子组合在HaCaT细胞中建立炎症性角质形成细胞模型,该模型能够协同模拟银屑病皮损的某些特征,包括启动免疫反应、角质形成细胞增殖与分化。
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在无菌条件下进行步骤1至3。所有培养基均含有0.1 mg/mL的青霉素和链霉素。
1. 细胞制备
2. 在6孔板中接种细胞
3. M5 对 HaCaT 细胞的刺激作用
4. 收获M5刺激的HaCaT细胞的mRNA
5. 通过实时 PCR 分析 mRNA 表达
6. 收集细胞培养上清用于ELISA
7. 采用ELISA法分析细胞因子表达
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M5联合刺激诱导HaCaT细胞的炎症反应。
HaCaT细胞经M5细胞因子组合刺激或不刺激处理24小时,检测与银屑病相关的基因mRNA表达水平,这些基因参与免疫和炎症趋化因子及抗菌肽的调控。与未处理的HaCaT细胞相比,经M5联合刺激的HaCaT细胞中,中性粒细胞趋化因子CXCL138、CXCL239、CXCL840以及T细胞趋化因子CCL2041,42的表达显著升高,且呈时间依赖性(图1A)。抗菌肽BD243、S100A7...
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本文描述了一种利用五种细胞因子组合(IL-17A、IL-22、IL-1α、TNF-α、OSM)作用于HaCaT细胞系,以在转录水平上建立体外类银屑病皮肤炎症谱的方法。该方案可适用于研究基因在银屑病发病机制中的作用,以及用于银屑病治疗药物的筛选。近期研究表明,病变皮肤中产生IL-17A和IL-22的CD8 T细胞过度表达,提示其参与了银屑病的发病过程61。IL-1α、IL-22和IL-17A可在动物模型中诱导皮肤炎症62,63,64,65。某些细胞因子能够诱导与抗菌肽产生相关的特异性表达模式,例如IL-17和IL-2266,或与先天免疫反应相关,例如IL-17、IL-1α和TNF-α11,
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作者声明无潜在利益冲突。
本工作受到国家自然科学基金 [81703132、31271483、81472650、81673061、81573050、31872739 和 81601462] 的资助
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| DMEM—达尔伯克改良伊格尔培养基 | Gibco | 11965092 | |
| 胎牛血清 | Gibco | 10100139C | |
| HaCaT 细胞 | 中国典型培养物保藏中心 | GDC0106 | 传代次数少于 15 代 |
| 人 IL-1β ELISA 试剂盒 | Beyotime | PI305 | |
| 人 IL-6 ELISA 试剂盒 | Beyotime | PI330 | |
| 人 IL-8 ELISA 试剂盒 | Beyotime | PI640 | |
| IL-1 alpha 人源 | Prospec | CYT-253 | 重组蛋白 |
| IL-17 人源 | Prospec | CYT-250 | 重组蛋白 |
| IL-22 人源 | Prospec | CYT-328 | 重组蛋白 |
| OSM 人源 | Prospec | CYT-231 | 重组蛋白 |
| PBS | Gibco | 10010049 | pH 7.4 |
| 青霉素-链霉素 | Gibco | 15140163 | |
| PrimeScrip 反转录试剂盒 | TAKARA | RR047A | |
| TB Green Premix Ex Taq | TAKARA | RR420A | |
| TNF alpha 人源 | Prospec | CYT-223 | 重组蛋白 |
| TRIzo 试剂 | Invitrogen | 15596018 | |
| 胰蛋白酶-EDTA (0.25%),含酚红 | Gibco | 25200072 |
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