本方案描述了一种从健康人类供体尿液中分离尿液细胞外囊泡(uEVs)的方法,并通过流式细胞术检测其大小和表面标志物表达,对uEVs进行表型表征。
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本方案描述了一种从健康人类供体尿液中分离尿液细胞外囊泡(uEVs)的方法,并通过流式细胞术检测其大小和表面标志物表达,对uEVs进行表型表征。
细胞外囊泡(EVs)是由任何细胞类型在尿液等体液中分泌的具有异质性的脂质膜复合物。这些囊泡的大小各异,直径范围从外泌体的40-100 nm到微囊泡的100-1000 nm。它们还可携带多种分子,这些分子可作为多种疾病预后和诊断的生物标志物。目前已有多种技术用于表征这些囊泡,其中之一是流式细胞术。然而,尚无现有报道阐明如何在检测生物标志物的同时,对EVs的浓度进行定量并按大小进行区分。本研究旨在描述一种利用常规流式细胞仪(无需对其配置进行任何修改)对尿液来源的细胞外囊泡(uEVs)进行分离、定量和表型分析的操作流程。该方法的局限性包括每份样本最多只能标记四种不同的生物标志物,且受限于样本中EVs的数量。尽管存在这些局限性,通过本方案及其后续分析,我们能够获得更多关于肾脏和脑损伤相关疾病中尿液样本内EVs标志物富集程度及其囊泡丰度的信息。
在哺乳动物中,血液会循环通过肾脏250至300次以进行过滤,在此过程中形成尿液。这种生物液体的生成是一系列过程的结果,包括肾小球滤过、肾小管重吸收和分泌。尿液的主要成分为代谢废物和电解质。此外,其他副产物如肽类、功能蛋白以及细胞外囊泡(EVs)也会被排出1,2,3,4,5,6。最初,尿液中的细胞外囊泡(uEVs)是在患有水平衡障碍患者的尿样中被发现的。这些患者体内存在如水通道蛋白-2(AQP2)等分子,该蛋白随后被用作此类疾病的生物标志物7。随后多项研究聚焦于确定uEVs的细胞来源,指出这些结构可由肾脏细胞(如肾小球、足细胞等)以及其他内皮或白细胞谱系的细胞分泌。此外,uEVs的数量及其富集的分子可能与多种疾病和病理状态相关8,9,10,11,12,13,14。
总体而言,细胞外囊泡(EVs)是一类由脂质双分子层包被、通过被动或主动机制释放到不同体液中的高度异质性颗粒。根据其来源,EVs 可分为起源于内体的外泌体或源自质膜的微囊泡/微颗粒。然而,这种分类标准仅在直接观察到颗粒生物发生过程时才适用。因此,该领域多位研究人员已提出采用其他非简单的分类标准,包括物理特性、生化特性和细胞来源等15,16,17。根据所分析分离物的性质,建议采用不同的分析技术对 EVs 进行表征。例如,针对富集得到的大颗粒 EVs(≥100 nm)或小颗粒 EVs(≤100 nm),分别建议采用流式细胞术或纳米颗粒追踪分析进行定量18。
如今,细胞外囊泡(EVs)作为多种疾病的生物标志物已受到广泛关注,因此研究人员正在探索不同的来源。其中最有前景的来源之一是尿液,因其易于获取且具有非侵入性。因此,本方案描述了一种通过差速离心法分离尿液细胞外囊泡(uEVs),并使用荧光染料标记抗体进行处理,继而利用常规的双激光四色流式细胞仪进行下游分析的实验流程。
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人尿液样本取自已签署知情同意书的健康志愿者。上述操作均经墨西哥国家医学与营养科学研究所Salvador Zubirán研究伦理委员会批准。
1. 尿液细胞外囊泡的分离
注意:尿液细胞外囊泡(uEVs)的分离方案修改自参考文献19。图1展示了uEVs分离流程的示意图。

图1:尿液细胞外囊泡(uEVs)分离用于流式细胞术分析的总体流程。 本方案中,首先离心晨尿以去除细胞和碎片;然后进行离心并结合处理以去除THP蛋白,从而去除大囊泡;最后通过超速离心并进行一次洗涤,富集并获得uEVs。图中标注了用于WB验证的尿液组分保留步骤。请点击此处查看该图的放大版本。
2. 尿液细胞外囊泡(uEVs)的染色
注意:在对尿液细胞外囊泡(uEVs)进行染色和分析之前,必须至少执行一项MISEV201818推荐的方法,以验证uEVs的正确分离;此处以蛋白质印迹分析为例。图2展示了一种典型的uEVs染色方案。

图 2:尿源性细胞外囊泡(uEVs)染色及在流式细胞仪中捕获的总体流程。(A)uEVs 染色示意图。取 500,000 个 uEVs,加入抗体混合后于 4 °C 孵育 12 小时。随后加入 CFSE,并于 37 °C 孵育 10 分钟。uEVs 内部含有 CFSE,而抗体则结合于抗原表面。使用 400 µL 冷 PBS 重悬样本,并以低流速在流式细胞仪中捕获 100 µL 样本。(B)分析策略。第一个散点图(SSC-H 对 FL-X)显示 uEVs 的阴性对照,接着是显示 uEVs 经 CFSE 染色的散点图,最后是 uEVs 抗体染色的直方图(黑色线),灰色线表示阴性对照。请点击此处查看该图的放大版本。
| 试管 1. | Megamix FSC beads | |
| 试管 2. | PBS | |
| 试管 3. | PBS 加 CFSE | |
| 试管 4. | 问题 1 所有抗体的 PBS 溶液 | |
| 试管 5. | 问题 2 所有抗体的 PBS 溶液 | |
| 试管 6. | 自发荧光对照 | 未添加任何试剂的 uEVs,仅溶于 PBS 中。 |
| 试管 7. | #uEVs | 含 CFSE 的 uEVs |
| 试管 8. | 问题 1 | 含 CD37 FITC、CD53 PE、ADAM10 APC 的 uEVs |
| 试管 9. | 问题 2 | 含 CD9 FITC、TSPAN33 APC 的 uEVs |
表1:试管标记。 示例展示如何标记试管。前几支试管为所需的所有对照。含抗体-荧光染料的试管则根据染色方案而定。
3. 使用常规流式细胞仪获取尿液细胞外囊泡
注意:此处描述了流式细胞仪(见材料表)的使用说明。

图 3:Megamix FSC 微球的散点图。 散点图由流式细胞仪软件生成;在流式细胞仪中,图像将非常相似。(A)生成的第一个散点图用于选择微球,避免背景噪声(SSC-H 与 FL1-H)。(B)通过前一设门选择生成的散点图,显示微球的不同尺寸(SSC-H 与 FSC-H)。请点击此处查看此图的放大版本。
4. 使用流式细胞仪软件分析数据。
注意:本节描述了材料表中所示流式细胞仪软件的使用说明。图4展示了用于创建尺寸门控的工作区步骤。

图4:开始数据分析所需的所有步骤的工作区界面。所有图像均通过工作区截图生成。(A)左侧为添加样本数据后生成的工作区界面,右侧为选择第1管FSC微球后生成的点图。(B,C)显示对坐标轴的修改,设置为SSC-H和FSC-H。(D-F)逐步展示对两个坐标轴的自定义设置。(G-I)显示不同尺寸微球的选择与生成过程。请点击此处查看该图的放大版本。

图 5:用于分析所获数据的工作区。所有图像均通过工作区的屏幕截图生成。(A)对所有样本应用了尺寸门控后生成的工作区。(B)选择自体荧光管,点图显示尺寸门控,以及一个选定尺寸(0.1 µm)的直方图,使用该直方图确定每种荧光染料和尺寸的阳性门控。(C)针对每种荧光染料和尺寸设置了阳性门控后生成的工作区。(D)为样本生成的工作区(左侧)和布局编辑器(右侧)。在布局编辑器中显示了自体荧光管和FL1-H通道阳性管的直方图,以及如何打开属性面板对其进行修改。(E)该图像展示如何获取平均荧光强度值。(F)为三种不同荧光染料生成的直方图,展示了软件允许对统计信息进行的各种调整。请点击此处查看该图的放大版本。
5. 分析以获得每份样本中尿液细胞外囊泡(uEVs)的数量。
注意:图6展示了获取每份样本中uEV数量的操作步骤工作区。

图6:CFSE样本管的分析工作区。所有图像均通过工作区截图生成。(A)通过选择所有尺寸区域生成的工作区,左侧为总uEVs区域,右侧为显示所选门控的点图。(B)自体荧光管中CFSE阴性区域的SSC-H与FL1-H点图。(C)染色管中CFSE的SSC-H与FL1-H点图。(D)获得的统计表格图像,显示样本中uEVs的数量。请点击此处查看该图的放大版本。


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在整个实验流程中存在多个检查点,且均在对尿液细胞外囊泡(uEVs)染色之前。因此,首先必须验证uEVs提取物中所含的蛋白质量。所有从事细胞外囊泡研究的科研团队均会对蛋白进行定量,具体操作如步骤2.1所述。补充图2展示了一块典型的96孔板,其中4E、5E和6E孔含有uEVs组分。1A、2A和3A孔为空白对照,但如果未纯化到uEVs,则这些孔的颜色将与样品孔相近。
此步骤之后,需要验证uEVs的存在。补充图3展示了一块聚丙烯酰胺凝胶的代表性结果,该凝胶经考马斯亮蓝染色,用于显示所有收集组分中的蛋白质含量,并与其他分离uEVs的方法进行比较。在两种不同的还原剂——二硫苏糖醇(DTT)和β-巯基乙醇中,后者表现出更高的蛋白质得率。
另一个重要步骤是使用MISEV2018推荐的任一方法验证uEVs的存在。补充图4展示了在uEVs以及用作阴性对照的收集组分中,CD63和CD9等多种蛋白质富集的代表性结果。在uEVs组分中,未观察到这些蛋白...
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如今,细胞外囊泡作为多种疾病的生物标志物的应用日益增多,尤其是那些可从尿液等非侵入性来源分离的囊泡5,21,22,23,24。已有研究证实,尿液细胞外囊泡(uEVs)的分离对于了解健康个体的生理状态,以及多种疾病患者的诊断和预后评估具有重要意义6,13,16,25,26,27。本实验方案展示了如何获取uEVs,并通过流式细胞...
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作者声明,本研究是在不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的财务或商业关系的情况下进行的。
本工作由墨西哥国家科学技术委员会(CONACyT,项目号 A3-S-36875)和墨西哥国立自治大学-DGAPA-PAPIIT 项目(项目号 IN213020 和 IA202318)的资助支持。NH-I 获得了墨西哥国家科学技术委员会(CONACyT)第 587790 号奖学金的支持。
作者感谢 Leopoldo Flores-Romo†、Vianney Ortiz-Navarrete、Antony Boucard Jr 和 Diana Gómez-Martin 为本方案的实施提供的宝贵建议,并感谢所有健康个体提供的尿液样本。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| APC 抗人 CD156c(ADAM10)抗体 | BioLegend | 352706 | 加入5 µL 到 20 µPBS 中的 uEVs 升数 |
| APC抗人TSPAN33(BAAM)抗体 | BioLegend | 395406 | 加入5 µL 至 20 µPBS 中的 uEVs 升数 |
| Avanti 离心机配备 JA-25.5O 固定角转子 | Beckman Coulter | J-26S XPI | |
| BD Accuri C6 流式细胞仪 | BD 生物科学 | ||
| β-巯基乙醇 | SIGMA-Aldrich | M3148 | |
| 台式离心机配备 A-4-44 转子 | Eppendorf | 5804 | |
| BLUEstain 2 蛋白 Marker | GOLDBIO | P008 | |
| CD9 (C-4) 小鼠单克隆抗体 | Santa Cruz Biotechnology | sc-13118 | |
| CD63(MX-49.129.5)小鼠单克隆抗体 | Santa Cruz Biotechnology | sc-5275 | |
| 流式细胞术细胞增殖示踪CFSE试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | C34554 | |
| Chemidoc XRS+ 系统 | 伯乐(BIORAD) | 5837 | |
| FITC 抗人 CD9 抗体 | BioLegend | 312104 | 加入5 µL 到 20 µPBS 中的 uEVs 升数 |
| FITC 抗人 CD37 抗体 | BioLegend | 356304 | 加入5 µL 到 20 µPBS 中的 uEVs 升(L) |
| 荧光黄色颗粒 | Spherotech | FP-0252-2 | |
| 荧光黄色颗粒 | Spherotech | FP-0552-2 | |
| 荧光黄色颗粒 | Spherotech | FP-1552-2 | |
| FlowJo 软件 | Becton, Dickinson and Company | ||
| 山羊抗小鼠免疫球蛋白/HRP | Dako | P0447 | |
| 蛋白酶抑制剂混合物停止液 | 赛默飞世尔科技 | 78429 | |
| Immun-Blot PVDF 膜 0.22µm | BIORAD | 1620177 | |
| Megamix-Plus FSC 微球 | COSMO BIO CO.LTD | 7802 | |
| NuPAGE LDS 样品缓冲液 4X | 赛默飞世尔科技 | NP0007 | |
| Optima 超速离心机,配备 90Ti 固定角转子 355530 | 贝克曼库尔特 | XPN100 | |
| PageBlue 蛋白染色液 | 赛默飞世尔科技 | 24620 | |
| PE 抗人 CD53 抗体 | BioLegend | 325406 | 加入5 µL20 µPBS 中的 uEVs 升数 |
| Pierce BCA 蛋白检测试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | 23227 | |
| Pierce RIPA 裂解液 | 赛默飞世尔科技 | 89900 | |
| 聚碳酸酯厚壁离心管 | 贝克曼库尔特 | 355630 | |
| Spherotech 8峰校准微球(FL1-FL3) | BD Accuri | 653144 | |
| Spherotech 6峰校准微球(FL4) | BD Accuri | 653145 | |
| 蔗糖 | SIGMA-Aldrich | 59378 | |
| 三乙醇胺 | SIGMA-Aldrich | 90279 |
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