本文介绍了对轮廓乳头、叶状乳头和腭部味蕾进行组织制备、染色及分析的方法,这些方法能够稳定地获得完整且结构完好的全器官味蕾(包括支配味蕾的神经纤维),并维持味蕾内部各结构之间以及味蕾与周围乳头组织之间的空间关系。
方法文章
本文介绍了对轮廓乳头、叶状乳头和腭部味蕾进行组织制备、染色及分析的方法,这些方法能够稳定地获得完整且结构完好的全器官味蕾(包括支配味蕾的神经纤维),并维持味蕾内部各结构之间以及味蕾与周围乳头组织之间的空间关系。
味蕾是由一系列特化的味觉转导细胞组成的结构,专门用于检测口腔内特定类别的化学刺激。这些转导细胞与神经纤维相连接,将信息传递至大脑。由于味觉转导细胞在整个成年期持续死亡并被更新,味蕾所处的微环境既复杂又动态,因此需要对其中的细胞类型、空间定位以及细胞间的物理关系进行细致分析。然而,舌组织的高度异质性和致密性严重限制了抗体的渗透,使得此类分析受到制约。这些技术障碍迫使研究者采用切片方法,导致味蕾被分割在不同切片中,从而使测量结果仅为近似值,且细胞间的空间关系丢失。为克服上述挑战,本文所述方法包括从三个味觉区域——菌状乳头、轮廓乳头和腭部——完整采集、成像并分析整个味蕾及单个终末树突结构。完整采集味蕾可减少偏差和技术变异性,可用于精确报告多种特征的绝对数值,包括味蕾体积、味蕾总支配神经量、转导细胞数量以及单个终末树突的形态学特征。为展示该方法的优势,本文利用通用的味蕾标记物及全味觉纤维标记物,比较了菌状乳头与轮廓乳头中味蕾及其神经支配的体积差异。此外,还提供了一种稀疏细胞遗传标记技术的工作流程,用于标记部分味觉神经元(同时标记特定亚群的味觉转导细胞)。该工作流程借助图像分析软件,分析单个味觉神经树突的结构、细胞类型的数量以及细胞之间的物理关系。上述方法共同构成了一种全新的组织制备与分析策略,可用于研究完整的味蕾结构及其支配神经树突的全部形态特征。
味蕾是由50至100个特化的上皮细胞组成的结构,能够结合存在于口腔中的特定化学味觉刺激物。通常认为,味觉转导细胞可分为不同类型1,2,3,4,5,6,7,8,9,最初分类依据为电子显微镜下的形态特征,之后这些类型被与分子标记物相关联。II型细胞表达磷脂酶C-β2(PLCβ2)2和瞬时受体电位阳离子通道M亚家族成员51,包括负责转导甜味、苦味和鲜味的细胞1,10。III型细胞表达碳酸酐酶4(Car4)11和突触小泡相关蛋白258,主要响应酸味刺激11。介导咸味的细胞尚未被明确界定12,13,14,但可能涉及I型、II型 和III型细胞15,16,17,18,19。由于味觉转导细胞在整个成年期持续更新,并由基底祖细胞不断替代,因此味蕾所处的微环境复杂且动态变化3,20,21。这些味觉转导细胞与来自膝状神经节和岩神经节的假单极神经纤维相连接,将味觉信息传递至脑干。这些神经元以往主要根据其所传递的味觉信息类型进行分类22,23,因为关于其形态学特征的信息直到最近才逐渐明确24。II型细胞通过钙稳态调节蛋白1离子通道与神经纤维通信25,而III型细胞则通过经典突触进行通信8,26。对味蕾细胞的进一步表征——包括转导细胞类型的谱系、影响其分化的因素以及连接神经树突的结构——目前仍是活跃的研究领域。
味蕾研究受到若干技术挑战的阻碍。构成舌头的异质且致密的组织显著降低了免疫组织化学中抗体的通透性27,28,29。这些障碍使得必须采用切片方案,导致味蕾被分割在不同切片中,因此测量值只能基于代表性切片进行估算,或通过多个切片的数据累加获得。以往,代表性薄切片曾被用于估算体积值和转导细胞数量30。连续厚切片则允许对所有味蕾切片进行成像,并将各切片的测量结果相加31。然而,切割较厚切片并仅选择完整味蕾的做法会使取样偏向于较小的味蕾32,33,34。来自切片味蕾的神经支配估算通常基于像素数量分析13,35,甚至在某些情况下并未进行量化36,37,38。这些测量方法完全忽略了单个神经树突的结构和数量,因为树突通常被切开且标记效果较差。最后,尽管剥离上皮层确实可使整个味蕾被染色39,40,但该方法同时会去除味蕾的神经纤维,并可能破坏细胞之间的正常关系。因此,由于染色方法本身造成的干扰,对味蕾内部结构关系的研究受到了限制。
整体结构采集消除了对代表性切片的需求,能够对体积、细胞数量和结构形态进行绝对值测量41。该方法还可提高准确性、减少偏差并降低技术变异性。最后一点尤为重要,因为味蕾在个体内部34,42以及不同区域之间43,44均表现出显著的生物学变异,而整体味蕾分析可实现对照条件与实验条件下绝对细胞数量的比较。此外,完整采集味蕾的能力使得分析不同感受细胞之间及其相关神经纤维之间的物理关系成为可能。由于味觉感受细胞之间可能存在相互通讯45,并且确实会与神经纤维进行通讯46,这些关系对于正常功能至关重要。因此,功能丧失可能并非由细胞丢失引起,而是源于细胞间关系的改变。本文提供了一种采集完整味蕾的方法,以实现绝对测量的优势,从而优化对味蕾及其神经支配的体积分析、味觉细胞的数量与形态分析,并促进对感受细胞间关系以及神经分支形态的分析。在此新型整体组织制备方法的基础上,还提供了两种后续工作流程:1)用于分析味蕾体积及总神经支配;2)用于稀疏细胞遗传标记味觉神经元(部分味觉感受细胞被标记),并进一步分析味觉神经分支的形态、味觉细胞类型的数量及其形态,并利用图像分析软件分析感受细胞之间的物理关系以及感受细胞与其神经分支之间的物理关系。上述工作流程共同为组织制备以及完整味蕾及其支配神经分支的完整形态分析提供了全新的方法。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
注意:所有动物的饲养和护理均遵循美国卫生与公共服务部发布的《实验动物人道护理和使用政策》以及《美国国立卫生研究院实验动物护理和使用指南》中的规定。Phox2b-Cre 小鼠(MMRRC 品系 034613-UCD,NP91Gsat/Mmcd)或 TrkBCreER 小鼠(Ntrk2tm3.1(cre/ERT2)Ddg)与 tdTomato 报告基因小鼠(Ai14)进行杂交。AdvillinCreER47 与 Phox2b-flpo48 及 Ai65 小鼠进行杂交。对于 5-乙炔基-2′-脱氧尿苷(EdU)注射,EdU 的配制和剂量计算参照 Perea-Martinez 等人49 的方法进行。
1. 材料准备
2. 组织制备
3. 免疫组织化学染色
4. 共聚焦成像与去卷积
5. 图像分析
6. 神经元树突重建与绝对细胞数量定量
7. 细胞数量定量
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
利用抗dsRed和角蛋白-8(一种通用的味蕾标记物)抗体对舌上皮进行染色,可在Phox2b-Cre:tdTomato小鼠中同时标记完整的味蕾及其全部味蕾神经支配50,51(图3A)。从味蕾的孔部至基底部进行成像,获得了最高分辨率的x-y平面图像(图3A、B)。使用基于像素的成像程序中的轮廓功能,在每一张切片中标记出味蕾的外围边界(图3B),然后生成一个代表味蕾体积的表面(图3C)。仅在该表面范围内对与味蕾标记相关的荧光信号进行掩膜(或复制),从而创建一个新的通道,该通道仅包含此荧光信号,并消除了可能遮挡味蕾的乳头染色背景(图3D)。对味蕾内部的神经纤维荧光信号进行掩膜处理(
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
建立一种从口腔内三个味觉区域(菌状乳头、轮廓乳头和腭部)持续采集并染色完整味蕾的方法,显著改进了对味觉转导细胞的分析、新整合细胞的追踪、神经支配情况以及这些结构之间关系的研究。此外,该方法有助于定位潜在的次级神经元标志物,无论其位于标记细胞群内部或外部50。这一点尤为重要,因为味觉乳头同时还接受强烈的躯体感觉神经支配52,53,这可能导致部分味觉神经元也被标记。含有味蕾的乳头也可使用较低倍率进行成像,从而能够观察整个乳头及其味蕾的神经支配情况,并可独立分析穿透味蕾的神经纤维与周围神经纤维的分布。
皮肤中的躯体感觉神经末梢可根据其在毛囊周围的排列方式以及与其他上皮成分的关系进行区分;对味觉乳头进行类似的平行分析,可能获得相似的特征描述54,55。建立味蕾和乳头内部结构及其组成的正常基础,将为阐明外周味觉功...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
感谢Kavisca Kuruparanantha在轮廓乳头味蕾组织染色及成像方面的贡献,Jennifer Xu在乳头神经支配染色与成像方面的工作,Kaytee Horn在动物饲养和基因分型方面的协助,以及Liqun Ma在软腭味蕾组织染色中的工作。本项目得到了R21 DC014857和R01 DC007176(资助对象:R.F.K.)以及F31 DC017660(资助对象:L.O.)的资助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2,2,2-三溴乙醇 | ACROS Organics | AC421430100 | |
| 2-甲基丁烷 | ACROS | 126470025 | |
| AffiniPure Fab 片段驴抗兔 IgG | Jackson ImmunoResearch | 711-007-003 | 15.5μL/mL |
| Alexa Fluor® 647 AffiniPure 驴抗大鼠 IgG | Jackson Immuno Research | 712-605-150 | (1:500) |
| AutoQuant X3 软件 | Media Cybernetics | ||
| 钝头镊子 | Fine Science Tools | FST 91100-12 | |
| Click-iT™ Plus EdU 细胞增殖检测试剂盒 | Molecular Probes | C10637 | 遵循试剂盒说明书 |
| 盖玻片 | Marienfeld | 107242 | |
| 细胞角蛋白-8 | 发育研究杂交瘤库 (DSHB), (RRID: AB_531826) | Troma1 上清液 | (1:50,4°C 保存) |
| 解剖剪刀(粗齿) | Roboz | RS-5619 | |
| 解剖剪刀(细齿) | Moria | MC19B | |
| 驴抗兔 IgG (H+L) 高度交叉吸附二抗,Alexa Fluor 488 标记 | ThermoFisher Scientific | A21206 | (1:500) |
| 驴抗兔,Alexa Fluor® 555 标记 | ThermoFisher Scientific | A31572 | (1:500) |
| DyLight™ 405 AffiniPure Fab 片段牛抗山羊 IgG | Jackson Immuno Research | 805-477-008 | (1:500) |
| Fluoromount G | Southern Biotech | 0100-01 | |
| 载玻片 | Fisher Scientific (Superfrost Plus 显微载玻片) | 12-550-15 | |
| 山羊抗 Car4 | R&D Systems | AF2414 | (1:500) |
| Imaris | Bitplane | 基于像素的图像分析软件 | |
| Neurolucida 360 + Explorer | MBF Biosciences | 基于三维矢量的图像分析软件 | |
| 正常驴血清 | Jackson Immuno Research | 017-000-121 | |
| 正常兔血清 | Equitech-Bio, Inc | SR30 | |
| Olympus FV1000 | (多氩离子激光器,波长为 458、488、515,以及额外的 HeNe 激光器,发射波长为 543 和 633) | ||
| 多聚甲醛 | EMD | PX0055-3 | 0.1M 磷酸盐缓冲液中 4% |
| 兔抗 dsRed | Living Colors DsRed 多克隆抗体;Clontech Clontech Laboratories, Inc. (632496) | 632496 | (1:500) |
| 兔抗 PLCβ2 | Santa Cruz Biotechnology | Cat# sc-206 | (1:500) |
| 无水磷酸氢二钠 | Fisher Scientific | BP332-500 | |
| 磷酸二氢钠 | Fisher Scientific | BP330-500 | |
| 叔戊醇 | Aldrich Chemical Company | 8.06193 | |
| 组织包埋模具 | Electron Microscopy Sciences | 70180 | |
| Tissue-Tek® O.C.T. 包埋剂 | Sakura | 4583 | |
| 吐温 X-100 | BIO-RAD | #161-0407 | |
| Zenon™ Alexa Fluor™ 555 兔 IgG 标记试剂盒 | ThermoFisher Scientific | Z25305 | 遵循试剂盒说明书 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可