Haemophilus influenzae 可诱导呼吸道炎症。本文将重点介绍如何利用流式细胞术和共聚焦显微镜来界定吞噬细胞和淋巴细胞对该细菌的免疫应答。
Haemophilus influenzae 可诱导呼吸道炎症。本文将重点介绍如何利用流式细胞术和共聚焦显微镜来界定吞噬细胞和淋巴细胞对该细菌的免疫应答。
Haemophilus influenzae(Hi)是一种常见于多种呼吸系统疾病中的细菌。可采用多种不同的检测方法或技术来评估呼吸道对该细菌的免疫和炎症反应。流式细胞术和共聚焦显微镜是基于荧光的技术,能够对生物学反应进行详细表征。 可用于实验的Hi抗原形式多样,包括细胞壁组分、灭活或失活的菌体制剂以及活菌。Hi是一种营养要求较高的细菌,需要富集培养基,但在标准实验室条件下通常易于培养。用于Hi刺激的组织样本可来源于外周血、支气管镜检查或切除的肺组织(例如接受肺癌手术治疗的患者)。利用流式细胞术可全面评估巨噬细胞和中性粒细胞的功能,检测参数包括吞噬作用、活性氧物质生成以及细胞内细胞因子的产生。淋巴细胞功能(如T细胞和NK细胞功能)也可通过流式细胞术进行特异性评估,主要检测其细胞内细胞因子的产生情况。Hi感染可强烈诱导中性粒细胞(NETs)和巨噬细胞(METs)产生胞外诱捕网。共聚焦显微镜被认为是评估NET和MET表达的最理想方法,也可用于检测蛋白酶活性。针对Haemophilus influenzae的肺部免疫反应可通过流式细胞术和共聚焦显微镜进行评估。
Haemophilus influenzae(流感嗜血杆菌,Hi)是一种常见的共生细菌,存在于大多数健康成年人的咽部。Hi 可能具有多糖荚膜(分为 A-F 型,例如 B 型或 HiB),也可能无荚膜,称为非分型流感嗜血杆菌(NTHi)1。该细菌在黏膜上的定植始于儿童早期,并且定植的菌株会不断更替2。此细菌还能够侵入上、下呼吸道;在此过程中,可能引发免疫反应的激活和炎症反应3,4。这种炎症反应可导致临床疾病,并参与多种重要呼吸道疾病的发生,包括鼻窦炎、中耳炎、支气管炎、囊性纤维化、肺炎和慢性阻塞性肺疾病(COPD)。其中大多数疾病由 NTHi 菌株引起2。本文将介绍利用流式细胞术和共聚焦显微镜评估呼吸道对 Hi 免疫反应的方法。
以下所述方法改编自已建立的成熟技术,并经过修改以评估对Hi的炎症反应。选择适当的Hi抗原形式是该评估的关键部分。抗原制备物的范围可从细胞壁组分到活细菌。为了建立并标准化检测方法,最初使用外周血样本可能非常有帮助。
流式细胞术能够从单个样本中在细胞水平上测量多种参数和进行功能检测。与酶联免疫吸附试验(ELISA)或ELISpot等其他较为通用的方法相比,该技术的优势在于可以评估特定的细胞反应(例如活性氧(ROS)的产生或细胞内细胞因子的生成)。
中性粒细胞(NETs)5,6,7以及其他细胞(如巨噬细胞,METs)8均可表达细胞外陷阱。这类结构 increasingly 被认为是炎症反应的关键组成部分,尤其是在肺部感染中9。可通过共聚焦荧光显微镜对其进行检测。该技术可明确鉴定NETs/METs,并将其表达与其他形式的细胞死亡区分开来6。
流式细胞术和共聚焦显微镜均为基于荧光的检测方法。其成功应用依赖于生物样本的最佳染色方案。这些技术需要一定时间学习,并要求具备适当的指导专业知识。所涉及的仪器在购置和运行上均较为昂贵。其最佳应用环境包括主要的综合性大学和三级转诊医院。
本方案中所使用的方法可适用于研究其他参与呼吸道疾病的类似生物体(例如,Moxarella catarrhalis 和 Streptococcus pneumoniae)。NTHi 还会与其他常见的呼吸道细菌发生相互作用10。
本研究已获得莫纳什医疗人类研究伦理委员会的批准。本方案遵循人类研究伦理委员会的指导原则。
1. 抗原制备
注意:可使用三种不同的抗原制剂来评估针对流感嗜血杆菌(Hi)的免疫反应。这些制剂分别为:1)亚细胞组分(通常来自细菌细胞壁);2)灭活的死菌;3)活菌。在开始任何实验之前,需确定每种抗原制剂的用途。
2. 通过流式细胞术评估吞噬功能
注意:该检测需要溶液中的细胞,通常使用全血或支气管肺泡灌洗液进行。本实验方法改编自先前发表的方案,原方案基于灭活的Staphylococcus aureus制剂和Pansorbin17的使用。本方法中以灭活的全血和固定的H. influenzae替代Pansorbin17。
3. 外周血淋巴细胞功能的评估
4. 肺组织中淋巴细胞功能/炎症介质的评估
5. 通过共聚焦显微镜评估肺组织蛋白水解
注意:荧光共聚焦显微镜是流式细胞术的补充技术,可用于评估蛋白酶和活性氧(ROS)介导的炎症反应。中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)和单核细胞胞外诱捕网(METs)等胞外陷阱由细胞外染色质(DNA)及其他炎症介质组成,特别是中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)和基质金属蛋白酶(MMP)。可通过共聚焦显微镜检测支气管肺泡灌洗液(BAL)和肺组织中的这些结构,Sharma, R. 等人此前已有相关描述21。
代表性结果展示了如何通过流式细胞术和共聚焦显微镜评估/定量NTHi诱导的炎症免疫反应。结果解读的关键在于比较对照样本与刺激样本之间的荧光强度差异。通常需要进行多次预实验以优化样本染色条件。可同时检测的不同荧光颜色数量取决于流式细胞仪/共聚焦显微镜所配备的通道数目。本文展示了以下三项检测的结果:1)活性氧(ROS)的产生;2)人肺组织中细胞内细胞因子的染色;3)原位酶谱法(in situ zymography)检测肺组织蛋白水解活性。
图1展示了单核细胞产生活性氧(ROS)的示意图。ROS的检测基于DHR123被氧化后产生荧光的原理。通过流式细胞术对细胞进行设门,并测定其中位荧光强度。将刺激样本的中位荧光强度与对照样本进行比较。
图2展示了来源于人肺组织的淋巴细胞胞内细胞因子的产生情况。在进行流式细胞术检测以评估炎症介质(例如淋巴细胞产生的细胞因子)的产生之前,需要将肺组织分解为单细胞悬液。肺组织可通过机械法破碎或化学法消化(例如使用胶原酶)进行处理。机械破碎方法可能获得更优的结果,尤其是在保持细胞表面染色(如CD3和CD4)方面。过滤样品至关重要,以去除可能干扰分析的碎片。
图3 显示通过测定所得到的蛋白酶活性表达情况 原位 明胶酶谱法。使用未固定的组织来评估蛋白酶活性。这些样品通常在 -70 °C 直至分析前保存。测量组织中蛋白酶荧光的区域,并比较对照样本与刺激样本之间的结果。

图 1:单核细胞的 ROS 产生。(A)该图显示外周血单个核细胞(PBMC)的设门策略,利用前向散射光和侧向散射光确定吞噬细胞群体。在图(B)中,通过 CD14 表达进一步界定吞噬细胞群体以标记单核细胞。该单核细胞群体在对照样本(C)和刺激样本(D)中进行 DHR 荧光分析。请点击此处查看该图的放大版本。

图2:肺组织中细胞因子的产生。 首先通过流式细胞术分析细胞是否表达白细胞标志物CD45(A)。随后对该细胞群进一步分析其CD3表达情况(B)以及CD4/CD8表达情况(C)。在对照样本(D)和NTHi刺激样本(E)中,检测CD3/CD4+细胞的胞内细胞因子产生水平。请点击此处查看该图的放大版本。

图3:肺 原位 明胶酶谱法 图示(A) 显示肺组织切片中染色质/DAPI的表达。图(B)显示荧光染色,表明存在基质金属蛋白酶(MMP)活性。图(C) 显示融合图像,表明MMP活性与染色质的表达也存在共定位。 请点击此处以查看此图的放大版本。
此处列出的方法采用基于荧光的流式细胞术和共聚焦显微镜技术,可结合使用以获得关于流感嗜血杆菌(Hi)引起的肺部炎症反应的详细信息。
确定用于实验的流感嗜血杆菌(Hi)抗原制剂的适当配方至关重要,建议在此过程中咨询微生物学家的专业意见。活体Hi可诱导更强的免疫反应,而灭活的Hi制剂及其组分则更具标准化,且更易于储存。PI仅能标记死亡细菌。22;其他染料如羧基荧光素琥珀酰亚胺酯(CFSE)也可用于标记活细菌,以进行吞噬作用检测23应进行一系列预实验以优化合适的抗原。使用活的非典型流感嗜血杆菌(NTHi)时,最佳感染复数(MOI)为100:1;MOI过低可能无法诱导明显的免疫反应,而MOI过高则可能对细胞产生毒性。然而,绘制剂量-反应曲线可提供有用信息,尤其在技术初始优化阶段具有重要价值。24作为阳性对照,采用 commercially 获得的灭活形式 金黄色葡萄球菌 抗原也可用于实验,并如上所述用PI标记,以进行ROS/吞噬作用检测。对于T细胞检测,需使用刺激剂处理 葡萄球菌 超抗原E(SEB)可作为阳性对照19,25.
获取支气管肺泡灌洗液和/或肺组织样本的操作流程必须明确建立。不同操作者之间获得的支气管肺泡灌洗液样本可能存在较大差异。采用手动注射器对右肺中叶进行灌洗可获得良好效果26。从肺叶切除样本中获取肺组织样本时,需与病理学家建立合作。肺组织样本应与肿瘤保持一定边缘距离(理想情况下至少3-4 cm)。较大的样本(例如,至少25-50 g)可获得更多的细胞,且应选择无明显肺气肿的较近端部位。肺组织的机械性解离过程耗时较长,每个样本通常至少需要2-3小时19,27。
应进行预实验以优化不同荧光染料在流式细胞术和共聚焦显微镜中的染色条件。重点关注的方面包括确定最佳染色组合、染色浓度以及细胞/组织处理方法,以最大程度地提高细胞活性28。使用肺组织样本时,可能比血液或支气管肺泡灌洗液等其他液体样本产生更多的组织碎片,这可能对流式细胞术中不同细胞群体的区分造成一定影响。抗体的合适选择需通过预实验来确定并优化。对于淋巴细胞的表面标记,可使用抗CD3和CD4抗体标记辅助性T细胞,抗CD3和CD8抗体标记细胞毒性T细胞,抗CD3和CD56抗体标记自然杀伤细胞(NK细胞)。细胞内细胞因子的选择取决于所关注的介质以及流式细胞仪可分析的参数/颜色数量29。在肺组织中研究巨噬细胞时面临的一个特殊挑战是其较高的自发荧光水平30;该问题可通过将刺激后的细胞与背景对照进行比较,并添加如蛋白酶和组蛋白等特异性炎症标志物加以解决。
这些技术的一个局限性是需要经过适当培训且具备相应技能的人员来开展实验。同时还需要配备完善的流式细胞术和显微镜设施。使用人源组织样本常伴随显著的变异性,尤其是肺组织;这可能需要进行一系列预实验以优化检测方案(特别是背景染色问题)。
作者无任何利益冲突需要披露。
作者谨此感谢莫纳什医疗中心临床免疫科工作人员在本研究工作中提供的协助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 氯化铵 | Sigma Aldrich | 213330 | |
| 布雷菲德菌素 | Sigma Aldrich | B6542 | |
| CD28 | Thermofisher | 16-0289-81 | |
| CD49d | Thermofisher | 534048 | |
| DAPI prolong gold | Thermofisher | P36931 | |
| DHR123 | Sigma Aldrich | 109244-58-8 | |
| 无菌尼龙滤膜(Filcon) | Becton Dickinson | 340606 | |
| 明胶底物(Enzchek) | Molecular probes | E12055 | |
| MACS 混合管旋转仪 | Miltenyi Biotec | 130-090-753 | |
| Medimachine | Becton Dickinson | 目录编号不可用 | |
| Medicons 50 µm | Becton Dickinson | 340592 | |
| Pansorbin | Sigma Aldrich | 507858 | |
| 碘化丙啶 | Sigma Aldrich | P4170 | |
| 皂苷 | Sigma Aldrich | 8047152 | |
| Superfrost 载玻片 | Thermofisher | 11562203 |