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Immunology and Infection

流式细胞术分析鉴定鼠肺先天免疫细胞和适应性免疫细胞

Published: November 16, 2021 doi: 10.3791/62985

Summary

在这项研究中,我们提出了一种有效且可重复的方案来分离小鼠呼吸系统的免疫群体。我们还提供了一种方法,使用基于9色的流式细胞术面板来鉴定驻留在健康小鼠肺部的所有先天性和适应性免疫细胞。

Abstract

呼吸道与外部环境直接接触,需要精确调节的免疫系统来提供保护,同时抑制对环境抗原的不良反应。肺宿主着几个先天性和适应性免疫细胞群,这些免疫细胞提供免疫监视,但也介导保护性免疫反应。这些细胞保持健康的肺免疫系统平衡,也参与几种病理状况,如哮喘,感染,自身免疫性疾病和癌症。表面和细胞内蛋白质的选择性表达为肺的免疫细胞提供独特的免疫表型特性。因此,流式细胞术在稳态和病理条件下鉴定此类细胞群方面起着重要作用。本文提出了一种方案,描述了一种一致且可重复的方法,用于在稳态条件下鉴定驻留在健康小鼠肺部的免疫细胞。然而,该协议也可用于识别各种疾病模型中这些细胞群的变化,以帮助识别肺免疫景观中的疾病特异性变化。

Introduction

鼠呼吸道含有独特的免疫系统,负责对抗病原体和维持免疫稳态。肺免疫系统由在表型、功能、起源和位置方面具有显著异质性的细胞群体组成。常驻肺泡巨噬细胞 (AMs) 主要起源于胎儿单核细胞,位于肺泡腔1,而骨髓来源的间质巨噬细胞 (IM) 位于肺实质2。IM可以通过CD206的表达式进一步细分。CD206+ IM位于支气管周围和血管周围区域,而CD206-IM位于肺泡间质3。最近提出了IM的几个子分类3456。虽然IM的研究少于AM,但最近的证据表明它们在调节肺免疫系统中起着至关重要的作用7。此外,CD206还以替代激活的AM8表示。

肺树突状细胞(DC)是肺免疫细胞的另一组异质性,就其功能特性,位置和起源而言。在肺中已经描述了四种DC亚类:常规CD103 + DC(也称为cDC1),常规CD11b + DC(也称为cDC2),单核细胞衍生的DC(MoDC)和浆细胞样DCs910111213。前三个子类可以定义为主要的组织相容性复合物(MHC)II + CD11c + 9101415。浆细胞样 DC 表达 MHC II,CD11c 中度阳性,但表达高水平的 B220 和 PDCA-191316。在幼稚的鼠肺中,CD103 DC和CD11b DC位于气道间质中,而浆细胞样DC位于肺泡间质17中。

单核细胞的两个主要群体在稳态下驻留在肺中:经典单核细胞和非经典单核细胞。经典的单核细胞是Ly6C+ ,对最初的炎症反应至关重要。相比之下,非经典单核细胞是Ly6C- ,并被广泛视为抗炎细胞31618。最近,描述了另一个CD64 + CD16.2 + 单核细胞群体,其起源于Ly6C- 单核细胞并产生CD206 + IMs3

嗜酸性粒细胞主要出现在蠕虫感染或过敏性疾病期间的肺部。然而,在稳定状态期间,肺实质中存在少量嗜酸性粒细胞,称为常驻嗜酸性粒细胞。与常驻嗜酸性粒细胞相反,炎症性嗜酸性粒细胞存在于肺间质和支气管肺泡灌洗 (BAL) 中。在家尘螨(HDM)小鼠模型中,炎症性嗜酸性粒细胞在抗原介导的刺激后被招募到肺部。有人提出,居民嗜酸性粒细胞可能通过抑制对HDM19的T辅助剂2(Th2)致敏而在过敏中具有调节作用。

与其他肺髓细胞相反,中性粒细胞表达Ly6G但不表达CD68,其特征在于CD68-Ly6G +免疫表亲型的特征162021可视化研究表明,在稳态期间,肺在血管内隔室中保留了一池嗜中性粒细胞,并容纳了相当数量的血管外嗜中性粒细胞22。与嗜酸性粒细胞类似,在稳定状态下的BAL中找不到嗜中性粒细胞;然而,几种形式的免疫刺激,如LPS激发,哮喘或肺炎,驱动嗜中性粒细胞进入肺泡腔,导致它们存在于BAL212223中。

大量肺 CD45+ 细胞代表自然杀伤 (NK)、T 细胞和 B 细胞,大多数骨髓标志物均为阴性24。在幼稚小鼠的肺部,可以根据CD11b和MHC II18的表达来鉴定这三种细胞类型。大约25%的肺CD45 +细胞是B细胞,而NK细胞在肺部的百分比高于其他淋巴和非淋巴组织242526。在肺T细胞中,相当一部分是CD4-CD8-,在呼吸道感染中起重要作用26

由于肺宿主非常复杂和独特的免疫系统,因此已经开发出几种用于识别肺免疫细胞的门控策略并报告了16182027。本文描述的门控策略提供了一种全面且可重复的方法,使用9种标志物鉴定多达12种不同的肺髓系和非髓系免疫群体。已使用其他标记来验证结果。此外,还提供了一种详细的方法来制备单细胞悬浮液,该单细胞悬浮液可最大限度地减少细胞死亡,并允许鉴定肺免疫细胞区室的最完整特征。应该注意的是,肺非免疫细胞的鉴定,如上皮细胞(CD45-CD326 + CD31-),内皮细胞(CD45-CD326-CD31 +)和成纤维细胞需要不同的方法2829此处描述的协议和方法不包括此类人群的识别。

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Protocol

该协议中描述的所有研究和实验都是根据Beth Israel Deaconess医疗中心的机构动物护理和使用委员会(IACUC)的指南进行的。使用六到十周龄的C57BL / 6小鼠,无论男女,都用于开发该协议。

1. 手术切除和组织准备

  1. 通过腹腔内注射1mL三溴乙醇(根据标准方案制备; 材料表)。
    注意:在肺部研究中应避免CO2 窒息,因为它可能导致肺损伤并改变肺免疫细胞的特征和性质。还应避免颈椎脱位,因为它可能导致肺部机械损伤。
  2. 将鼠标转移到干净且专用的区域进行外科手术。
  3. 通过在四肢上使用针头或胶带来稳定小鼠背侧向下。使用70%乙醇消毒腹侧区域的皮肤。
  4. 在皮肤上进行切口,从颈部到腹部。小心地从胸部区域取出皮肤。
  5. 小心地取下胸骨和肋骨。
  6. 使用18-21 G针头直接在右心室中注射10 mL冷PBS来冲洗肺部,直到肺部完全变白。
  7. 小心地取出胸腺和心脏,不要触摸肺部。
  8. 轻轻地将肺从周围组织中分离出来,并将其转移到具有冷BSA缓冲液的管中(表1)。
    注意:在进一步准备单细胞悬浮液之前,应努力从肺部去除所有相邻脂肪,因为这可能会使读数偏倚。

2. 单细胞悬浮液的制备

  1. 将肺转移到空的培养皿中,并用两把细手术刀切碎。将切碎的肺的所有部分转移到新的50 mL锥形管中。使用5mL消化缓冲液洗涤板并将其加入含有切碎肺的50mL管中(表1)。
    注意:消解缓冲液应在使用前立即制备。使用5毫克/毫升胶原酶28。将1或5mg胶原酶与BSA缓冲液或无蛋白PBS组合没有改善结果(补充图S1)。
  2. 盖上管盖,在37°C下以150rpm的速度在轨道振荡器上消化肺30分钟。 通过加入10mL冷BSA缓冲液停止反应。
  3. 消化后,使用18 G针头混合并溶解肺块。将 70 μm 过滤器放在新的 50 mL 锥形管的顶部。
    注意:使用较小的微米过滤器可能会导致主要骨髓种群的损失。
  4. 将消化后的肺混合物缓慢直接转移到过滤器上。使用 10 mL 注射器柱塞的橡胶侧粉碎过滤器上剩余的肺片。用BSA缓冲液在过滤器上清洗处理过的材料。
  5. 在4°C下以350× g 离心单细胞悬浮液8分钟。
  6. 小心地丢弃上清液并将细胞重悬于1mL的ACK裂解缓冲液中。使用1 mL移液器充分混合,并在室温下孵育90秒。
  7. 加入10mL冷BSA缓冲液以停止反应,并在4°C下以350× g 离心7分钟.小心地丢弃上清液并将沉淀重悬于染色缓冲液中以使用血细胞计数器计数细胞。
  8. 以5×106 个细胞/mL的浓度重悬细胞,并用于表面染色(见第3节)。
    注意:为此目的,将细胞接种在96孔圆底板中,然后进行抗体染色和洗涤。如果没有板式离心机,请使用流动管代替板。使用该协议,可以从平均大小的6-10周龄C57BL / 6 小鼠中获得每个肺约15-20×106个细胞。

3. 表面抗体染色

  1. 96 孔板中每孔200μL中转移1×106个细胞。在4°C下以350× g 离心板7分钟。 同时,通过在染色缓冲液中稀释抗16/32抗体(1:100)来制备Fc-block溶液(表1)。
  2. 将细胞重悬于50μL预制备的Fc封闭溶液(材料表)中,并在4°C或冰上孵育15-20分钟。
  3. 加入150μL染色缓冲液,并在4°C下以350× g 离心板5分钟。 同时,通过稀释表面抗体(1:100; 表 2)在染色缓冲液中。
    注:(i)用于Fc阻断的抗16/32抗体可与表面抗体在同一混合物中使用。(ii)如果使用可固定的活性染料,则以1:1,000的稀释度将其添加到表面抗体混合物中。
  4. 将细胞重悬于50μL预制备的表面抗体混合物中,并在黑暗中在4°C下孵育30-40分钟。用染色缓冲液洗涤细胞两次。
    注意:如果不需要细胞内染色,请将细胞重悬于200μL染色缓冲液中,然后直接在流式细胞仪上采集数据。或者,可以将细胞固定并储存在4°C以供以后采集。我们建议在24小时内使用细胞进行流式细胞术。

4. 细胞固定和细胞内染色

  1. 通过混合FoxP3 /转录因子染色缓冲液组的三份固定/透化浓缩物和1份固定/透化稀释剂来准备固定/透化缓冲液(固定/烫发缓冲液)(表1)。
  2. 将细胞重悬于96孔板每孔50μL预制备的Fix / Perm缓冲液中,其中细胞按第3节所述接种,并在黑暗中在4°C下孵育20-25分钟。
  3. 在纯化的去离子水中以1:10稀释10倍的透化缓冲液,制备1倍的透化缓冲液。
  4. 用1x透化缓冲液洗涤细胞一次。同时,通过将细胞内抗体(1:100)稀释在1mL通透缓冲液中来制备细胞内抗体混合物。
  5. 使用96孔板的每个细胞使用50μL预制备的表面抗体混合物重悬细胞,并在黑暗中在4°C下孵育40分钟。
  6. 用透化缓冲液洗涤细胞一次,用染色缓冲液洗涤一次。最终洗涤后,将细胞重悬于200μL染色缓冲液中。
    注意:如果没有带读板仪的流式细胞仪可用,请将细胞转移到流式细胞术管中。
  7. 在流式细胞仪上采集每个样品至少1.5×106 个细胞。
    注意:对于单色和未染色的对照样品,每个样品0.5-1×106 个细胞就足够了。建议滴定用于实现最佳染色和降低成本的单个抗体。本实验方案已使用FoxP3染色缓冲液组制备的Fix/Perm缓冲液进行了优化。由于CD68是细胞质而不是核标志物,因此其他透化解决方案(例如来自不同供应商的低浓度多聚甲醛或细胞固定/细胞蛋白试剂盒)可能就足够了。

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Representative Results

门控策略
我们的门控策略的第一步是排除碎屑和双层(图1A)。仔细排除双联对于避免假阳性人群至关重要(补充图S2)。然后,使用CD45 +鉴定免疫细胞,CD45 +是造血细胞的标志物(图1B)。可以添加活死染色剂以排除死细胞。然而,该协议导致<5%的CD45 + 细胞死亡(图1C),而更多的CD45- 细胞被鉴定为死亡(补充图S3)。

为了鉴定单核细胞和嗜中性粒细胞,与之前对这些群体使用特异性抗体的研究相比1618,我们更喜欢使用抗GR-1抗体来鉴定Ly6C +和Ly6G +细胞。使用抗GR-1抗体和抗CD68可以将肺免疫细胞分离成三个簇:CD68-GR-1 +,CD68 +(可进一步鉴定为GR-1 +或GR-1-)和CD68-GR-1-/int图1D)。CD68是一种主要在细胞内检测到的标志物。探测表面CD68,但在没有固定/透化的情况下无法检测到(补充图S4)。

多形核细胞(嗜中性粒细胞)被鉴定为CD45 + CD68-GR-1 + CD11b +图1E)。这些结果使用GR1与Ly6G特异性抗体(图2)进行验证,Ly6G是多形核中性粒细胞的独特标志物161827。在CD45 + CD68-GR-1-/int群体中,大约10-20%是MHCII-和CD11blow,代表NK细胞(图1F)。NK1.1是NK细胞的独特标记,用于证实这一点(图32530。CD45 + CD68-GR1-/intCD11b-群体由MHCII-T细胞和MHCII + B细胞组成(图1F)。另外两种抗体分别用于验证T细胞和B细胞-CD3和B220(图3)。

在稳态条件下的健康小鼠中,BAL中检测到的大多数CD45 + 细胞是AM,即气道的主要居民。因此,进行BAL以评估表征AMS2031的标志物。这些细胞是CD45 + CD68 + Siglec-F + CD11c + ,但与其他骨髓细胞不同,不表达高水平的CD11b(图4)。免疫标志物的相同组合也可识别总肺均质中的AM(图1G,H)。除AM外,在CD45 + CD68 + Sigle-F + 门(图1G)中,有一个明显的细胞群对CD11b呈阳性,但对CD11c无效。该CD45 + CD68 + Siglec-F + CD11b + CD11c- 白细胞群代表嗜酸性粒细胞(图1G1932

在具有CD45 + CD68 + SiglecF-细胞的门中(图1G),有一个代表肺DC的CD11c + MHC +群体(图1I)。一些研究者将肺积液鉴定为CD11c + MHCII + CD24 + 1618。评估CD24表达以确认该人群的身份(图5A)。大多数肺DC是CD103 + CD11b-或CD103-CD11b +图1J)。CD103 + CD11b-DC代表CD103 +常规DC,并被识别为CD45 + CD68 + SiglecF-MHCII + CH11c + CD103 + CD11b-相比之下,CD103-CD11b+ DC根据CD64表达分为常规DC和MoDC(图1K)。因此,常规CD11b + DC被鉴定为CD45 + CD68 + SiglecF-MHCII + CH11c + CD103-CD11b + CD64- 而MoDC被鉴定为CD45 + CD68 + SiglecF-MHCII + CH11c + CD103-CD11b + CD64 +.与传统DC相比,MoDC对DC标记CD24呈低阳性,对泛巨噬细胞标记物呈阳性,包括F4 / 80,CD64和MERTK(图5A91011133334

IM以及经典和非经典单核细胞位于CD45 + CD68 + Siglec-F-CD11c-/ intCD11b +门中(图1L),并根据CD64和GR-1表达进行区分(图1M)。CD64是一种泛巨噬细胞标志物,主要由IM和AM以及DC的一个亚群表达,经典单核细胞也称为Ly6C +单核细胞,非经典单核细胞称为Ly6C-单核细胞。单核细胞和IM对Ly6G都是阴性的;然而,经典单核细胞表达Ly6C,因此对GR-1呈阳性。相反,间质巨噬细胞和非经典单核细胞对GR-1和Ly6C3411,1618203536均为阴性。此外,非经典单核细胞是CD11cint,而经典单核细胞是CD11c-。虽然CD11c表达的这种差异对于在基线时区分两种类型的单核细胞通常无关紧要,但当经典单核细胞积聚时,它可能对病理状况至关重要。基于上述,间质巨噬细胞定义为CD45 + CD68 + Siglec-F-CD11c-/intCD11b + GR-1-CD64 +,经典单核细胞为CD45 + CD68 + Siglec-F-CD11c-CD11b + GR-1 + CD64-,非经典单核细胞为CD45 + CD68 + CD11c-/ intCD11b + GR-1-CD64-.AMs和IM对所有巨噬细胞标志物均呈阳性,包括CD68,CD64,F4 / 80和MERTK原癌基因。然而,与IM不同,AM是CX3CR1-,与IM相反,这可以通过两种类型的肺巨噬细胞的起源差异来解释4373839图5B)。

Figure 1
图1:鼠肺中存在的免疫细胞的门控策略。在小心排除碎片,二重细胞,死细胞和非免疫细胞(CD45-)(A-C)后,根据CD68和GR-1(D)的表达将CD45 +细胞分离成3个主要簇。中性粒细胞属于CD68-GR-1+群体(E),而CD68-GR-1-/int群体由NK细胞,B细胞和T细胞(F)组成。CD68 +细胞可以进一步分为Siglec F +细胞(G),它们是AM和嗜酸性粒细胞(H),以及Siglec F-细胞(G),它由单核细胞,IM和DC(I-M)组成。缩写:SSC-A = 侧散射光的峰值面积;FSC-A = 正向散射光的峰值面积;SSC-H = 侧散射光的峰值高度;L/ D = 活/死染色;MHC =主要组织相容性复合物;SF = Siglec F;GR-1 = GPI连接的骨髓分化标志物(Ly-6G);NK = 自然杀手;IMs =间质巨噬细胞;DC = 树突状细胞;AMs = 肺泡巨噬细胞。请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 2
图2:肺中的Ly6G仅由被鉴定为多形核中性粒细胞的CD45 + CD68-GR-1 + CD11b +细胞表达。请单击此处查看此图的放大版本。

Figure 3
图3:通过门控策略验证NK细胞,T细胞和B细胞的鉴定。 使用NK 1.1,CD3和B220特异性标记分别验证NK细胞,T细胞和B细胞的鉴定。应该注意的是,如果存在NKT细胞,则可能落在NK细胞门内的CD3 + 细胞群中,并且需要谨慎避免NK被NKT细胞污染。缩写:NK = 自然杀手;MHC = 主要组织相容性复合物。 请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 4
图4:幼稚小鼠中通过支气管肺泡灌洗获得的大多数免疫细胞是肺泡巨噬细胞。 缩写: AMs = 肺泡巨噬细胞;DC = 树突状细胞;IM = 间质巨噬细胞;SSC-A = 侧散射光的峰值面积;FSC-A = 正向散射光的峰值面积;SSC-H = 侧散射光的峰值高度;SF = Siglec F;GR-1 = GPI 连接的骨髓分化标志物 (Ly-6G)。 请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 5
图5:免疫细胞中不同标志物表达的比较。 A)肺DC中CD24,CD64,MERTK,F4 / 80和CD103表达的比较。(B)CD68,CD64,MERTK,F4 / 80,CD11c,Siglec F(SF),CD11b和CX3CR1在肺巨噬细胞和单核细胞中的比较。缩写:DC = 树突状细胞;MoDC = 单核细胞衍生的 DC;AMs = 肺泡巨噬细胞;IMs =间质巨噬细胞;SF = Siglec F;MERTK = 髓样上皮 - 生殖酪氨酸激酶。 请点击此处查看此图的放大版本。

生物烟气酸缓冲液 PBS + 0.5%牛血清白蛋白
消解缓冲液 预热(37°C)BSA缓冲液+ 5 mg / mL胶原酶1型+ 0.2 mg / mL DNase I
染色缓冲液 PBS + 2.5% 前端总线
固定/烫发缓冲液 Foxp3/转录因子染色缓冲液组的三份固定/透化稀释剂和1份固定/透化稀释剂
透化缓冲液 来自Foxp3/转录因子染色缓冲液的10倍透化缓冲液,在纯化去离子水中稀释10倍

表 1: 缓冲区。

抗原 克隆 荧光染料 稀释 表面/细胞内
CD45 30-F11 APC/CY7 1:100 表面
Gr-1 RB6-8C5 BV421系列 1:100 表面
光盘68 FA-11 每氯频5.5 1:100
CD11b M1/70型 聚氯乙烯7 1:100 表面
西格莱茨 F S17007L 菲克 1:100 表面
CD11c N417 BV650 或 BV510 1:100 表面
光盘64 X54-5/7.1 PE/炫彩 594 1:100 表面
MHC-II M5/114.15.2 AF700系列 1:100 表面
CD103 2.00中=07 聚乙烯/聚四氟乙烯 1:100 表面
活/死可修复远读死细胞染色试剂盒 远红 (APC) 或 Aqua (BV510) 1:1000 表面
光盘3 17A1 体育 1:100 表面
抗氧化剂 B220 RA3-6B2 AF488 1:100 表面
NK1.1 PK136 菲克 1:100 表面
二氧化硫 30-F1 体育 1:100 表面
默特克 2B10C42 体育 1:100 表面
F4/80 断续器 BV605系列 1:100 表面
CX3CR1 SA011F11 体育 1:100 表面
FcBlock (CD16/32) 93 1:100 表面

表 2: 使用单克隆抗体。

补充图S1:通过预热PBS + 0.5%BSA中的5mg / mL胶原酶1实现最佳细胞解离。 在所有不同的条件下,还包括0.2毫克的DNA酶I。缩写: BSA = 牛血清白蛋白;FSC-A = 正向散射光的峰值面积;L/ D = 活/死染色;SF = Siglec F. 请单击此处下载此文件。

补充图S2:包含二倍体可能会导致假阳性人群。 缩写:FP = 误报。 请点击此处下载此文件。

补充图S3:与CD45+相比,更多的CD45+具有与死细胞一致的特征。请单击此处下载此文件。

补充图S4:CD68的表面染色不足以正确区分肺的单个免疫细胞群。请点击此处下载此文件。

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Discussion

肺免疫细胞的鉴定可能具有挑战性,因为与驻留在其他组织中的对应物相比,肺中存在多种免疫细胞类型及其独特的免疫表型特征。在几种病理条件下,具有不同表型特征的细胞出现在肺部。例如,博来霉素诱导的肺损伤导致肺泡腔中循环单核细胞来源的巨噬细胞募集,在那里它们可以停留长达一年,甚至在博来霉素诱导的纤维化后持续存在。与组织驻留的AM相反,循环的单核细胞衍生巨噬细胞是Siglec FlowCD11b +。靶向耗竭单核细胞来源的巨噬细胞可改善博来霉素介导的肺纤维化1640。在流感感染期间,具有相似特征的细胞被招募到肺部,并提供针对链球菌性肺炎的长期保护15

基于CD11c和MHC II表达,IM已被进一步细分为IM1,IM2和IM3。IM1在免疫表型上被定义为CD11c-MHC II-;IM2被定义为CD11c-MHC II +;和IM3被定义为MHC II + CD11c +。有人提出IM1,IM2和IM3代表单核细胞到巨噬细胞过渡的生理阶段,而不是不同的巨噬细胞类别,IM3代表单核细胞区室41。如上所述,MoDC对DC标志物CD24呈低阳性,对泛巨噬细胞标志物呈阳性,包括F4 / 80,CD64和MERTK9,1011133334。然而,一些研究将CD64 + MERKT +细胞确定为肺巨噬细胞410。IM3和MoDC都被定义为CD64 + MERKT + MHCII + CD11C +,这表明这两个群体最有可能代表相同的细胞类型。与这一假设一致,这里提出的门控策略除了MoDC之外,并没有识别出代表IM3细胞的独特群体。

这里描述的方案的关键步骤包括:1)在准备单细胞悬浮液之前从肺部去除所有相邻脂肪,因为这可能会使读数偏向;2)用抗CD68抗体染色前进行通透。本方案的局限性在于它不能识别肺的非免疫细胞,如上皮细胞(CD45-CD326 +CD31-),内皮细胞(CD45-CD326-CD31 +)和成纤维细胞要查明这类人口,需要采取不同的办法28.29。此外,该协议需要对CD68(一种细胞内标志物)进行染色,如果研究者在细胞内染色方面没有经验,则可能会造成限制。与现有方法相比,本方案和门控策略的意义在于,该策略提供了一种简化的方法,使用较少数量的标记物,同时允许可重复地识别肺的所有免疫群体。

此外,还提供了一种详细的方法来制备单细胞悬浮液,该单细胞悬浮液可最大限度地减少细胞死亡并允许鉴定肺免疫细胞区室的完整特征。虽然这里概述的协议描述了稳态条件下肺免疫群体的表征和鉴定,但未来的应用可能包括在各种疾病模型中评估这些群体,其中它可以帮助识别肺部免疫景观中的疾病特异性变化。总之,本文提出了一种用于肺单细胞制备的简单且可重复的方案,以及用于鉴定12种不同免疫细胞群的基于9色的流式细胞术面板。

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Disclosures

V.A.B.拥有由百时美施贵宝,罗氏,默克,EMD-Serono,勃林格殷格翰,阿斯利康,诺华和达科授权的PD-1途径专利。作者声明没有其他相互竞争的经济利益。

Acknowledgments

这项工作得到了NIH拨款R01CA238263和R01CA229784(VAB)的支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
10 mL syringe plunger EXELINT 26265
18 G needles BD Precision Glide Needle 305165
21 G needles BD Precision Glide Needle 305195
50 mL conical tubes Falcon 3520
70 μm cell strainer ThermoFisher 22363548
96-well plates Falcon/corning 3799
ACK Lysing Buffer ThermoFisher A10492-01
anti-mouse CD11b Biolegend 101215 For details see Table 2
anti-mouse CD11c Biolegend 117339 / 117337 For details see Table 2
anti-mouse CD45 Biolegend 103115 For details see Table 2
anti-mouse CD64 Biolegend 139319 For details see Table 2
anti-mouse CD68 Biolegend 137009 For details see Table 2
anti-mouse GR-1 Biolegend 108433 For details see Table 2
anti-mouse Siglec F Biolegend 155503 For details see Table 2
AVERTIN Sigma-Aldrich 240486
B220 Biolegend 103228 For details see Table 2
Bovine Serum Albumin (BSA) Sigma-Aldrich 9048-46-8
CD103 Biolegend 121405 / 121419 For details see Table 2
CD24 Biolegend 138503 For details see Table 2
CD3 Biolegend 100205 For details see Table 2
Centrifuge
Collagenase Type 1 Worthington Biochemical Corp LS004196
CX3CR1 Biolegend 149005 For details see Table 2
DNase I Millipore Sigma 10104159001
Ethanol
F4/80 Biolegend 123133 For details see Table 2
FcBlock (CD16/32) Biolegend 101301 For details see Table 2
Fetal Bovine Serum R&D Systems
Fine Serrated Forceps Roboz Surgical Instrument Co
Foxp3 / Transcription Factor Staining Buffer Set ThermoFisher 00-5523-00
Futura Safety Scalpel Merit Medical Systems SMS210
Live/Dead Fixable Far Read Dead Cell Stain Kit ThermoFisher L34973 For details see Table 2
MERTK Biolegend 151505 For details see Table 2
MHC-II Biolegend 107621 For details see Table 2
NK1.1 Biolegend 108705 For details see Table 2
Orbital Shaker VWR Model 200
Petri dish Falcon 351029
Refrigerated benchtop centrifuge SORVAL ST 16R
Small curved scissor Roboz Surgical Instrument Co

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References

  1. Guilliams, M., et al. Alveolar macrophages develop from fetal monocytes that differentiate into long-lived cells in the first week of life via GM-CSF. Journal of Experimental Medicine. 210 (10), 1977-1992 (2013).
  2. Tan, S. Y., Krasnow, M. A. Developmental origin of lung macrophage diversity. Development. 143 (8), 1318-1327 (2016).
  3. Schyns, J., et al. Non-classical tissue monocytes and two functionally distinct populations of interstitial macrophages populate the mouse lung. Nature Communications. 10 (1), 3964 (2019).
  4. Gibbings, S. L., et al. Three unique interstitial macrophages in the murine lung at steady state. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 57 (1), 66-76 (2017).
  5. Ural, B. B., et al. Identification of a nerve-associated, lung-resident interstitial macrophage subset with distinct localization and immunoregulatory properties. Science Immunology. 5 (45), 8756 (2020).
  6. Chakarov, S., et al. Two distinct interstitial macrophage populations coexist across tissues in specific subtissular niches. Science. 363 (6432), (2019).
  7. Liegeois, M., Legrand, C., Desmet, C. J., Marichal, T., Bureau, F. The interstitial macrophage: A long-neglected piece in the puzzle of lung immunity. Cellular Immunology. 330, 91-96 (2018).
  8. Stouch, A. N., et al. IkappaB kinase activity drives fetal lung macrophage maturation along a non-M1/M2 paradigm. Journal of Immunology. 193 (3), 1184-1193 (2014).
  9. Kopf, M., Schneider, C., Nobs, S. P. The development and function of lung-resident macrophages and dendritic cells. Nature Immunology. 16 (1), 36-44 (2015).
  10. Plantinga, M., et al. Conventional and monocyte-derived CD11b(+) dendritic cells initiate and maintain T helper 2 cell-mediated immunity to house dust mite allergen. Immunity. 38 (2), 322-335 (2013).
  11. Liu, H., et al. Dendritic cell trafficking and function in rare lung diseases. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 57 (4), 393-402 (2017).
  12. Cook, P. C., MacDonald, A. S. Dendritic cells in lung immunopathology. Seminars in Immunopathology. 38, 449-460 (2016).
  13. Guilliams, M., Lambrecht, B. N., Hammad, H. Division of labor between lung dendritic cells and macrophages in the defense against pulmonary infections. Mucosal Immunology. 6 (3), 464-473 (2013).
  14. Nobs, S. P., et al. PPARγ in dendritic cells and T cells drives pathogenic type-2 effector responses in lung inflammation. Journal of Experimental Medicine. 214 (10), 3015-3035 (2017).
  15. Aegerter, H., et al. Influenza-induced monocyte-derived alveolar macrophages confer prolonged antibacterial protection. Nature Immunology. 21 (2), 145-157 (2020).
  16. Misharin, A. V., Morales-Nebreda, L., Mutlu, G. M., Budinger, G. R., Perlman, H. Flow cytometric analysis of macrophages and dendritic cell subsets in the mouse lung. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 49 (4), 503-510 (2013).
  17. Hoffmann, F. M., et al. Distribution and interaction of murine pulmonary phagocytes in the naive and allergic lung. Frontiers in Immunology. 9, 1046 (2018).
  18. Yu, Y. R., et al. A protocol for the comprehensive flow cytometric analysis of immune cells in normal and inflamed murine non-lymphoid tissues. PLoS One. 11 (3), 0150606 (2016).
  19. Mesnil, C., et al. Lung-resident eosinophils represent a distinct regulatory eosinophil subset. Journal of Clinical Investigation. 126 (9), 3279-3295 (2016).
  20. Zaynagetdinov, R., et al. Identification of myeloid cell subsets in murine lungs using flow cytometry. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 49 (2), 180-189 (2013).
  21. Tavares, A. H., Colby, J. K., Levy, B. D., Abdulnour, R. E. A model of self-limited acute lung injury by unilateral intra-bronchial acid instillation. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (150), e60024 (2019).
  22. Kreisel, D., et al. In vivo two-photon imaging reveals monocyte-dependent neutrophil extravasation during pulmonary inflammation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (42), 18073-18078 (2010).
  23. Krishnamoorthy, N., et al. Neutrophil cytoplasts induce TH17 differentiation and skew inflammation toward neutrophilia in severe asthma. Science Immunology. 3 (26), (2018).
  24. Ascon, D. B., et al. Normal mouse kidneys contain activated and CD3+CD4- CD8- double-negative T lymphocytes with a distinct TCR repertoire. Journal of Leukocyte Biology. 84 (6), 1400-1409 (2008).
  25. Wang, J., et al. Lung natural killer cells in mice: phenotype and response to respiratory infection. Immunology. 137 (1), 37-47 (2012).
  26. Cowley, S. C., Meierovics, A. I., Frelinger, J. A., Iwakura, Y., Elkins, K. L. Lung CD4-CD8- double-negative T cells are prominent producers of IL-17A and IFN-gamma during primary respiratory murine infection with Francisella tularensis live vaccine strain. Journal of Immunology. 184 (10), 5791-5801 (2010).
  27. Gibbings, S. L., Jakubzick, C. V. Isolation and characterization of mononuclear phagocytes in the mouse lung and lymph nodes. In Lung innate immunity and inflammation. Methods in Molecular Biology. Alper, S., Janssen, W. 1809, Humana Press. New York, NY. (2018).
  28. Singer, B. D., et al. Flow-cytometric method for simultaneous analysis of mouse lung epithelial, endothelial, and hematopoietic lineage cells. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 310 (9), 796-801 (2016).
  29. Matsushima, S., et al. CD248 and integrin alpha-8 are candidate markers for differentiating lung fibroblast subtypes. BMC Pulmonary Medicine. 20 (1), 21 (2020).
  30. Cong, J., Wei, H. Natural killer cells in the lungs. Frontiers in Immunology. 10, 1416 (2019).
  31. Daubeuf, F., et al. A fast, easy, and customizable eight-color flow cytometric method for analysis of the cellular content of bronchoalveolar lavage fluid in the mouse. Current Protocols in Mouse Biology. 7 (2), 88-99 (2017).
  32. Yi, S., et al. Eosinophil recruitment is dynamically regulated by interplay among lung dendritic cell subsets after allergen challenge. Nature Communications. 9 (1), 3879 (2018).
  33. Langlet, C., et al. CD64 expression distinguishes monocyte-derived and conventional dendritic cells and reveals their distinct role during intramuscular immunization. Journal of Immunology. 188 (4), 1751-1760 (2012).
  34. Moran, T. P., Nakano, H., Kondilis-Mangum, H. D., Wade, P. A., Cook, D. N. Epigenetic control of Ccr7 expression in distinct lineages of lung dendritic cells. Journal of Immunology. 193 (10), 4904-4913 (2014).
  35. Schyns, J., Bureau, F., Marichal, T. Lung interstitial macrophages: past, present, and future. Journal of Immunology Research. 2018, 5160794 (2018).
  36. Krljanac, B., et al. RELMalpha-expressing macrophages protect against fatal lung damage and reduce parasite burden during helminth infection. Science Immunology. 4 (35), (2019).
  37. Ginhoux, F., Guilliams, M. Tissue-resident macrophage ontogeny and homeostasis. Immunity. 44 (3), 439-449 (2016).
  38. Svedberg, F. R., et al. The lung environment controls alveolar macrophage metabolism and responsiveness in type 2 inflammation. Nature Immunology. 20 (5), 571-580 (2019).
  39. Yona, S., et al. Fate mapping reveals origins and dynamics of monocytes and tissue macrophages under homeostasis. Immunity. 38 (1), 79-91 (2013).
  40. Misharin, A. V., et al. Monocyte-derived alveolar macrophages drive lung fibrosis and persist in the lung over the life span. Journal of Experimental Medicine. 214 (8), 2387-2404 (2017).
  41. Koch, C. M., Chiu, S. F., Misharin, A. V., Ridge, K. M. Lung Interstitial Macrophages: Establishing Identity and Uncovering Heterogeneity. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 57 (1), 7-9 (2017).

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流式细胞术分析鉴定鼠肺先天免疫细胞和适应性免疫细胞
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Christofides, A., Cao, C., Pal, R., Aksoylar, H. I., Boussiotis, V. A. Flow Cytometric Analysis for Identification of the Innate and Adaptive Immune Cells of Murine Lung. J. Vis. Exp. (177), e62985, doi:10.3791/62985 (2021).

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