确定分泌细胞因子的细胞类型对于理解肾脏疾病的病理生物学机制至关重要。本文介绍一种利用分泌抑制剂布雷菲德菌素A(brefeldin A)和细胞类型特异性标记物,对肾上皮细胞或间质细胞产生的细胞因子进行定量染色的方法。
方法文章
确定分泌细胞因子的细胞类型对于理解肾脏疾病的病理生物学机制至关重要。本文介绍一种利用分泌抑制剂布雷菲德菌素A(brefeldin A)和细胞类型特异性标记物,对肾上皮细胞或间质细胞产生的细胞因子进行定量染色的方法。
慢性肾病(CKD)是美国十大主要死因之一。急性肾损伤(AKI)虽然通常可恢复,但会增加患者日后发展为CKD的风险。肾小管上皮细胞已被确认为AKI和CKD过程中关键的信号枢纽,这些细胞可通过分泌细胞因子及其他蛋白质来决定疾病的进展方向。尤其是在CKD中,多条证据表明,适应不良性修复的肾小管细胞通过分泌转化生长因子-β(TGF-β)、结缔组织生长因子(CTGF)及其他促纤维化细胞因子,驱动疾病的进展。然而,识别不同细胞类型中分泌蛋白的来源及其相对数量 体内 仍然具有挑战性。
本文介绍了一种利用布雷菲德菌素A(Brefeldin A, BFA)阻止细胞因子分泌的技术,从而能够使用标准免疫荧光方法对肾脏组织中的细胞因子进行染色。BFA可抑制内质网(ER)向高尔基体的转运过程,而该过程是细胞因子及其他蛋白质分泌所必需的。在急性肾损伤(AKI)的顺铂小鼠模型中,于处死前6小时注射BFA,可导致转化生长因子-β(TGF-β)、血小板源性生长因子(PDGF)和结缔组织生长因子(CTGF)在近端小管细胞(PTCs)内积聚;在慢性肾病(CKD)的马兜铃酸(AA)小鼠模型中,则可观察到TGF-β在 近端小管细胞内的积聚。分析结果显示,与单独使用BFA+生理盐水、顺铂或AA相比,BFA+顺铂或BFA+AA处理组中TGF-β阳性信号显著增强。这些数据表明,BFA可用于鉴定产生特定细胞因子的细胞类型,并量化其所产生细胞因子的相对含量和/或不同类型。
据估计,全球有>10%的人口患有某种形式的肾脏疾病1。急性肾损伤(AKI)以发病迅速为特征,大多可治愈;然而,一次AKI发作可能使患者在日后发展为慢性肾病(CKD)2,3。与AKI不同,CKD的特点是进行性纤维化和肾功能持续恶化,最终导致需要肾脏替代治疗的终末期肾病。大多数肾脏损伤均以构成肾单位的特化上皮细胞(如足细胞或近端小管细胞)为靶点4,5。损伤发生后,存活的上皮细胞通过分泌细胞因子和其他蛋白质,协助协调修复反应。通过这种方式,存活细胞可调节免疫反应、引导细胞外基质重塑,并促进器官恢复。
细胞因子是一类小分子分泌蛋白,对多细胞生物体的成熟、生长及应答能力具有重要的调节作用6,7。它们作为不同类型细胞之间的信号信使发挥作用,包括免疫细胞和上皮细胞8。尽管传统认为细胞因子主要由免疫细胞分泌,但长期研究表明,肾脏上皮细胞和间质细胞也能分泌细胞因子,作为对其他肾脏常驻细胞(如小管细胞、间质细胞和免疫细胞)的信号分子9,10。其中,近端小管细胞(PTCs)在急性肾损伤(AKI)后的启动修复和恢复阶段发挥着重要作用11。然而,已知异常修复的PTCs会分泌促纤维化细胞因子,如转化生长因子-β(TGF-β)、血小板源性生长因子-D(PDGF-D)和结缔组织生长因子(CTGF),从而促进慢性肾脏病(CKD)的进展12。因此,肾脏上皮细胞通过分泌细胞因子来调节肾脏损伤过程。
尽管已知肾上皮细胞能够分泌细胞因子,但由于研究分泌蛋白存在技术难题,每种细胞类型的具体来源及其相对贡献仍难以确定13。流式细胞术是检测细胞因子的常用方法,但在受损肾脏尤其是高度纤维化的肾脏中实施该技术具有挑战性。利用细胞因子启动子驱动Cre重组酶的细胞因子报告小鼠常被用于鉴定表达特定细胞因子的细胞类型。然而,报告小鼠的应用受到多种限制,包括需要将报告小鼠与不同的基因敲除背景小鼠进行杂交、缺乏合适的报告系统,以及每次只能分析一种细胞因子。因此,有必要开发一种简单、通用且经济的技术,用于检测释放细胞因子的肾细胞。
我们假设,注射BFA(一种通过阻断内质网-高尔基体运输来抑制分泌的抑制剂) 体内 可实现对肾脏组织中分泌蛋白的染色(图1A,B如基于流式细胞术的检测所示14,15结合细胞类型特异性标记物,该技术可用于鉴定损伤肾脏中产生细胞因子的细胞来源及其相对贡献。与流式细胞术样本不同,固定组织可长期保存蛋白质和细胞结构,从而更深入地研究分泌细胞。为验证这一假设,采用急性肾损伤模型(顺铂)和慢性肾病模型(马兜铃酸肾病(AAN))诱导小鼠肾脏损伤,注射布雷菲德菌素A(BFA),并使用标准免疫荧光技术进行染色。
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所有动物实验均按照范德比尔特大学医学中心机构动物护理与使用委员会批准的动物使用方案进行。
1. 动物
2. 顺铂注射
3. 马兜铃酸(AA)注射
4. BFA 溶液的配制
5. BFA 尾静脉注射
6. 处死动物并收获肾脏
7. 灌注并摘除肾脏
8. 用于TGF-β和PDGF-D染色的石蜡包埋组织
9. 脱蜡与复水
10. 结缔组织生长因子染色用冷冻组织的制备
11. 冷冻切片
12. 免疫荧光染色
13. 图像采集
14. 图像分析
15. 替代方法:使用免费软件(ImageJ)进行图像分析
16. 可选:使用激光扫描共聚焦显微镜成像
注意:为了获得更高分辨率的图像以用于发表,扫描共聚焦显微镜可提供更清晰的肾脏组织图像并降低背景信号。
17. 血浆尿素氮水平
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为了研究肾小管上皮细胞在顺铂诱导的急性肾损伤(AKI)后产生细胞因子的作用,以20 mg/kg的浓度注射顺铂,并在注射顺铂后的第3天静脉注射0.25 mg布雷菲德菌素A(BFA)。6小时后处死动物并获取肾脏组织。将石蜡包埋的肾脏组织切片,并使用TGF-β、PDGF-D和CTGF进行染色,这三种细胞因子是AKI中参与组织修复的代表性因子。如图2A所示,在顺铂处理且存在BFA的情况下,用LTL标记的近端小管细胞(PTCs)中可见TGF-β+囊泡。而在未受损肾脏或未使用BFA处理的肾脏中,则未观察到TGF-β+囊泡。
定量分析显示,在顺铂诱导的急性肾损伤(AKI)中,经BFA处理后TGF-β1+区域面积增加(图2B)。与TGF-β类似,在顺铂诱导的AKI中,PDGF-D+或CTGF+囊泡在BFA处理后也出现积聚(图2C<...
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已知肾小管上皮细胞通过分泌TGF-β、TNF-α、CTGF、PDGF、血管内皮生长因子以及许多其他蛋白质来调控急性肾损伤和慢性肾病20,21,22,23同样,肾小球、远端小管及其他肾脏上皮细胞,以及间质细胞,在损伤过程中会分泌这些和/或其他蛋白质24,25,26这些细胞类型在细胞因子分泌中的相对贡献难以阐明,因为细胞因子在产生后会迅速被分泌。尽管如此 原位 杂交及其他RNA染色技术可用于标记分泌蛋白的RNA,但这些技术难以与细胞类型特异性标志物或损伤标志物的染色相结合。相比之下,许多研究采用联合方法 体内 研究结果与 体外 在培养的肾细胞中进行的...
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作者无任何利益冲突需要披露。
美国心脏协会(AHA):Kensei Taguchi,20POST35200221;卫生与公共服务部 | 国立卫生研究院 | 国家糖尿病、消化与肾脏疾病研究所(NIDDK):Craig Brooks,DK114809-01 DK121101-01。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 mL 胰岛素注射器 | BD | 329654 | |
| 10 mL 注射器 | BD | 302995 | |
| 2 mL 离心管 | Fisher brand | 05-408-138 | |
| 20 mL 注射器 | BD | 302830 | |
| 25 G 针头 | BD | 305125 | |
| 28 G 针头 | BD | 329424 | |
| 96 孔板 | Corning | 9017 | |
| 马兜铃酸-I | Sigma-Aldrich | A9461 | |
| α-SMA 抗体(与 Cy3 偶联) | Sigma-Aldrich | C6198 | RRID:AB_476856 |
| 冷冻切片机刀片 | C.L. Sturkey. Inc | DT315R50 | |
| 牛血清白蛋白 (BSA) | Sigma-Aldrich | A7906 | |
| 布雷菲德菌素 A | Sigma-Aldrich | B6542 | |
| 顺铂 | Sigma-Aldrich | P4394 | |
| 柠檬酸 | Sigma-Aldrich | 791725 | |
| 共聚焦显微镜 | ZEISS | LSM710 | |
| 共聚焦显微镜物镜 | ZEISS | 40x / 1.10 LD C-Apochromat WATER | |
| 共聚焦显微镜软件 | ZEISS | ZEN | |
| 柯普林瓶 | Fisher Scientific | 19-4 | |
| 盖玻片 | Fisher brand | 12545F | |
| 冷冻切片机 | Leica | CM1850 | |
| CTGF 抗体 | Genetex | GTX124232 | RRID:AB_11169640 |
| Cy3-AffiniPure 驴抗兔 IgG (H+L) | Jackson immunoresearch | 711-165-152 | RRID: AB_2307443 |
| Cy5-AffiniPure 驴抗山羊 IgG (H+L) | Jackson immunoresearch | 705-175-147 | RRID: AB_2340415 |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | |
| 二甲基亚砜 (DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| 一次性包埋底模 | Fisher brand | 22-363-553 | |
| 驴血清 | Jackson immunoresearch | 017-000-121 | |
| 乙醇 | Decon Labs, Inc. | 2701 | |
| 镊子 | VETUS | ESD-13 | |
| 甘氨酸 | Fisher brand | 12007-0050 | |
| 加热垫 | Kent scientific | DCT-20 | |
| 肝素钠盐 | ACROS organics | 41121-0010 | 100mg/15ml dH2O |
| 湿化室 | Invitrogen | 44040410 | 可用铝箔包裹的塑料盒替代湿化室。 |
| 胰岛素注射器 | BD | 329461 | |
| 倒置显微镜 | NIKON | Eclipse Ti-E2 | 免疫荧光 |
| KIM-1 抗体 | R & D | AF1817 | RRID: AB_2116446 |
| Lemozole (Histo-clear) | National diagnostics | HS-200 | |
| 莲属四棱豆凝集素 | Vector | FL-13212 | |
| 显微镜载玻片 | Fisher scientific | 12-550-343 | |
| 切片机 | Reichert | Jung 820 II | |
| 单色 CMOS 相机 | NIKON | DS-Qi-2 | |
| 小鼠手术器械包 | Kent scientific | INSMOUSEKIT | |
| NIS Elements | NIKON | ||
| 物镜 | NIKON | Plan Apo 20x/0.75 | 与 Eclipse Ti-E2(倒置显微镜)连接的图像采集软件 |
| OCT 包埋剂 | Scigen | 4586 | |
| 防扩散笔 | Vector | H-4000 | |
| 含钙镁的 PBS | Corning | 21-030-CV | |
| 不含钙镁的 PBS | Corning | 21-031-CV | |
| PDGF-D 抗体 | Thermo-Fisher scientific | 40-2100 | |
| 多聚甲醛 (PFA) | Electron Microscopy Science | 15710 | RRID: AB_2533455 |
| 酶标仪 | Promega | GloMax® Discover Microplate Reader | 4% PFA 由 16% PFA 在 PBS 中稀释而成。 |
| 聚维酮碘(贝塔碘) | Avrio Health L.P. | NDC 67618-151-17 | |
| 高压锅 | Tristar 8 | Qt. Power Cooker Plus | |
| ProLong Gold 抗荧光淬灭封片剂 | Invitrogen | P36930 | |
| Quantichrom 尿素(BUN)检测试剂盒 II | BioAssay Systems | DUR2-100 | |
| 用于肾脏解剖的单刃剃须刀片(.009", 0.23 mm) | IDL tools | 521013 | |
| 载玻片烘片机 | Lab Scientific Inc., | XH-2001 | |
| 软件 | NIKON | NIS elements | |
| 蔗糖 | RPI | S24060 | |
| TGF-b1 抗体 | Sigma-Aldrich | SAB4502954 | |
| Tris EDTA 缓冲液 | Corning | 46-009-CM | RRID: AB_10747473 |
| 二水合柠檬酸三钠 | Sigma-Aldrich | SLBR6660V | |
| 二水合柠檬酸三钠 | Sigma-Aldrich | SLBR6660V | |
| 吐温-20 | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | |
| Triton | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | |
| 白色带电载玻片,25 x 75 mm,磨边,蓝色磨砂 | Globe Scientific | 1358D |
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