本文提出了一种系统化、易于操作且可重复的实验方案,用于通过2′,7′-二氯荧光素二乙酸酯探针(DCFH-DA)检测穆勒胶质细胞(MGCs)中的细胞内活性氧(ROS)。该方法利用流式细胞仪对细胞内总活性氧水平进行定量分析。本方案操作简便,适用性强,且具有良好的可重复性。
方法文章
本文提出了一种系统化、易于操作且可重复的实验方案,用于通过2′,7′-二氯荧光素二乙酸酯探针(DCFH-DA)检测穆勒胶质细胞(MGCs)中的细胞内活性氧(ROS)。该方法利用流式细胞仪对细胞内总活性氧水平进行定量分析。本方案操作简便,适用性强,且具有良好的可重复性。
氧化还原平衡在维持细胞稳态中具有重要作用。活性氧(ROS)的过量生成可导致蛋白质、脂质和DNA的修饰,最终可能引起细胞功能改变及细胞死亡。因此,细胞通过激活抗氧化通路(如Keap1/Nrf2通路)或增强抗氧化清除物质(如维生素A、C和E,β-胡萝卜素以及多酚类等)来提升抗氧化防御能力,以应对有害刺激,这对细胞是有益的。炎症和氧化应激参与了多种视网膜病变(如糖尿病视网膜病变(DR)和早产儿视网膜病变(ROP))的发生和发展过程。由于穆勒胶质细胞(MGCs)在神经视网膜组织稳态中发挥关键作用,因此被认为是研究这些细胞保护机制的理想模型。在此背景下,采用一种可重复且简便的方法定量检测ROS水平,对于评估参与细胞抗氧化防御机制的通路或分子的作用至关重要。本文详细描述了在MGCs中使用DCFH-DA探针结合流式细胞术检测ROS所需的操作步骤,并提供了利用软件进行流式细胞术数据分析的关键步骤,使读者能够测量ROS水平(FITC的几何均值)并分析荧光强度直方图。这些工具不仅有助于评估细胞受到损伤后ROS水平的升高情况,还可用于研究某些分子可能对细胞提供的抗氧化保护效应。
神经视网膜是一种高度有序的组织,具有明确分层的神经元结构。在这些层次中,神经元(包括节细胞、无长突细胞、双极细胞、水平细胞和光感受器细胞)相互连接,同时也与穆勒胶质细胞(MGCs)和星形胶质细胞相连接,从而实现有效的光信号转导和视觉信息处理1,2。已知穆勒胶质细胞在维持视网膜稳态中发挥重要作用,因为它们贯穿整个视网膜各层,能够与所有类型的细胞相互作用,调节多种保护性过程。研究表明,穆勒胶质细胞对视网膜神经元的维持和存活具有多种重要功能,包括通过糖酵解为神经元提供能量、清除神经元代谢废物、神经递质的再循环以及释放神经营养因子等3,4,5。
另一方面,炎症、氧化应激和亚硝基化应激参与了多种人类疾病(包括视网膜病变)的发生和发展6,7,8,9,10,11。细胞内的氧化还原平衡依赖于对活性氧(ROS)水平的严格调控。在生理条件下,ROS主要作为有氧呼吸的副产物持续生成。ROS家族的主要成员包括活性自由基,如超氧阴离子(O2͘͘͘͘•−)、羟基自由基(•OH)、各类过氧化物(ROOR′)、氢过氧化物(ROOH),以及非自由基形式的过氧化氢(H2O2)12,13。近年来的研究表明,ROS在细胞内通过调控关键生物学过程发挥重要的信号传导作用。Müller胶质细胞(MGCs)可通过激活转录因子核因子E2相关因子2(Nrf2),继而表达抗氧化蛋白,从而在病理条件下清除过量产生的ROS,形成强大的抗氧化防御系统14,15,16。当细胞因ROS过度生成或清除能力缺陷而失去氧化还原平衡时,氧化应激的累积会导致蛋白质、脂质和DNA发生有害修饰,进而引发细胞应激或细胞死亡。增强视网膜抗氧化防御系统有助于改善并预防早产儿视网膜病变(ROP)和视网膜脱离(RD)等视网膜疾病17,18,19,20,21,22,23,24。因此,实时检测ROS的生成是一种强大且实用的工具。
检测细胞内活性氧(ROS)生成或氧化应激的方法有多种。其中,2′,7′-二氯荧光素二乙酸酯(DCFH-DA)探针是直接定量细胞氧化还原状态最常用的技术之一25,26,27,28。该探针具有脂溶性且无荧光。探针可扩散穿过细胞膜,并被细胞内酯酶在两个酯键处水解,生成一种极性较高且不能透过细胞膜的产物——2′,7′-二氯荧光素(H2DCF)。这种无荧光的分子在细胞内积累,随后被活性氧氧化,生成高度荧光的产物DCF。该探针的氧化反应由多种活性氧共同作用所致(如过氧亚硝酸盐、羟基自由基、一氧化氮或过氧化物),其荧光信号可通过流式细胞术或共聚焦显微镜检测(发射波长530 nm,激发波长485 nm)。该技术的局限性在于,超氧阴离子和过氧化氢与H2DCF的反应较弱25,29。本文中,我们采用DCFH-DA探针结合流式细胞术来检测和定量ROS。为此,在加载荧光探针前,我们使用ROS诱导剂A或B刺激MGCs以诱导ROS的产生。此外,我们还使用了一种抗氧化化合物。最后,我们展示了采用该实验方案获得的代表性且可靠的数据。
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注意:缓冲液成分见表1。
1. 细胞培养准备
注意:此处描述的是MIO-M1细胞的培养制备,MIO-M1是一种自发永生化的人类穆勒胶质细胞系(Moorfield's/Institute of Ophthalmology-Müller 1)。操作时务必采用规范的无菌技术,并在层流罩内进行。
2. 检测条件与对照
3. 实施检测
注意:该检测在第7天进行。除非另有说明,操作时务必采用规范的无菌技术,并在层流罩内进行。
4. 流式细胞术的细胞准备
5. 在流式细胞仪中进行数据采集
6. 所获数据的分析
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如方案部分所述,我们展示了具有代表性的定量数据,通过荧光探针DCFH-DA检测经ROS诱导剂A或B刺激的MIO-M1细胞中活性氧(ROS)的产生。结果表明,未刺激细胞的FITC荧光强度高于自发荧光水平(图1A,比较“基础对照”与“自发荧光对照”,散点图)。这归因于MIO-M1细胞存在基础水平的ROS生成(图1B,比较“基础对照”与“自发荧光对照”,直方图)。
有趣的是,当细胞经活性氧诱导剂A或B刺激后,观察到FITC荧光显著增强(图1B,比较“ROS inducer A”样本与“basal control”以及“ROS inducer B”样本与“basal control”,柱状图)。此外,当细胞在使用活性氧诱导剂A或B之前预先用抗氧化化合物处理,荧光水平降低至接近基础水平(图1B,分别比较“ROS inducer A”与“pretreatme...
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多种病理状态(如癌症、炎症性疾病、缺血/再灌注损伤、缺血性心脏病、糖尿病和视网膜病变)以及生理过程(如衰老)均可导致活性氧(ROS)的过度产生6,7,8,9,10,11。因此,检测、测定并理解参与调控ROS的信号通路,已成为多种疾病研究中的重要目标。利用探针检测ROS水平(如DCFH-DA)的方法在科学文献中已有广泛描述,且易于实施并被普遍接受26,27,28。本文中,我们介绍一种详细且可重复的实验方案,用于通过流式细胞术在MGCs中检测和定量ROS水平。
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作者声明无利益冲突。
The authors would like to thank María Pilar Crespo and Paula Alejandra Abadie of CIBICI (Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología, CONICET-UNC, Córdoba, Argentina) for assistance in flow cytometry and Gabriela Furlan and Noelia Maldonado for cell culture assistance. We also thank Victor Diaz (Pro-Secretary of Institutional Communication of FCQ) for the video production and editing.
This article was funded by grants from Secretaría de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Córdoba (SECyT-UNC) Consolidar 2018-2021, Fondo para la Investigación Científica y Tecnológica (FONCyT), and Proyecto de Investigación en Ciencia y Tecnología (PICT) 2015 N° 1314 (all to M.C.S.).
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2′,7′-DCFH-DA | 西格玛 | 35845-1G | |
| 4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸 (HEPES) | 生命技术公司吉博科 | 15630-080 | |
| BD FACSCanto II 流式细胞仪 | BD 生物科学 | FACSCanto | |
| BD FACSDiva 软件 | BD 生物科学 | ||
| 细胞培养皿 100×20 mm | Cell Star- Greiner Bio-One | 664 160 | |
| 离心机 | 赛默飞 | Sorvall legend micro 17 R | |
| 离心管 (15 ml) | BIOFIL | CFT011150 | |
| 离心管 (50 ml) | BIOFIL | CFT011500 | |
| 冻存管 | CRYO.S - Greiner Bio-One | 126263 | |
| 二甲基亚砜 | 西格玛-奥德里奇 | W387520-1KG | |
| 磷酸氢二钠七水合物 | 默克 | 106575 | |
| 无酚红 DMEM 培养基 | 生命技术公司吉博科 | 31053-028 | |
| Dulbecco’s 改良伊格尔’s 培养基 (DMEM) | 生命技术公司吉博科 | 11995065 | |
| 乙二胺四乙酸 (EDTA) 二钠盐二水合物 | 默克 | 324503 | |
| 胎牛血清 | Internegocios | ||
| FlowJo v10 软件 | BD 生物科学 | ||
| 葡萄糖 | 默克 | 108337 | |
| 血细胞计数板,Neubauer 计数室 | BOECO,德国 | ||
| 层流罩 | ESCO | AC2-6E8 | |
| L-谷氨酰胺 (GlutaMAX) | 生命技术公司吉博科 | A12860-01 | |
| MitoSOX 红 | 英伟特根 | M36008 | |
| 青霉素/链霉素 | 生命技术公司吉博科 | 15140-122 | |
| 氯化钾 | 默克 | 104936 | |
| 磷酸二氢钾 | 默克 | 4878 | |
| 5 ml 圆底聚苯乙烯管(流式细胞术管) | Falcon - Corning | BD-352008 | |
| 叠氮化钠 | 默克 | 822335 | |
| 氯化钠 | 默克 | 106404 | |
| 氢氧化钠 | 默克 | 106462 | |
| SPINWIN 微量离心管 1.5 ml | Tarson | 500010-N | |
| 6 孔组织培养板 | BIOFIL | TCP011006 | |
| 台盼蓝 | 默克 | 111732 | |
| 胰蛋白酶-EDTA 0.5% 10X | 生命技术公司吉博科 | 15400-054 | |
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