本实验方案描述了一种在小鼠中追踪狼疮进展的方法。另外提供了两种实验程序,用于通过肾脏中的细胞浸润和蛋白质沉积来表征狼疮性肾炎。
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本实验方案描述了一种在小鼠中追踪狼疮进展的方法。另外提供了两种实验程序,用于通过肾脏中的细胞浸润和蛋白质沉积来表征狼疮性肾炎。
系统性红斑狼疮(SLE)是一种自身免疫性疾病,目前尚无已知治愈方法,其特征是包括肾脏在内的多个器官出现持续性炎症。在此情况下,肾脏失去清除血液废物以及调节盐和液体浓度的能力,最终导致肾功能衰竭。女性患病率显著高于男性,尤其是育龄期女性,其发病率是男性的九倍。肾脏疾病是SLE患者死亡的首要原因。本实验方案介绍了一种快速、简便的方法,用于检测收集尿液中的排泄蛋白水平,以追踪狼疮随时间的进展。此外,还提供了一种基于细胞大小和密度选择的方法,用于分离肾脏单个核细胞,以研究白细胞在肾脏中的浸润情况。同时,建立了一种免疫组织化学方法,用于表征肾小球中的蛋白沉积以及肾小管间质区域的白细胞浸润。综合这些方法,有助于研究易患狼疮的MRL/lpr小鼠肾脏中慢性炎症的进展过程。
肾脏的主要功能是通过尿液排出有毒物质,同时维持水和盐的稳态1。系统性红斑狼疮(SLE)患者会出现这一功能受损,导致所谓的狼疮性肾炎(LN)。LN是免疫系统攻击肾脏的结果,引起持续性的肾脏炎症,从而丧失清除血液废物以及调节盐和液体浓度的能力。这最终将导致肾功能衰竭,可能危及生命。在肾炎过程中,循环中的B细胞、T细胞和单核细胞被募集至肾脏,分泌趋化因子、细胞因子以及可形成免疫复合物的自身抗体。这最终导致内皮细胞损伤、膜性损伤、肾小管萎缩和纤维化2。
MRL/Mp-Faslpr(MRL/lpr)狼疮易感小鼠是一种经典的动物模型,可表现出类似人类系统性红斑狼疮(SLE)的临床症状3。该模型在揭示SLE患者主要死亡原因之一——狼疮性肾炎(LN)的发病机制方面发挥了重要作用4。在人类和小鼠的SLE中,LN的特征是由于免疫复合物在肾脏沉积引发逐渐加重的炎症反应,继而激活补体系统,募集炎性细胞,并导致肾功能丧失5。免疫复合物的沉积是诱发肾脏固有细胞产生趋化因子和细胞因子的第一步,这些因子通过招募免疫细胞进一步扩大炎症反应6。本实验方案介绍了多种用于监测肾病进展的技术,可分析肾脏中的细胞浸润和免疫复合物沉积情况。
每周收集尿液可用于检测和观察狼疮发病前、发病期间及发病后的蛋白尿时间进程。蛋白尿作为一种生物标志物,可以确定狼疮性肾炎的生物学进展。该技术的其他优势在于其无创性、成本效益高且易于实施7。当肾脏功能正常时,蛋白尿水平持续保持在较低水平;然而,在MRL/lpr小鼠中,从8至9周龄开始,蛋白尿水平逐渐升高,最终达到足以引起肾功能衰竭的程度8。目前已有多种市售的试剂条和比色试剂可用于监测这一问题。然而,Bradford法在确定蛋白尿的发生及狼疮性肾炎病程方面具有成本低且非常准确的优点。该方法快速,且其试剂不受样品中可能存在的溶剂、缓冲液、还原剂和金属螯合剂的影响9,10,11。
需要考虑的一个重要方面是肾脏中的细胞浸润。这些浸润细胞通过触发分泌细胞因子等可溶性因子,加剧炎症反应,从而促进疾病发生12。为了更清楚地了解浸润中存在哪些细胞群体,一种有效的方法是分离白细胞13。本文以检测B细胞在肾脏中的浸润为例进行说明。该操作首先使用脱氧核糖核酸酶(DNase)和胶原酶进行组织消化,随后通过密度梯度离心去除碎片、红细胞和致密的粒细胞。分离B细胞(CD19+)和浆细胞(CD138+)的原因在于,狼疮性肾脏可富集这些细胞14。有研究表明,肾脏中出现小簇状聚集的B细胞可能提示克隆扩增,进而导致免疫球蛋白(Ig)的产生。浆细胞也被证实常存在于这些细胞聚集体中15。在成功分离白细胞后,可通过使用不同荧光标记抗体进行染色,再利用荧光激活细胞分选技术(FACS)分析目标细胞。
免疫荧光是一种免疫组织化学(IHC)检测方法,可用于在4 μm厚的肾组织样本中对蛋白质进行荧光可视化观察。其他IHC检测方法则取决于分析物的性质、结合化学特性及其他因素16。免疫荧光是一种快速鉴定方法,其原理是将抗原与其对应的、标记有特定荧光染料(或荧光素)的抗体结合。当受到激发时,该荧光染料会发出荧光,可被荧光显微镜检测到。该技术可用于观察补体C3和IgG2a的沉积情况17。补体级联反应的过度激活可能与失控的免疫反应及功能丧失相关18。抗双链DNA(抗-dsDNA)自身抗体在肾脏中的免疫沉积是一个重要问题19,其中IgG2a亚型已被证实与狼疮性肾炎(LN)相关20。具体而言,抗-dsDNA抗体对核物质具有更强的致病性和亲和力,可形成免疫复合物21。当存在IgG2a时,补体级联反应(包括C3)被激活,以清除这些免疫复合物22。C3和IgG2a标志物可分别定量,也可进行共定位叠加分析,以确定二者之间的相关性。
值得注意的是,血清肌酐测定是另一种可靠的检测方法,可与显微镜下血尿和肾活检联合用于诊断狼疮性肾炎(LN)23。然而,蛋白尿的存在是肾小球损伤的强烈指征。因此,在系统性红斑狼疮病程中监测蛋白尿水平有助于发现疾病发作,并补充其他狼疮诊断方法。此外,沉积在肾小球中的免疫复合物可诱发炎症反应,激活补体系统,并募集更多炎症细胞。本方案另一个值得注意的方面是肾脏中B细胞的浸润。这与浸润的T细胞共同作用,放大局部免疫反应,从而引发器官损伤。重要的是,狼疮性肾炎的分类不仅依据显微镜下观察到的肾小球形态学改变,还包括免疫荧光检测到的免疫沉积物。因此,本方案在实验室环境中提供了准确且具有成本效益的肾功能分析方法。
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本方案已获得弗吉尼亚理工学院机构动物护理与使用委员会(IACUC)的批准。由于狼疮疾病在雌性个体中发病率较高,因此仅使用雌性MRL/lpr小鼠。样本采集从4周龄开始,至15周龄结束。小鼠来源于商业渠道(见材料表),并根据机构指南在特定病原体-free环境中饲养和维持。
1. 蛋白尿检测
2. 肾脏细胞的分离
3. 免疫荧光染色
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本方案采用多种方法评估MRL/lpr小鼠的狼疮性肾炎。首先,描述了一种用于研究随时间推移因肾功能障碍导致蛋白尿水平升高的方法。如图1所示,雌性小鼠以每日灌胃200 µL磷酸盐缓冲液(1× PBS)作为对照组,以浓度为109 cfu/mL的益生菌Lactobacillus reuteri作为处理组,每周给药两次。处理从3周龄开始,至15周龄结束。与对照组相比,接受L. reuteri处理的小鼠组蛋白尿进展更为迅速。

图 1<...
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狼疮性肾炎(LN)是系统性红斑狼疮(SLE)患者死亡的主要原因,而加重该疾病的因素仍不明确。本方案的应用旨在通过多种方法表征肾功能,包括蛋白尿检测、分离肾脏白细胞的流式细胞术分析以及冷冻肾脏组织切片的免疫荧光染色。
收集尿液时需要考虑的一个重要问题是,必须在一天中的相同时间和相同的地点进行收集。小鼠是夜行性动物,因此最准确的样本应在小鼠开始活跃之前的傍晚采集。选择这一时间的另一个原因是,MRL/lpr 小鼠通常在夜间大量饮水,导致尿液被稀释。因此,在不恰当的时间采集样本可能会增加尿液浓度和/或体积的变异性。此外,尽可能多地收集尿液对于获得准确的结果也非常重要。
Bradford 法可为我们提供样品中蛋白质含量的估算结果。该方法并非针对任何系统性红斑狼疮(SLE)标志蛋白,但足以反映疾病进展情况26。此外,与其他方法相比,该方法成本较低。值得注意的是,Bradford 法对时间较为敏感,因此必须在半小时内完成。若等待时间过长,样品结果往往会出现数值升高或假阳性。与市售尿液分析试纸条...
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作者声明不存在利益冲突。
感谢弗吉尼亚理工学院及州立大学的流式细胞术核心设施、组织病理学实验室和弗拉林影像中心提供的技术支持。本工作得到了美国国立卫生研究院(NIH)各项基金以及机构内部资助的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 10倍浓度Tris缓冲盐溶液(TBS) | 赛默飞世尔科技 | J60764.K2 | |
| 2-巯基乙醇 | 赛默飞世尔科技 | 21985-023 | |
| 抗人/小鼠 C3 | Cedarlane | CL7632F | |
| 抗小鼠 CD138 BV711 | Biolegend | 142519 | |
| 抗小鼠 CD45 AF700 | Biolegend | 103127 | |
| 牛血清白蛋白 | Sigma-Aldrich | A9418-100G | |
| 胶原酶D | Sigma-Aldrich | 11088882001 | |
| 共聚焦显微镜 LSM 880 | Zeiss | LSM 880 | |
| 考普林瓶 | Fisher Scientific | 50-212-281 | |
| 冷冻模具 | Fisher Scientific | NC9511236 | |
| 密度梯度介质 | GE Healthcare | 17-1440-02 | Percoll |
| DEPC 处理水 | 赛默飞世尔科技 | AM9906 | |
| DNase I | Sigma-Aldrich | D4527 | |
| dsDNA-EC | InvivoGen | tlrl-ecdna | |
| 乙二胺四乙酸 | Fisher Scientific | S311-500 | EDTA |
| EVOS M5000 显微成像系统 | 赛默飞世尔科技 | AMF5000 | |
| FACS 融合细胞分选仪 | BD 生物科学 | FACS 融合 | |
| 胎牛血清 - 优质,经热灭活 | R&研发系统 | S11150H | |
| Fisherbrand 96孔聚苯乙烯板 | Fisher Scientific | 12-565-501 | |
| GraphPad Prism | GraphPad | N/A | |
| 汉克’s 平衡盐溶液 | 赛默飞世尔科技 | 14175-079 | |
| HEPES | 赛默飞世尔科技 | 15630-080 | |
| ImageJ 软件 | 美国国立卫生研究院 | N/A | |
| 罗伊氏乳杆菌 Kandler 等 | ATCC | 23272 | |
| MEM非必需氨基酸 | 赛默飞世尔科技 | 11140-050 | |
| MRL/MpJ-Fas lpr /J 小鼠(MRL/lpr) | 杰克逊实验室 | 485 | |
| 指甲油 | N/A | N/A | 任何常规商店 |
| O.C.T. 化合物 | Tisse-Tek | 4583 | |
| PAP笔 | Sigma-Aldrich | Z377821 | |
| Peel-A-Way 一次性包埋模具 | Polysciences | R-30 | |
| 青霉素-链霉素 | 赛默飞世尔科技 | 15140-122 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | 赛默飞世尔科技 | 70011069 | |
| Pierce 20x TBS 缓冲液 | 赛默飞世尔科技 | 28358 | |
| Pierce Coomassie Plus(Bradford)检测试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | 23236 | 包含白蛋白标准品 |
| ProLon Gold 抗荧光淬灭封片剂 | ThermoFisher | P36934 | |
| 纯化大鼠抗小鼠 CD16/CD32 | BD 生物科学 | 553141 | FcR封闭 |
| RPMI 1640 | 赛默飞世尔科技 | 11875-093 | |
| 丙酮酸钠 | 赛默飞世尔科技 | 11360-070 | |
| SpectraMax M5 | Molecular Devices | N/A | SoftMax Pro 6.1 软件 |
| 无菌细胞滤网 100 µM | Fisher Scientific | 22363549 | |
| Tween 20 | Fisher Scientific | BP337-500 | |
| 盐酸万古霉素 | Goldbio | V-200-1 | |
| Zombie Aqua | Biolegend | 423102 | 用于流式细胞术分析的荧光染料 |
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