富含脂质的肝细胞在肝脏再生过程中具有内在作用,但通常在密度梯度离心过程中丢失。本文介绍了一种优化的细胞分离方案,可保留脂肪变性肝细胞,从而在小鼠部分肝切除术后获得具有代表性的再生肝细胞群体。
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富含脂质的肝细胞在肝脏再生过程中具有内在作用,但通常在密度梯度离心过程中丢失。本文介绍了一种优化的细胞分离方案,可保留脂肪变性肝细胞,从而在小鼠部分肝切除术后获得具有代表性的再生肝细胞群体。
部分肝切除术已广泛用于研究小鼠肝脏再生,但为后续单细胞应用分离出高产量且存活率高的肝细胞仍具挑战性。在小鼠正常肝脏再生的前两天内,可观察到再生肝细胞中脂质显著积聚。这种被称为再生相关性短暂性脂肪变性(TRAS)的现象虽为暂时性,但与主要增殖阶段存在部分重叠。密度梯度纯化是目前大多数原代肝细胞分离方案的核心步骤。由于梯度纯化依赖于细胞的密度和大小,因此会将非脂肪变性肝细胞与脂肪变性肝细胞分离开。因此,脂肪变性的肝细胞常被丢失,导致所获得的肝细胞群体缺乏代表性。
本文所述方案介绍了一种简便且可靠的 体内 无论脂质含量如何分离再生肝细胞。在雄性C57BL/6小鼠肝切除术后24-48小时,采用经典的两步胶原酶灌注法分离肝细胞。标准蠕动泵驱动预热的灌注液 通过 将导管插入下腔静脉,利用逆行灌注技术经门静脉流出,灌注残余肝脏。通过胶原酶消化使肝细胞从格利森囊分离。经洗涤和仔细离心后,肝细胞可用于后续各项分析。总之,本文介绍了一种简单且可重复的小鼠部分肝切除术后分离再生肝细胞群体的技术。该方法也有助于脂肪肝疾病的研究。
即使在发生重大组织损失后,肝脏仍能自我再生。这种独特的再生能力在部分(70%)肝切除的实验模型中得到了明确体现,该模型最早由 Higgins 和 Anderson 于 1931 年在大鼠中首次描述1。在此模型中,通过手术切除较大的肝叶,将动物体内 70% 的肝脏组织移除。剩余的肝叶随后通过代偿性肥大迅速生长,通常在术后约 1 周内恢复原有的肝脏质量,但并不恢复原有的肝脏结构2,3。此外,研究人员还开发了不同切除比例的其他肝切除模型,例如 86% 扩展性肝切除,其中残留肝组织过小而无法恢复,最终导致 30%–50% 的实验动物出现肝切除后肝功能衰竭(PHLF)并相继死亡4,5,6。这些模型可根据切除组织的多少,用于研究正常或失败的肝脏再生过程(图 1)。
尽管肝切除小鼠模型已被成功使用多年,但直到最近更先进的分析方法才使得在单细胞水平上获得更深入的见解成为可能。然而,对于大多数这些方法而言,获得单个肝细胞是基本前提。目前大多数原代肝细胞分离方案均基于两步胶原酶灌注技术,随后通过密度梯度纯化,以将活肝细胞与碎片、非实质细胞以及死亡细胞分离开来7,8,9。该方法最早由Berry和Friend于1969年提出10,并在1972年由Seglen及其同事进行了改进11,12。然而,由于梯度离心依赖于细胞的密度和大小,富含脂质的肝细胞在标准纯化过程中常常丢失。虽然此类损失在许多研究问题中可能微不足道,但对于早期肝再生研究而言却至关重要。在再生的最初两天内,再生小鼠肝脏中的肝细胞会积累脂质,导致细胞体积增大、密度降低。这种与再生相关的短暂性脂肪变性(TRAS)为肝脏再生提供能量来源,具有暂时性,但部分与主要增殖阶段重叠,并且在肝小叶(肝脏的功能单位)内分布不均13,14。然而,在大范围86%肝切除术后,TRAS同样会发生但持续存在,原因是再生受阻,脂质无法被氧化14。因此,在70%或86%肝切除术后采用梯度纯化法分离肝细胞将导致所得细胞群体缺乏代表性,因为大多数富含脂质的肝细胞因其密度较低而在纯化过程中丢失15。
在本改良的分离方案中,于C57BL/6小鼠肝切除术后24-48小时,采用经典的两步胶原酶灌注法分离肝细胞。通常,细胞分离所需的残余肝脏插管和灌注操作在此时间段内进行 通过 门静脉。然而,大范围切除术后残留的小部分肝脏中门静脉血管阻力较高16,因此灌注过程需十分轻柔。由于肝切除术不影响下腔静脉,因此可轻松进行逆向灌注 通过 下腔静脉插管。标准蠕动泵驱动加温后的溶液 通过 通过门静脉流出,采用逆行灌注法将导管插入下腔静脉至肝脏残余部分补充图 S1)。肝细胞通过胶原酶消化从格利森囊分离并释放。经过洗涤及采用低速离心法逐步分离获取活肝细胞后,这些肝细胞可用于任何后续分析。
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所有动物实验均遵循瑞士联邦动物管理条例,并经苏黎世兽医办公室批准(编号 007/2017、156/2019),以确保动物福利。使用10至12周龄的雄性C57BL/6小鼠,饲养于12小时昼夜循环环境中,自由摄食和饮水。每个实验组包含六至八只动物。有关本实验方案中使用的所有材料、设备和试剂的详细信息,请参见材料表。
1. 小鼠部分肝切除术

图1:小鼠标准(70%)和扩大(86%)肝切除术。(A)小鼠肝脏的五个叶及其各自占肝脏总重量的比例。(B)小鼠70%肝切除术的示意图。深色部分表示未来的肝脏残留部分。(C)小鼠86%肝切除术的示意图。深色部分表示未来的肝脏残留部分。(D)70%和86%肝切除术后切除组织的精确体积。(E)小鼠70%肝切除术后即刻的腹部情况;(F)小鼠86%肝切除术后即刻(左)和48小时后(右)的腹部情况。注意脂肪变性残留肝组织的苍白颜色(白色箭头)。n = 6–7/组。缩写:sHx = 标准肝切除术;eHx = 扩大肝切除术;LW = 肝脏重量。请点击此处查看该图的放大版本。
2. 灌注液的制备
表1:用于肝细胞消化和纯化的溶液与缓冲液。 请点击此处下载该表格。
3. 灌注设备的准备

4. 插管与灌注

图3:从插管到消化的灌注过程。(A)小鼠肝脏解剖结构,显示下腔静脉(白色箭头)和门静脉(黄色箭头)。(B)下腔静脉插管。用结扎线固定套管(白色箭头),并用微血管夹标记门静脉开放处的流出位置(未夹闭)。(C)注意在灌注液清除肝脏残留血液之前,肝脏表面出现的斑块状结构(白色箭头)。切开皮肤(黄色箭头),并放置棉签以确保血液和灌注液的排出。可使用血管夹或镊子进行间歇性夹闭。(D)肝脏应完全清除血液(*)。当含有胶原酶的消化液进入肝脏后,肝脏在夹闭后不再松弛,且肝叶体积增大。(E)一段时间后,可观察到肝脏表面出现气泡样外观(*)。请点击此处查看该图的放大版本。
5. 消化
6. 肝脏的制备
7. 肝细胞提取

图 4:通过温和离心进行纯化。(A)提取步骤后剩余的肝脏匀浆。(B)匀浆的显微图像(20倍放大),注意可见明显的碎片污染。(C)纯化离心步骤,以及(D)将被弃去的上清液的显微图像。(E)纯化后的肝细胞组分的显微图像。比例尺 = 100 µm。请点击此处查看该图的放大版本。
8. 肝细胞分离
9. 流式细胞术用分离肝细胞的制备
10. 使用流式细胞术分析肝细胞
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在肝切除术后16小时,肝再生相关性苍白(TRAS)达到高峰,并在标准肝切除术后32-48小时内逐渐消失,但在扩大肝切除术后会持续超过48小时。肉眼可见,TRAS表现为肝脏残留部分的苍白外观(图1F),可在肝切除术后16至48小时的小鼠中观察到。
70%肝切除术后小鼠的估计最终肝细胞产量为10-15 × 106,扩大至86%肝切除术后为4-9 × 106,最终平均活力分别为78%和65%。这与来自整只小鼠肝脏的总产量50-70 × 106相比,符合预期比例(图6A,C)。部分肝切除术后,肝细胞的细胞体积较正常肝脏增大,与其脂质含量增加相对应(图6B)。门控策略见补充图S4。
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已发表的方案提供了一种可靠且简便的方法,用于分离获得高产量的正常及脂肪变性小鼠肝细胞,适用于单细胞下游分析或经FACS分选后的细胞群体分析。与密度梯度纯化法相比,其显著优势在于细胞内的脂质含量几乎不影响肝细胞的有效得率。因此,脂肪变性肝细胞的比例得以保留并包含在后续分析中。这一点不仅对于脂肪生成性肝病的研究至关重要,而且在研究大部肝切除术后相关过程时也极为关键,因为在肝再生的最初2-3天内,肝细胞会表现出时空动态的脂肪变性。尽管在肝切除术后已开展过对分离肝细胞的(单细胞)分析19,20,21,但可以推断,所分析的细胞群体至少部分缺失了富含脂质的肝细胞,因此结果未能完全代表真实情况,而偏向于瘦型肝细胞。
目前,TRAS 的功能尚未完全阐明。例如,肝小叶内脂质含量的空间差异仍不清楚。因此,需要一种能够在不将这些细胞精确排除在分析之外的情况下实现定性和定量检测的方法(例如用于单细胞转录组学、流式细胞术和...
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作者声明不存在任何竞争利益。
本研究由瑞士国家科学基金会(项目资助号 310030_189262)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 试剂 | |||
| Alexa Fluor 488 Zombie green | BioLegend | 423111 | 胺反应性活率染料 |
| Attane Isoflurane ad us. vet. 99.9% | Provet AG | QN01AB06 | 注意:需要通风 |
| EDTA 溶液 | Sigma-Aldrich | E8008-100ML | - |
| 乙醇 | Sigma-Aldrich | V001229 | 用水稀释至 70% |
| 胎牛血清 (FCS) | Gibco | A5256701 | - |
| Hanks' 平衡盐溶液 (HBSS),含 Ca2+、Mg2+,含酚红 | Sigma-Aldrich | H9269-6x600ML | 用于消化/保存 |
| Hanks' 平衡盐溶液 (HBSS),无 Ca2+,无 Mg2+,无酚红 | Sigma-Aldrich | H6648-6x500ML | 用作灌注缓冲液 |
| HEPES 溶液,1 M | Sigma-Aldrich | 83264-100ML-F | - |
| Histoacryl 组织粘合剂(丁基-2-氰基丙烯酸酯) | B. Braun | 1050052 | 用于固定插管部位 |
| Hoechst 33258 染色染料溶液 | Abcam | ab228550 | - |
| Liberase 研究级 | Roche | 5401119001 | 冻干胶原酶 I/II |
| 0.9% NaCl 500 mL Ecotainer | B. Braun | 123 | - |
| Paralube Vet 软膏 | Dechra | 17033-211-38 | - |
| 磷酸盐缓冲液 (PBS) | Gibco | A1286301 | - |
| Sudan IV – 脂质染色 | Sigma-Aldrich | V001423 | - |
| Temgesic(盐酸丁丙诺啡)注射液 0.3 mg/mL | Indivior Europe Ltd. | 345928 | 麻醉药品,需安全存放 |
| 台盼蓝,0.4%,无菌过滤 | Sigma-Aldrich | T8154 | 用于细胞计数 |
| Williams’ Medium E | Sigma-Aldrich | W4128-500ML | - |
| 材料 | |||
| 25 mL 刻度移液管,Greiner Cellstar | Merck | P7865 | - |
| 50 mL Falcon 管 | TPP | - | - |
| BD Neoflon Pro IV 导管 26 G | BD Falcon | 391349 | - |
| 细胞刮刀,旋转刀片宽度 25 mm | TPP | 99004 | - |
| Falcon 细胞筛,100 µm 尼龙 | BD Falcon | 352360 | - |
| 带孔无菌手术巾 | - | - | 可重复使用的布料 |
| 16# 管用填充喷嘴(内径 3.1 mm) | Drifton | FILLINGNOZZLE#16 | 插入管中使用 |
| 流式细胞仪管,5 mL | BD Falcon | 352008 | - |
| 雄性鲁尔接头转接头,管内径 3.2 mm | Drifton | LM41 | 连接注射器的管路 |
| 培养皿,96 x 21 mm | TPP | 93100 | - |
| Prolene 5-0 | Ethicon | 8614H | 用于胸骨牵开 |
| Prolene 6-0 | Ethicon | 8695H | 用于皮肤缝合 |
| Prolene 8-0 | Ethicon | EH7470E | 结扎胆囊 |
| 16# 管,壁厚 1.6 mm,内径 3.2 mm,外径 6.4 mm | Drifton | SC0374T | 灌注管 |
| 设备 | |||
| BD LSRFortessa 细胞分析流式细胞仪 | BD | - | - |
| Isis 啮齿类动物剃毛器 | Aesculap | GT421 | - |
| 异氟烷工作站 | Provet | - | - |
| 低速离心机 – Scanspeed 416 | Labogene | - | - |
| 改进型 Neubauer 计数板 | Marienfeld | - | - |
| 氧气浓缩器 – EverFlo | Philips | 1020007 | 0 – 5 L/min |
| Pipetboy – Pipettor Turbo-Fix | TPP | 94700 | - |
| Shenchen 灌注泵 – YZ1515x | Shenchen | YZ1515x | - |
| 手术显微镜 – SZX9 | Olympus | - | - |
| ThermoLux 加热垫 | Thermo Lux | - | - |
| Vortex Genie 2,2700 转/分钟 | NeoLab | 7-0092 | - |
| 水浴锅 – Precision GP 02 | Thermo scientific | - | 调节至 42 °C |
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