本文介绍了一种诱导与分析的方法方案 体外 中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)。通过定量DNA、抗菌肽(LL37)及酶活性,获得数据显示在相似的受控条件下,由微生物和化学刺激诱导产生的NETs在组成和形态上存在差异。
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本文介绍了一种诱导与分析的方法方案 体外 中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)。通过定量DNA、抗菌肽(LL37)及酶活性,获得数据显示在相似的受控条件下,由微生物和化学刺激诱导产生的NETs在组成和形态上存在差异。
中性粒细胞通过多种机制在先天免疫反应中发挥第一道细胞防御作用,例如形成中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps, NETs)。本研究采用标准化方法分析微生物和化学刺激物诱导的NETs在形态和组成上的变化 体外 用于诱导和表征人类细胞中NET的方法。本文所述方案可用于分析NET的形态(裂解性或非裂解性)和组成(DNA-蛋白质结构及酶活性),以及可溶性因子或细胞接触对这些特征的影响。此外,本文描述的技术可经修改用于评估外源性可溶性因子或细胞接触对NET组成的影响。
所采用的技术包括利用双密度梯度(1.079–1.098 g/mL)从人外周血中纯化多形核细胞,通过瑞氏染色、台盼蓝排斥法及流式细胞术(包括前向散射光与侧向散射光分析以及7AAD染色)验证,可确保细胞纯度和活性达到最佳水平(≥ 95%)。中性粒细胞胞外诱捕网(NET)的形成通过微生物刺激诱导铜绿假单胞菌,金黄色葡萄球菌,以及 白色念珠菌)以及化学刺激物(佛波酯,HOCl)进行刺激,并通过DNA-DAPI染色、抗菌肽cathelicidin(LL37)免疫荧光染色以及酶活性(中性粒细胞弹性蛋白酶、组织蛋白酶G和髓过氧化物酶)定量来表征NETs。图像通过荧光显微镜采集,并使用ImageJ软件进行分析。
中性粒细胞是血液中最丰富的白细胞,在清除病原体过程中通过多种机制发挥关键作用,其中包括释放由DNA以及多种细胞核、细胞质和颗粒抗菌蛋白组成的大分子染色质结构1,2。最早描述中性粒细胞这种抗菌作用的文献由Takei等人3于1996年发表。这些作者报道了一种不同于凋亡和坏死性凋亡的新型细胞死亡方式,表现为中性粒细胞出现核破裂,随后核质释放到细胞质中,并在佛波酯(phorbol myristate acetate, PMA)刺激孵育3小时后细胞膜通透性增加2,3。然而,直到2004年,“"中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps, NETs)"”这一术语才被正式提出4。
中性粒细胞胞外诱捕网(NET)的形成已在多种条件下被观察到,例如细菌、真菌感染等5,病毒的6以及寄生虫感染,用于中和、杀灭微生物并防止其扩散7其他研究表明,无菌性刺激物(如细胞因子、单钠尿酸或胆固醇晶体、自身抗体、免疫复合物以及活化的血小板)也可在非致病条件下引发该过程。7脂多糖(LPS)、白细胞介素-8(IL-8)和佛波酯(PMA)是最早被发现的 体外 被描述为NET诱导剂的刺激物,以及 体内 NET在急性炎症的两个模型——实验性痢疾和自发性人类阑尾炎中的致病过程参与作用已得到证实4DNA 是 NET 的关键组分。其适当的结构和组成对于捕获和杀灭微生物至关重要,可通过向被捕获的微生物递送高局部浓度的抗菌分子来实现。这一点已通过短时间脱氧核糖核酸酶(DNase)处理得到证实,该处理可使 NET 解体并丧失其杀微生物特性。4除DNA外,中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)还包括组蛋白、中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)、组织蛋白酶G(CG)、蛋白酶3、乳铁蛋白、明胶酶、髓过氧化物酶(MPO)以及抗菌肽(AMPs)等结合蛋白,后者如阳离子促炎肽cathelicidin LL-37等8,9此类聚集体可形成直径达50 nm的较大纤维结构。这些因素可破坏微生物的毒力因子或病原体细胞膜的完整性;此外,抗菌肽(AMPs)还能稳定中性粒细胞胞外诱捕网(NET)来源的DNA,防止其被细菌核酸酶降解10.
调控NET形成的特异性机制尚未完全阐明。目前研究最为清楚的NET释放通路是通过ERK信号通路,该通路可导致NADPH氧化酶活化和活性氧(ROS)的产生,同时增加细胞内钙离子浓度,从而触发MPO通路的活化。后者将过氧化氢转化为次氯酸,并通过氧化作用活化中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)11,12。NE负责降解细胞骨架中的肌动蛋白丝,以阻断吞噬作用,并将这些成分转运至细胞核,经蛋白水解切割以及PAD4介导的脱氨基作用进行加工,促使染色质纤维去致敏,进而与颗粒和胞质蛋白结合,最终释放到细胞外7。这些蛋白酶包括来自嗜天青颗粒中嗜天青颗粒复合物(azurosome complex)释放的蛋白酶,以及其他如组织蛋白酶G(cathepsin G)等蛋白酶13。
根据中性粒细胞形态学变化的不同,中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)可分为两种类型:一种是导致细胞死亡的自杀性或裂解性NET形成4,另一种是由活细胞介导的生理性或非裂解性NET形成,其通过囊泡释放核DNA或线粒体DNA实现,并残留具有吞噬能力的无核细胞质体14,15。通常,由线粒体DNA组成的NETs呈现细长纤维状14形态,而由核DNA构成的NETs则呈云雾状外观3。然而,目前尚不清楚中性粒细胞如何选择其DNA来源。与以往认为NET形成的经典途径需要数小时的描述不同,生理性途径可在5–60分钟内迅速激活15。
尽管取得了这些进展,中性粒细胞胞外诱捕网(NET)的组成会因刺激物的不同而有所差异;例如,不同类型的黏液型和非黏液型菌株 P. aeruginosa 诱导形成含有33种常见蛋白和多达50种可变蛋白的NETs7因此,有必要统一相关技术,以便在研究团队中得出客观的结论。本文描述了一种包含多种技术的实验方案,可用于比较和评估由不同微生物诱导产生的中性粒细胞胞外陷阱(NETs)的组成、结构及形态。 金黄色葡萄球菌 (革兰氏阳性细菌),铜绿假单胞菌 (革兰氏阴性细菌), 和 白色念珠菌 (真菌)以及化学刺激物(PMA、HOCl)在健康个体的人中性粒细胞中诱导的中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)。代表性结果表明,在相似条件下,NETs的异质性取决于其诱导刺激物 体外 条件,通过DNA-DAPI染色、LL37免疫染色以及酶活性(NE、CG和MPO)定量进行表征。
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血液样本来自临床健康志愿者在知情同意后的捐赠。所有实验均获得瓦哈卡自治大学生物化学科学学院人类研究伦理委员会许可后进行。
注意:研究的纳入标准为性别和年龄不明确,且根据参与者在采集血样前填写的问卷结果显示临床健康。通过血液学分析确定细胞计数,并排除感染或贫血;同时进行C反应蛋白检测,以排除供体存在炎症。
1. 外周血采集及红细胞与白细胞组分的获取
2. 采用双密度梯度法纯化多形核中性粒细胞(PMN)
注意:采集血液后应立即进行中性粒细胞纯化,因为其存活时间有限 体外 约8小时的寿命。
3. 中性粒细胞形态与活性(图1B)
4. 微生物的CFSE染色
5. NET 诱导
6. 荧光显微镜观察中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)
7. 酶活性定量
8. 统计分析

图1中性粒细胞纯化及NET诱导方案 (A) 从外周血中移除血浆以获得红细胞和白细胞层,按1:1 (v/v) 比例用1×DPBS稀释。然后沿管壁缓慢加入4 mL稀释后的样品至双密度梯度管中,于320 × g离心 g 20 分钟 4 °C,获得不同细胞层的分离,并回收对应于PMN的细胞层。B纯化的细胞进行计数,并通过瑞氏染色分析其形态。细胞活力通过台盼蓝排斥法及7AAD染色结合流式细胞术测定。在确认中性粒细胞纯度和活力达到最佳状态后,通过添加微生物诱导中性粒细胞胞外陷阱(NET)形成金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌) 或化学物质(PMA、HOCl)于24孔板中,通过DAPI-DNA、抗LL37 Alexa Fluor 594及微生物-CFSE染色,用于荧光显微镜分析。为定量酶活性,于96孔板中诱导NETs形成3小时,随后加入DNase处理,并分别添加中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)、组织蛋白酶G(CG)和髓过氧化物酶(MPO)的底物,通过分光光度法测定显色变化。DPBS = Dulbecco's磷酸盐缓冲液;PBMC = 外周血单个核细胞;PMN = 多形核中性粒细胞;NE = 中性粒细胞弹性蛋白酶;CG = 组织蛋白酶G;MPO = 髓过氧化物酶;PMA = 佛波酯(Phorbol myristate acetate);HOCl = 次氯酸。 请点击此处以查看此图的放大版本。
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中性粒细胞的纯度与活力
通过双密度梯度纯化后,在离心管中可观察到不同的动态细胞层。其中,对应于粒细胞的层位于密度为1.079 g/mL的分层之上,可与外周血单个核细胞(PBMCs)及红细胞所在层区分开来(图1A)。通过Wright染色验证纯化细胞的形态,显微镜下可见具有由细丝状结构连接的分叶核的细胞,符合成熟中性粒细胞的特征(图2A)。由于中性粒细胞的半衰期较短,其活力对于后续的NET诱导实验至关重要。因此,采用台盼蓝排斥染色法检测细胞活力,通过评估染料无法穿透完整细胞膜的情况来判断细胞膜的完整性(图2B)。此外,7AAD可插入DNA的胞嘧啶和鸟嘌呤碱基对之间并发出荧光,从而便于识别并排除死细胞(图2C、D)。在10次独立实验中,上述方法获得的细胞纯度为98.9% ± 0.06%,细胞活力为95.5% ± 4.2%。
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必须获得高纯度的活中性粒细胞群体,以诱导NETs的释放,因为这些细胞的寿命有限 离体 平均寿命为8小时,在此期间必须完成所有实验。为此,理想的方法是采用双密度梯度法,以优化纯化时间,分离出对异源刺激更敏感的非活化细胞,相比之下,该方法优于Ficoll-Histopaque密度梯度法或右旋糖酐沉降法17双密度梯度法的另一优势在于其成本相对较低,相较于依赖细胞表面抗原(如CD16)的高纯度细胞富集技术,例如荧光激活细胞分选(FACS)和磁激活细胞分选(MACS),该方法更具经济性你好 中性粒细胞中。除了成本较高外,这些分选方法还可能在抗体-抗原相互作用过程中引起靶细胞的非预期活化,并增加 离体 中性粒细胞的作用时间,因为这两种技术通常在密度梯度纯化后使用。细胞形态和活力检测可排除纯化中性粒细胞的异常变化,并证实所观察到的变化是相对于未受刺激的静息中性粒细胞在相同实验条件下对所加刺激物的特异性反应图2)。这证实了该方案在不改变细胞活力和形态的情况下,作为一种无菌且可重复的中性粒细...
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作者声明不存在利益冲突。
本工作由墨西哥国家科学技术委员会(CONACyT)基础科学基金(项目编号 #285480)以及瓦哈卡自治大学(Universidad Autónoma 'Benito Juárez' de Oaxaca)生物化学科学学院临床免疫学研究系资助。A.A.A、S.A.S.L 和 W.J.R.R. 分别获得 CONACyT 的博士研究生奖学金,编号分别为 #799779、#660793 和 #827788。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 用于细胞培养的24孔板 | Corning | 3526 | |
| 7-氨基放线菌素D(7-AAD) | BD Pharmingen | 51-668981E | |
| 用于细胞培养的96孔板 | Costar | 3596 | 平底 |
| 振荡器 | CRM Globe | CRM-OS1 | |
| LL37抗体 | Santa Cruz Biotechnology | sc-166770 | |
| 血液采集管 | BD VACUTAINER | 368171 | K2 EDTA 7.2 mg |
| 羧基荧光素琥珀酰亚胺酯(CFSE) | Sigma-Aldrich | 21878 | |
| 离心机 | Hettich | 1406-01 | |
| 盖玻片 | Madesa | M03-CUB-22X22 | 22 mm × 22 mm |
| Dulbecco´s 磷酸盐缓冲液(DPBS) | Caisson | 1201022 | |
| 50 mL Falcon管 | CORNING | 430829 | |
| 流式细胞术管 | Miltenyi Biotec | 5 mL - 无盖 | |
| FlowJo软件 | BD Biosciences | 分析流式细胞术数据 | |
| 荧光显微镜 | DM 2000 | LEICA | |
| 含DAPI的Fluoroshield封片剂 | Sigma-Aldrich | F6057 | |
| 培养箱 | NUAIRE | UN-4750 | |
| MACSQuant分析仪 | Miltenyi Biotec | 流式细胞仪 | |
| 微孔板读数仪(光度计) | Clarkson Laboratory - CL | ||
| 1.5 mL微量离心管 | Zhejiang Runlab Tech | 35200N | 带金属夹扣 |
| Minitab软件 | Minitab | 统计分析 | |
| 针头 | BD VACUTAINER | 301746 | 直径1.34 mm |
| 光学显微镜 | VELAB | VE-B50 | |
| Percoll | GE Healthcare | 17-0891-01 | 密度梯度溶液 |
| 磷酸盐缓冲液(10×) | Caisson | PBL07-500ML | |
| Pyrex培养管 | CORNING | CLS982025 | N°9820 |
| RPMI 1640 1× | Corning | 10-104-CV | 含Glutagro |
| 载玻片 | Madesa | PDI257550 | 22 mm × 75 mm |
| 0.4%台盼蓝溶液 | SIGMA | T8154-100ML |
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