脉络丛(CP)是神经科学中一个研究尚不充分的组织,在中枢神经系统的健康与疾病中发挥着关键作用。本方案描述了一种用于分离脉络丛的显微解剖技术,并介绍了利用扫描电子显微镜获取其细胞结构整体图像的方法。
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脉络丛(CP)是神经科学中一个研究尚不充分的组织,在中枢神经系统的健康与疾病中发挥着关键作用。本方案描述了一种用于分离脉络丛的显微解剖技术,并介绍了利用扫描电子显微镜获取其细胞结构整体图像的方法。
脉络丛(choroid plexus, CP)是一种高度血管化的结构,突入脑室内部,是神经科学领域研究最为不足的组织之一。随着越来越多的研究表明这一微小结构在中枢神经系统(central nervous system, CNS)健康与疾病中发挥着关键作用,以允许后续功能性和结构性分析的方式,从脑室中精确分离脉络丛变得尤为重要。本文介绍了一种无需特殊工具或设备即可分离小鼠侧脑室和第四脑室脉络丛的方法。该分离技术能够保持脉络丛内细胞的活性、功能及结构完整性。由于其高度血管化的特性,在体视显微镜下可观察到脉络丛漂浮于脑室腔内。然而,后续分析所需的经心脏灌注可能会影响脉络丛组织的识别。根据后续处理步骤(如RNA和蛋白质分析),可通过可视化手段解决此问题。 通过 用溴酚蓝进行心脏灌注。分离后,脉络丛(CP)可采用多种技术进行处理,包括RNA、蛋白质或单细胞分析,以进一步理解这一特殊脑结构的功能。此处采用扫描电子显微镜(SEM)对完整脉络丛组织进行观察,以获得其结构的整体视图。
紧密的屏障将中枢神经系统(CNS)与外周系统分隔开来,其中包括血脑屏障(BBB)和血-脑脊液屏障(blood-cerebrospinal fluid barrier, blood-CSF barrier)。这些屏障可保护中枢神经系统免受外界有害因素的侵袭,并维持其内部微环境的稳定与可控1,2,3。尽管血脑屏障长期以来已被广泛研究,但位于脉络丛(choroid plexus, CP)的血-脑脊液屏障在近十年才逐渐引起越来越多的研究关注。该屏障分布于脑室系统的四个脑室内(图1A、B),其结构特征为单层脉络丛上皮(choroid plexus epithelial, CPE)细胞包裹着中央间质,其间含有通透性较高的毛细血管、成纤维细胞以及淋巴细胞和髓系细胞群体(图1C)4,5,6。CPE细胞通过紧密连接牢固相连,从而防止来自下方有孔毛细血管的物质渗漏进入脑脊液(CSF)和脑组织。此外,物质在CPE细胞间的跨膜转运受到多种内向与外向转运系统的调控,这些系统控制着有益物质(如营养物质和激素)从血液向脑脊液的输入,以及有害物质(如代谢废物、过量神经递质)向血液方向的排出1,6。为了实现其主动转运功能,CPE细胞的胞质中含有大量线粒体7。此外,脉络丛是脑脊液的主要生成部位,并因其内部存在常驻的炎症细胞而发挥着大脑“守门人”的作用1。由于其独特的解剖位置介于血液与脑组织之间,脉络丛也处于执行免疫监视功能的理想位置8。

图1:脉络丛(CP)位置与组成的示意图。(A,B)CP组织位于(A)人和(B)小鼠大脑的两个侧脑室、第三脑室以及第四脑室中。(C)CP组织由单层紧密连接的立方形脉络丛上皮(CPE)细胞构成,这些细胞包绕着有孔毛细血管、疏松结缔组织以及淋巴细胞和髓系细胞,共同形成血-脑脊液屏障(改编并修改自参考文献23)。图由Biorender.com制作。请点击此处查看该图的放大版本。
近十年来,越来越多的证据(包括我们研究团队发表的多项研究报告)表明,脉络丛(choroid plexus, CP)在健康与疾病中均发挥着核心作用9,10,11,12,13,14,15,16,17,18。例如,已知衰老的血液-脑脊液屏障在细胞核、微绒毛以及基底膜等结构上均出现形态学改变1,19。此外,在阿尔茨海默病背景下,该屏障的整体完整性受到破坏,且上述与年龄相关的改变似乎更加显著1,8,20。除了形态学变化外,脉络丛的转录组、蛋白质组和分泌组在疾病状态下也发生改变12,21,22,23。因此,深入理解脉络丛的功能对于阐明其在神经系统疾病中的作用,并可能开发新的治疗策略至关重要。
一种精确地从脑室中高效显微解剖脉络丛(CP)的方法,是开展对该微小脑结构进行恰当研究的首要关键步骤。由于其高度血管化的特性(图2B),可使用双目显微镜识别脑室腔内漂浮的脉络丛。然而,后续分析通常需要进行经心灌注,这会增加脉络丛组织的准确识别与分离的难度(图2C)。如果后续处理步骤允许(例如,在进行RNA和蛋白质分析时),可对CP进行可视化。 通过 经心灌注溴酚蓝图 2A)。已有若干出版物描述了从大鼠中分离CP的方法24 和小鼠幼崽的大脑25在此描述了一种显微解剖分离技术,用于从成年小鼠中分离脉络丛(choroid plexus, CP)。重要的是,该分离技术能够保持脉络丛内细胞的活性、功能和结构完整性。本文所述方法适用于分离悬浮于第四脑室和侧脑室中的脉络丛。简而言之,对小鼠实施终末麻醉,必要时进行经心脏灌注。但需注意,灌注可能损伤脉络丛内细胞的结构。因此,若样本将用于透射电子显微镜(TEM)、连续块面扫描电子显微镜(SBF-SEM)或聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)分析,则不应进行灌注。随后,取出完整脑组织,并使用镊子沿矢状面将脑组织一分为二。在此基础上,可识别并解剖侧脑室中悬浮的脉络丛,而第四脑室的脉络丛则从脑组织的小脑侧进行分离。

图 2:经 (A,D) 溴酚蓝灌流、(B,E) 无灌流以及 (C,F) PBS/肝素灌流后,(A-C) 第四脑室和 (D-F) 侧脑室脉络丛(CP)的可视化结果。 图像使用体视显微镜(8x-32x 放大倍数)拍摄。请点击此处查看该图的高清版本。
一旦将脉络丛从脑室中正确分离出来,便可应用一系列技术以进一步理解该结构的功能。例如,可进行流式细胞术或单细胞RNA测序,以在特定疾病条件下定量分析浸润性炎性细胞并进行表型鉴定。26,27除了细胞组成外,还可分析脉络丛的分子组成,以评估其中细胞因子和趋化因子的存在情况。 通过 酶联免疫吸附测定(ELISA)、免疫印迹或利用细胞因子微球阵列同时分析多种细胞因子28此外,可对显微切割获得的脉络丛组织进行转录组、血管、免疫细胞组织学以及分泌组分析。29在此,采用整体封片的脉络丛(CP)进行扫描电子显微镜(SEM)观察,以获得CP结构的总体视图。SEM利用聚焦的电子束扫描样品表面,从而生成反映表面形貌与成分的图像。由于电子的波长远小于光波,SEM的分辨率可达纳米级,优于光学显微镜。因此,可开展亚细胞水平的形态学研究。 通过 SEM。简言之,解剖获得的CP组织立即转移至含戊二醛的固定液中固定过夜,随后进行锇酸处理及醋酸铀染色。样品再经天冬氨酸铅染色、脱水,最终包埋用于成像。
因此,本方案可实现从小鼠脑室中高效分离脉络丛,所得样本可进一步采用多种下游技术进行分析,以研究其结构与功能。
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本研究中描述的所有动物实验均依照国家法规(比利时法律14/08/1986和22/12/2003,比利时皇家法令06/04/2010)以及欧洲立法(欧盟指令2010/63/EU,86/609/EEC)进行。所有小鼠实验及动物实验方案均经根特大学伦理委员会批准(许可编号LA1400091和EC 2017-026)。
1. 准备
2. 从侧脑室和第四脑室中显微解剖脉络丛
注意:本研究使用了9周龄的雌性C57BL/6小鼠。然而,所述的分离技术与成年小鼠的品系、性别和年龄无关。
3. 利用扫描电子显微镜(SEM)对脉络丛组织进行形态学分析
警告:以下处理步骤中使用了有毒溶液。建议在通风橱内进行样品制备。
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所述方案可高效分离小鼠脑外侧的脉络丛(CP)图 2A-C)和第四(图 2D-F) 脑室。在分离完整脑组织后,使用镊子沿矢状面将脑组织一分为二,并辨认漂浮于侧脑室中的脉络丛(CP)。第四脑室的脉络丛可从脑组织的小脑侧分离获得。可通过溴酚蓝灌流以可视化脉络丛(CP)图2A,D);然而,当后续步骤不允许使用溴酚蓝时,需用 PBS/肝素灌注(图2C,F)或无灌注(图2B,E)即可开展。在从脑室中分离出脉络丛后,可对组织进行一系列分析,包括基因表达谱分析(RT-qPCR)28
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本文介绍了一种从小鼠脑的侧脑室和第四脑室中分离脉络丛(CP)的方法。这种完整的脉络丛封片方法便于后续利用多种技术进行分析,从而全面了解脉络丛的形态结构、细胞组成、转录组、蛋白质组和分泌组。此类分析对于深入理解这一从脑室突出的独特结构至关重要。随着研究的深入,脉络丛在健康与疾病中的关键作用日益明确,因此相关知识具有极高的科研价值9,10,11,12,13,14,15,16,17,18<...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由比利时阿尔茨海默病研究基金会(SAO;项目编号:20200032)、弗拉芒研究基金会(FWO Vlaanderen;项目编号:1268823N、11D0520N、1195021N)以及拜列特·拉图尔基金资助。我们感谢VIB生物成像中心提供的培训、支持以及对仪器平台的使用权限。
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