本方案旨在评估在低氧条件下培养胎盘外植体(模拟子痫前期的某一特征)所分离出的小细胞外囊泡(sEVs)是否会破坏非妊娠成年雌性小鼠的血脑屏障。
本方案旨在评估在低氧条件下培养胎盘外植体(模拟子痫前期的某一特征)所分离出的小细胞外囊泡(sEVs)是否会破坏非妊娠成年雌性小鼠的血脑屏障。
脑血管并发症,包括脑水肿、缺血性卒中和出血性卒中,是子痫前期相关孕产妇死亡的首要原因。这些脑血管并发症的潜在机制尚不明确,但已知与胎盘功能障碍及血脑屏障(BBB)破坏有关。然而,这两个远端器官之间的关联机制仍有待阐明。越来越多的证据表明,胎盘会向母体循环系统释放包括细胞外囊泡在内的多种信号分子。细胞外囊泡根据其大小进行分类,其中直径小于200 nm的小细胞外囊泡(sEVs)被认为是生理和病理状态下重要的信号传递颗粒。在子痫前期,母体循环中的sEVs数量增加,但其信号功能尚未被充分理解。在子痫前期释放的胎盘sEVs,或由正常妊娠胎盘在缺氧条件下释放的sEVs,均可诱导脑血管内皮功能障碍及血脑屏障破坏。本实验方案旨在评估在缺氧条件下培养胎盘外植体所分离的sEVs(模拟子痫前期的某一特征)是否会导致血脑屏障的破坏 体内.
约70%的子痫前期相关孕产妇死亡与急性脑血管并发症有关。子痫前期是一种以胎盘形成障碍、母体全身性血管内皮功能障碍以及在严重情况下出现多器官衰竭为特征的妊娠期高血压综合征1,2。大多数孕产妇死亡发生在中低收入国家5。然而,尽管子痫前期相关的脑血管并发症具有重要的临床和流行病学意义,其潜在机制仍不明确3,4。
另一方面,细胞外囊泡(EVs)(直径约30-400 nm)是组织和器官之间(包括母体-胎盘相互作用6)细胞间通讯的重要介质。除了表面携带的蛋白质和脂质外,EVs内部还含有多种物质(如蛋白质、RNA和脂质)。根据大小、生物发生方式、内容物及潜在的信号功能,EVs可分为三类:(1)外泌体(直径约50-150 nm,也称为小EVs(sEVs));(2)中等/大型EVs;(3)凋亡小体。EVs的组成取决于其来源细胞类型以及疾病状态7。合体滋养层细胞来源的EVs表达胎盘碱性磷酸酶(PLAP)8,9,可用于检测妊娠期间来源于胎盘的循环小EVs(PDsEVs)。此外,PLAP还有助于区分子痫前期与正常血压妊娠中PDsEVs所携带物质的变化及其生物学效应10,11,12,13,14,15。
胎盘已被认为是子痫前期16或该疾病相关脑部并发症17,18,19病理生理学中的必要组成部分。然而,这一远隔器官如何诱导脑循环的改变尚不清楚。由于sEVs能够将生物活性成分从供体细胞转移至受体细胞,因而在细胞间通讯中发挥关键作用6,20,21,越来越多的研究已将胎盘来源的sEVs与子痫前期孕妇母体血管内皮功能障碍的发生联系起来21,22,23,24,包括脑血管内皮细胞的损伤25,26。因此,脑血管内皮功能的受损可能导致血脑屏障(BBB)的破坏,而血脑屏障是子痫前期相关脑血管并发症中的一个关键因素3,27。
然而,使用子痫前期女性血清处理的大鼠脑血管28或暴露于子痫前期女性血浆的人脑微血管内皮细胞29的临床前研究发现,循环中的某些因子可导致血脑屏障(BBB)破坏。尽管在子痫前期孕妇的母体循环中存在多种可能损害血脑屏障的候选因子,例如升高的促炎性细胞因子(如肿瘤坏死因子)18,28、血管调节因子(如血管内皮生长因子(VEGF))29,30,31,或氧化分子如氧化型脂蛋白(oxo-LDL)32,33等34,但这些因子均未能建立胎盘与血脑屏障之间的直接联系。最近研究表明,从缺氧胎盘中分离出的sEVs可在非妊娠雌性小鼠中破坏血脑屏障25。由于胎盘来源的sEVs可能携带上述大多数具有破坏血脑屏障能力的循环因子,因此sEVs被认为是连接受损胎盘、作为有害循环因子的载体并在子痫前期中导致血脑屏障破坏的合适候选介质。
本方案旨在研究在低氧条件下培养的胎盘外植体所分离出的小细胞外囊泡(sEVs)是否可在非妊娠雌性小鼠中破坏血脑屏障(BBB),从而作为理解子痫前期期间脑部并发症病理生理机制的替代模型。
本研究遵循《赫尔辛基宣言》所表达的原则,并在各伦理审查委员会的授权下进行。所有人类参与者在样本采集前均签署了知情同意书,如前所述。25此外,比奥比奥大学的生物伦理与生物安全委员会批准了本项目(Fondecyt 资助编号 1200250)。动物实验严格遵循实验动物使用中“3R原则”的基本要求。35,并遵循美国国立卫生研究院(US National Institute of Health)发布的《实验动物护理和使用指南》中的建议。动物饲养于比奥比奥大学(University of Bío-Bío)动物实验中心的适宜环境中。足月妊娠(妊娠38至41周)、年龄为28至31岁的健康产妇在智利奇廉市赫明达·马丁临床医院(Herminda Martin Clinical Hospital, Chillan, Chile)接受选择性剖宫产术后1小时内获取新鲜胎盘组织(n = 4),获取方法如先前报道所述。25. 以应用 体内 模型采用4-6月龄雌性未孕小鼠(C57BLACK/6品系),分为三组实验组:(1)对照组(无处理),(2)经常氧培养胎盘来源sEVs(sEVs-Nor)处理组,(3)经低氧培养胎盘来源sEVs(sEVs-Hyp)处理组,用于评估血脑屏障(BBB)的破坏情况 体内25所有注射溶液均为无菌。此外,sEVs 的制备均在无菌条件下于二级生物安全柜中进行,以避免污染。
1. 胎盘组织培养外植体
2. 胎盘来源的小细胞外囊泡(sEVs)分离
3. 小鼠注射
4. 小鼠快速昏迷和行为评分(RMCBS)
5. 伊文思蓝外渗分析
本方案旨在评估在低氧条件下培养的胎盘来源sEVs破坏非妊娠小鼠血脑屏障(BBB)的能力。该方法有助于更深入地理解胎盘与大脑在生理及病理状态下之间的潜在联系。特别是,该方法可作为分析胎盘sEVs在子痫前期相关脑部并发症发生中作用的间接手段。
与注射sEVs-Nor的小鼠不同,注射sEVs-Hyp的小鼠神经学评分持续下降至24小时(表1),表明sEVs-Hyp具有损害脑功能的能力。
此外,注射 sEVs-Hyp 的小鼠脑组织新鲜重量高于注射 sEVs-Nor 或对照组小鼠的脑组织(分别为 0.51 ± 0.008;0.46 ± 0.008;0.47 ± 0.01 g),这可能构成脑水肿的宏观指标45。
与此发现一致,本方案可使人识别伊文思蓝外渗现象,作为血脑屏障(BBB)破坏的指标。在这方面,注射了sEVs-Hyp的小鼠脑组织比注射了sEVs-Nor的小鼠脑组织表现出更高的伊文思蓝外渗水平(图5A)。
尽管本方案未分析sEVs-Hyp诱导的血脑屏障破坏的潜在机制,但结果也表明,注射sEVs-Hyp的小鼠在血脑屏障受影响最严重的区域(即后部区域)中CLND-5的蛋白含量降低(图5B)。因此,sEVs-Hyp可能损害这一关键内皮紧密连接蛋白的功能表达。

图 1:胎盘外植体培养及细胞外囊泡分离流程。 (A)正常胎盘外植体培养。 (B)将外植体分为两种条件以诱导胎盘来源的小细胞外囊泡(sEVs)生成:常氧(sEVs-Nor,8% O2)或低氧(sEVs-Hyp,1% O2),处理 18 小时。 (C)收集条件培养基,过滤并离心以去除细胞碎片。 (D)通过超速离心法分离 sEVs。 (E)采用纳米颗粒追踪分析和蛋白质印迹法对 sEVs 进行表征。 请点击此处查看本图的放大版本。

图 2:体内血脑屏障破坏方案的评估。 使用4-6月龄的非妊娠C57BL6/J小鼠。(A) 通过外颈静脉向动物注射从常氧(sEVs-Nor,8% O2)或低氧(sEVs-Hyp,1% O2)胎盘培养物中分离的sEVs(总蛋白200 μg)。注射后0-24小时监测RMCBS。(B) sEVs注射6小时后,取出大脑并切成九个片段用于蛋白质提取。在九个片段的匀浆物中分析紧密连接蛋白5(CLDN5)。(C) 在sEVs注射24小时后,通过眶后穿刺注射伊文思蓝,分析九个脑段中的染料外渗情况。请点击此处查看该图的放大版本。

图3:伊文思蓝染料注射与心脏灌流实验流程图解。(A)通过眼后静脉注射给予小鼠伊文思蓝染料。(左)注射前动物状态,(右)注射伊文思蓝15秒后状态。(B)进行胸廓切开术,实施心内灌注磷酸盐缓冲液(1× PBS)和4%多聚甲醛(4% PFA)。图中针尖指向左心室。请点击此处查看此图的放大版本。

图4:注射sEVs后伊文思蓝外渗的分析。 (A)显示伊文思蓝外渗的全脑代表性图像。虚线表示从全脑获取的九个切片区域。(B)使用小鼠脑切片器进行脑组织解剖。(C)注射sEVs后24小时的脑切片代表性图像。对照组(CTL)、常氧条件下的胎盘来源sEVs(sEVs-Nor)或缺氧条件下的胎盘来源sEVs(sEVs-Hyp)。比例尺 = 0.4 cm。(D)使用ImageJ对脑切片进行数字轮廓勾画。(E)蓝色通道的直方图。数值在75–110范围内与伊文思蓝外渗相关。请点击此处查看本图的高清版本。

图5:注射胎盘外植体分离sEVs小鼠的伊文思蓝外渗及紧密连接蛋白5水平。(A)基于全脑切片计算的伊文思蓝(EB)外渗百分比。对照组(CTL,蓝色),常氧条件胎盘(sEVs-Nor,红色)或低氧条件胎盘(sEVs-Hyp,绿色)。(B)来自三个实验组的九个脑区中紧密连接蛋白5(CLDN5)的相对表达水平。以β-actin作为上样对照。数据表示为均值 ± 四分位间距。每个圆点代表一个独立的实验个体。*p < 0.05,**p < 0.005,***p < 0.001,****p < 0.0001;采用单因素方差分析(ANOVA)后接Bonferroni多重比较检验。请点击此处查看该图的放大版本。
| 时间 (h) | 对照组 | sEVs-常氧 | sEVs-低氧 | ANOVA |
| 0 | 18.75 ± 0.250 | 18.5 ± 0.288 | 18.75 ± 0.250 | ns |
| 3 | 18.5 ± 0.866 | 17 ± 0.707 | 13.25 ± 1.750*α | 0.006 |
| 6 | 19.25 ± 0.750 | 17 ± 0.577 | 11.75 ± 1.250*α | 0.002 |
| 12 | 18.5 ± 0.645 | 16.75 ± 1.109 | 13 ± 0.816*α | 0.001 |
| 24 | 19.5 ± 0.288 | 17.75 ± 0.250 | 10.25 ± 0.853*α | <0.0001 |
| *p < 0.01 与对照组比较。αp < 0.01 与 sEVs-常氧组比较 | ||||
表1:注射sEVs后24小时小鼠快速昏迷与行为评分(RMCBS)。 评分以均值±标准误表示。动物评分越接近20分表示状态越正常,评分越低表明中枢神经系统功能障碍越严重。
本研究揭示了在低氧条件下培养的人胎盘外植体所分离的小细胞外囊泡(sEVs)对啮齿类动物血脑屏障破坏的潜在危害。该病理机制涉及后脑区域CLND-5的减少25。
既往研究表明,子痫前期患者的血浆sEV可诱导多种器官的内皮功能障碍 体外 模型46,47本研究重点考察了血脑屏障,揭示了来自低氧培养胎盘的sEVs可破坏这一重要屏障,为该领域提供了新的视角。这些发现开辟了一个新的研究方向,即sEVs可能在正常及病理性妊娠(如子痫前期)等情况下,作为胎盘与大脑之间通讯的媒介。
本方案操作简便,但有几个关键步骤需要特别说明。本方案要求在分娩后1小时内获取新鲜胎盘。我们还建议不要将培养时间延长超过24小时,以防止组织降解。本方案可避免小鼠胎盘产生的小细胞外囊泡(sEVs)带来的潜在污染。伊文思蓝外渗的数字化分析较为耗时。此外,脑组织切片后伊文思蓝染色的可见度会降低。因此,建议先使用阳性对照建立蓝色范围的识别条件。也可使用阴性对照,例如未注射伊文思蓝的小鼠脑组织。为避免观察者偏倚,必须对实验组进行盲法分析。
在本实验方案中可能会遇到若干挑战。其中一个重要的限制因素在于来源于人胎盘和注射小鼠的生物学变异性。为了确保伊文思蓝外渗实验的可重复性,建议确定从人胎盘分离的小细胞外囊泡(sEV)的使用剂量。我们选择使用总蛋白含量为200 µg的剂量;然而,该剂量可能因囊泡纯度、颈静脉注射效率、伊文思蓝给药情况、其在循环系统中的清除速率,以及sEV内容物所介导的生物学效应等因素而有所波动。
人胎盘来源的小细胞外囊泡(sEVs)破坏血脑屏障的细胞机制仍需进一步实验验证。然而,该方法具有重要意义,提示胎盘与大脑之间可能存在潜在通讯,值得深入探索。因此,未来的研究应集中于sEVs及其与血脑屏障的相互作用,以及其携带的生物活性分子对神经组织的影响。血脑屏障功能受损是否会对母体大脑造成持久性影响,仍有待进一步研究。
作者声明无任何利益冲突。
作者谨向隶属于GRIVAS健康组织的研究人员致以诚挚的感谢。同时感谢来自智利奇廉医院妇产科服务部门的助产士和临床工作人员。本研究由Fondecyt Regular 1200250项目资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 成年小鼠脑切片矩阵 3D 打印 | 开放获取文件 | 成年小鼠 | 成年小鼠脑切片器,使用 PLA 丝材打印 |
| 抗 β-肌动蛋白一抗 | Sigma-Aldrich | 克隆 AC-74 | 用于上样对照(Western blot)的抗体 |
| 抗 Claudin5 一抗 | Santa Cruz Biotechnology | sc-374221 | 用于检测小鼠血脑屏障紧密连接蛋白 CLDN5 的一抗(Western blot) |
| BCA 蛋白检测试剂盒 | Thermo Scientific | 23225 | 用于测定蛋白浓度的试剂盒 |
| 培养基 #200 500 mL | Thermo Fisher Scientific | m200500 | 胎盘外植体培养用培养基 |
| D180 CO2 培养箱 | RWD Life Science | D180 | 用于稳定外植体及培养 sEVs-Nor 的标准培养箱 |
| 伊文思蓝染料 > 75% 10 g | Sigma-Aldrich | E2129.10G | 用于体内分析血脑屏障破坏的染料 |
| 胎牛血清 500 mL | Thermo Fisher Scientific | 16000044 | 培养基 200 的添加型生长因子 |
| Himac 超速离心机 CP100NX | Himac eppendorf group | 5720410101 | 用于条件培养基的超速离心(> 1,20,000 × g) |
| ImageJ 软件 | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/download.html | |
| 异氟烷 100 mL | USP Baxter | 212-094 | 用于小鼠的挥发性吸入麻醉剂 |
| CellTiter 96 非放射性检测试剂盒 | Promega | 0000105232 | 体外 胎盘外植体活力检测 |
| 小鼠 IgG 二抗 | Thermo Fisher Scientific | MO 63103 | 用于 CLDN5 检测的二抗(Western blot) |
| NanoSight NS300 | Malvern Panalytical | 90278090 | 用于分析胎盘外植体条件培养基中颗粒的纳米追踪系统 |
| 多聚甲醛 E 97% 溶液 500 mL | Thermo Fisher Scientific | A11313.22 | 用于脑组织切片及心脏灌注固定的固定液(稀释后使用) |
| PBS 1× pH 7.4 500 mL | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | 胎盘外植体洗涤液 |
| 青霉素-链霉素 100× 20 mL | Thermo Fisher Scientific | 10378016 | 胎盘外植体培养基用抗生素 |
| ProOX C21 细胞中心 O2 和 CO2 子室控制器 | BioSpherix | SCR_021131 | CO2 调节器,用于在密闭腔室中诱导低氧以制备 sEVs-Hyp |
| 硫喷妥钠 1 g | Chemie | 7061 | 人道安乐死试剂 |
| Somnosuite 低流量麻醉系统 | Kent Scientifics | SS-01 | 用于小型啮齿动物的异氟烷蒸发器 |
| 手术加热平台 | Kent Scientifics | A41166 | 用于维持小鼠麻醉期间体温的加热平台 |
| 注射器滤器,聚四氟乙烯(PTFE),疏水性,0.22 µm,无菌,25 mm | Southern Labware | 10026 | 用于过滤从胎盘外植体收获的条件培养基 |
| 台式高速微量离心机 HITACHI himac CT15E/CT15RE | Hitachi 医疗系统 | 6020 | 用于条件培养基的系列离心(< 1,20,000 × g) |
| 三目体视显微镜,透射与反射光源,10x–160x | Center Medical | 2597 | 用于记录脑切片的体视显微镜 |