本方案描述了一种从人类输卵管上皮组织中分离上皮细胞的一日法。分离得到的上皮细胞可用于二维(2D)培养,或解离为单细胞悬液,进而应用于后续实验,包括流式细胞术和单细胞RNA测序。
方法文章
本方案描述了一种从人类输卵管上皮组织中分离上皮细胞的一日法。分离得到的上皮细胞可用于二维(2D)培养,或解离为单细胞悬液,进而应用于后续实验,包括流式细胞术和单细胞RNA测序。
人类输卵管在生殖过程中具有重要作用。输卵管的功能是允许精子、卵子通过,如果受精成功,还允许胚胎通过。衬在输卵管内表面的上皮细胞对输卵管的正常和异常生理过程均至关重要,包括疾病的发生。绝经后,输卵管在体内不再发挥显著作用,其上皮内细胞组成也会发生变化。本文介绍一种方法,可从新鲜输卵管中分离这些上皮细胞,获得单细胞悬液,且间质细胞污染极少。这些细胞可用于体外培养,或进一步用于流式细胞术、单细胞RNA测序等分析。该分离方案可在4至6小时内完成,获得具有活力的细胞,可用于后续即时分析。这一高效方案有助于分离出上皮细胞比例富集的输卵管上皮细胞。
输卵管由多个部分构成。从卵巢到子宫,输卵管依次包括伞部、壶腹部、峡部和壁内部。伞部从输卵管末端延伸而出,能够捕获卵巢排出的卵子。随后卵子经壶腹部(此处最易发生受精)进入峡部,最终通过壁内部被输送至子宫1。输卵管最内层的黏膜参与卵子的运输,其由管腔上皮层构成,包含纤毛细胞和分泌细胞。纤毛细胞在伞部的分布更为密集2。这些细胞在将卵子从卵巢经输卵管运送至子宫的过程中发挥关键的机械推动作用。其附属结构不仅有助于推动卵子移动,还能在排卵后清除生殖毒性应激物质3。
分泌型输卵管上皮细胞分泌一种液体,有助于营养供给和配子的组装4。在绝经后状态下,输卵管上皮中纤毛细胞与分泌细胞的比例发生变化,纤毛细胞数量减少,因为输卵管不再发挥重要的运输功能5。此外,在缺乏雌激素的情况下,输卵管被认为会退化为痕迹器官1,6。输卵管中纤毛细胞的丢失被认为会增加浆液性癌的发生风险7。此外,输卵管分泌型上皮细胞被认为可发展为浆液性输卵管上皮内癌(STIC)病灶,这是目前公认的最侵袭性输卵管卵巢癌亚型——高级别浆液性癌的重要前驱病变7,8。
本实验方案的目的是从人输卵管中分离上皮细胞,并将其解离为单细胞悬液。该方案可获得富集的单细胞上皮细胞群体,可用于多种分析。如本文所示,我们在分离后进行了流式细胞术分析并将细胞接种于二维培养体系中。流式细胞术分析显示存在大量单细胞,其中大多数具有活性且为上皮来源。在这些分析中,我们使用了四种标记物:e506用于检测细胞活性,EpCAM用于标记上皮细胞,CD45用于标记免疫细胞,CD10用于标记间质细胞。利用e506活性标记物排除死细胞,并通过CD45将免疫细胞设门去除。单细胞悬液中可能存在一定数量的免疫细胞;然而,为了获得相对纯的上皮细胞群体,可使用CD45耗竭试剂盒去除CD45阳性细胞。此外,在培养接种后,CD45阳性细胞通常不增殖。通过本方法分离并在二维条件下培养的细胞呈现出贴壁生长、鹅卵石样形态的上皮细胞群体。该方法可用于制备细胞样本,进而构建单细胞RNA文库。
近四年来,关于输卵管上皮细胞谱系的确定、生殖生命不同阶段中这些谱系的变化,以及导致恶性转化和肿瘤发生的启动事件的研究日益受到关注6,9,10,11,12。本方案将通过提供一种高效分离输卵管上皮并将其处理为单细胞的方法,显著促进该领域的研究进展。
本方案改编自先前描述的子宫上皮细胞分离方法13,14。通过我们加州大学洛杉矶分校(UCLA)经机构审查委员会批准的方案 #10-0727,收集了去标识化的输卵管新鲜标本,并在约 4–6 小时内消化为单细胞悬液。
1. 输卵管的采集与制备
2. 上皮细胞的分离与解离
3. 消化为单细胞悬液
4. 流式细胞术染色
5. 流式细胞术数据采集
6. 免疫细胞化学
我们共收集了七例输卵管样本,并从中分离出富集的上皮细胞群体(图2A 和 补充图S1A)。为了评估该单细胞悬液制备方法的细胞活力及上皮细胞富集效果,我们进行了流式细胞术分析。为检测细胞活力,使用活力标记物e506对细胞进行染色,该步骤同时可在分析时排除所有碎片和死细胞。
为确定通过该方法分离的细胞组成,将样品用上皮细胞标记物(EpCAM)、间质细胞标记物(CD10)和免疫细胞标记物(CD45)进行染色。如图所示 图2B我们从输卵管组织中分离出具有活力且富集的上皮细胞群体。样本的平均活力为82%。所有样本在排除CD45阳性细胞后,均观察到富集的上皮细胞群体,其中EpCAM阳性细胞平均占样本总量的80%。存在少量间质细胞污染,平均为7.8%。 图2C 显示接种后 2D 培养 4-6 天的分离细胞。可见上皮细胞已被成功分离,因其形成了形态均一、呈鹅卵石样外观的贴壁细胞簇。在 补充的 图 S1B接种细胞后培养2-6天。采用免疫细胞化学法对培养中生长的细胞进行表征。培养物中大多数细胞对EpCAM和分泌细胞标志物PAX8呈阳性染色,仅少数细胞鉴定为波形蛋白阳性。培养中可见纤毛细胞,视频拍摄结果如图所示。 补充视频 S1.

图 1:实验流程图。(A)获取输卵管。(B)去除多余的脂肪和结缔组织。(C)将输卵管切成约 3–5 mm 的小段。(D)用 PBS 清洗组织片段,随后在 2× EDTA 中孵育 5 分钟,并在 4 ˚C 下用 1% 胰蛋白酶孵育 40 分钟。(E)使用两对镊子,一对固定,另一对推动,将上皮细胞从输卵管片段中挤出。(F)将细胞转移至 15 mL 离心管中,离心并计数。(G)用 DMEM、胶原酶和 DNase 重悬,消化 30–45 分钟。(H)用 100 µm 滤网过滤。(I)通过离心收集细胞并进行计数。请点击此处查看该图的放大版本。

图 2:分离的上皮细胞的表征。(A)患者临床信息及流式细胞术结果表格。(B)分离后进行流式细胞术分析,以显示已成功分离出富集的上皮细胞群体(EpCAM 阳性)。同型阴性对照以黑色表示,实验结果以粉色表示。(C)分离后将细胞接种培养。接种后 4–6 天拍摄照片。比例尺 = 100 µm。缩写:AUB = 异常子宫出血;EIN = 子宫内膜上皮内瘤变。请点击此处查看该图的放大版本。
补充 图 S1:培养中分离的上皮细胞的进一步表征。(A)患者临床信息表。(B)分离的细胞在接种后 2–6 天进行培养,并对 EpCAM、分泌细胞标志物(PAX8)和间质细胞标志物(Vimentin)进行染色,以表征培养中的细胞类型。比例尺 = 50 µm。缩写:EIN:子宫内膜上皮内瘤变;DAPI = 4',6-二脒基-2-苯基吲哚。请点击此处下载该图。
补充视频 S1:以 30 倍放大拍摄的纤毛细胞搏动视频,用于展示培养中的纤毛细胞。 请点击此处下载该视频。
人们对研究输卵管上皮存在极大兴趣,因为输卵管在生殖过程中发挥着重要作用,并且是大多数高级别浆液性卵巢癌(HGSOC)的起源部位。为此,许多研究人员已描述了在人和小鼠模型中分离输卵管细胞的实验方案。10,11,12,15,16,17,18,19,20,21我们所描述的提取和富集输卵管上皮细胞的方法,是对现有输卵管细胞分离方案的补充。尽管这些方案之间存在部分重叠,但在小鼠和人类中已报道的方法总体上可分为两类。第一类方法涉及将整段输卵管剪碎并进行酶消化,从而获得总细胞悬液10,12,15,16,17第二种方法涉及通过振荡或刮取使组织脱落,从而获得组织片层11,18,19,20,21两种方法均可用于获取上皮细胞,以便进行后续实验分析,如流式细胞术、测序等。 体外 培养。本方法的一个主要优势在于,该方案通过酶消化和机械推压步骤,已获得富含上皮细胞的输卵管细胞群体。该富集上皮细胞的群体可进一步消化,获得可用于多种应用的单细胞悬液,例如流式细胞术、二维培养、免疫细胞化学以及单细胞RNA测序。
我们发现影响细胞得率的关键步骤包括输卵管组织碎片在1%胰蛋白酶/HBSS和DMEM/DNase中孵育的时间。在任一溶液中孵育时间过长均会导致细胞降解,显著降低细胞活力;而孵育时间不足则会阻碍研究人员在方案步骤2.6中将大量上皮细胞推出,因为细胞仍会相互黏附。使用1%胰蛋白酶溶液也至关重要,因为胰蛋白酶浓度过低或过高均会减少可存活的输卵管上皮细胞的得率。通过结合化学与机械分离方法以及消化步骤(方案步骤3.1),我们可以指数级缩短从组织到单细胞悬液所需的时间,从而确保细胞具有良好的活力,并可在同一天内完成后续分析。
在实验步骤1.4中,必须确保所切割的输卵管组织块厚度为3-5 mm。如果组织块过大,将难以进行步骤2.7的操作,最终导致细胞得率降低,因为需要在DMEM/DNase中孵育更长时间。
尽管细胞悬液中上皮细胞已得到富集,但仍不可避免地存在间质细胞污染。如果实验需要获得纯的上皮细胞,可利用流式细胞术及我们所述的标记物进行分选,以分离上皮细胞并去除间质细胞。
本研究使用了绝经后的输卵管组织。然而,该方法在本实验室已成功应用于绝经前的输卵管组织。绝经前与绝经后输卵管的主要差异在于纤毛细胞和分泌性上皮细胞的组成1。本方案适用于所有生殖阶段。
这一高效方案将有助于研究细胞类型 输卵管上皮,包括细胞谱系的界定、其在生殖周期以及绝经后的动态变化,以及其在高级别浆液性卵巢癌发生中的作用。
作者声明无利益冲突。
作者Ruegg L、James-Allan LB和DiBernardo G的部分研究工作由大洛杉矶退伍军人协会项目1I01BX006019-01A2和I01BX006411-01资助,项目负责人为Memarzadeh S。作者Ochoa C的研究由加州大学洛杉矶分校Eli和Edythe Broad再生医学与干细胞研究中心的Rose Hills基金会研究生奖学金培训项目资助。我们感谢加州大学洛杉矶分校转化病理学核心实验室,特别是Ko Kiehle和Chloe Yin在组织获取方面的协助。我们还要感谢Ken Yamauchi以及BSCRC显微成像核心在成像方面的技术支持。图1使用BioRender.com(协议编号:JL27QWDYNT)制作。最后,我们感谢Felicia Cordea及BSCRC流式细胞术核心在流式细胞术方面的协助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1% 胰蛋白酶 | 赛默飞世尔科技 | J63993.09 | |
| 100 µm细胞筛 | 康宁 | 431752 | |
| 4% 甲醛 | 电子显微镜科学公司 | 15710-S | |
| 5 mL 圆底管 | 康宁 | 352008 | |
| 60 mm 细胞培养皿 | Corning | CLS430589-500EA | |
| 6孔细胞培养板 | 康宁 | 353046 | |
| 抗CD10 | BioLegend | 312212 | |
| 抗-CD326(Ep-CAM) | BioLegend | 324218 | |
| 抗CD45 | BioLegend | 304026 | |
| 抗EpCAM | Abcam | ab223582 | |
| 抗小鼠IgG2a PerCP | BioLegend | 400250 | |
| 抗PAX8 | Sigma-Aldrich | 363M-15 | |
| 抗波形蛋白 | 安捷伦科技 | M072501-2 | |
| 腔室载玻片系统 | 赛默飞世尔科技 | 154917PK | |
| 胶原酶 | 赛默飞世尔科技 | 17100017 | |
| DMEM | 赛默飞世尔科技 | 10569-010 | |
| DNase I | Sigma | 10104159001 | |
| EDTA | Sigma | 3690 | |
| eFluor 506 | Invitrogen | 65-0866-14 | |
| FBS | Sigma | F2442 | |
| 精细尖头镊子 | VWR | 102091-526 | 任何您选择的精细镊子均可使用 |
| 可固定的活力染料 eFluor 506 | Invitrogen | 65-0866-14 | |
| FlowJo 软件版本 9 | BD 生物科学 | 数据分析软件 | |
| GlutaMAX | Gibco | 35050-061 | |
| HBSS | 赛默飞世尔科技 | 14175-095 | |
| MACSQuant Analyzer 10 流式细胞仪 | Miltenyi Biotec | ||
| MACSQuant 校准微球 | Miltenyi Biotec | 130-093-607 | |
| Mammocult | Stemcell Technologies | 5620 | |
| 正常山羊血清 | Fisher Scientific | PI31873 | |
| PBS | 赛默飞世尔科技 | 14190-144 | |
| 青霉素-链霉素 | Gibco | 15140-122 | |
| PerCP 标记的 CD45 | BioLegend | 304026 | |
| 红细胞裂解缓冲液 | Tonbo Biosciences | TNB-4300-L100 | |
| Triton X-100 | 赛默飞世尔科技 | BP151-100 | |
| 万纳斯-蒂宾根弹簧剪 | 精细科学工具 | 15003-08 | |
| 含DAPI的VECTASHIELD | Fisher Scientific | NC9524612 |
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