本研究旨在探讨辐射诱导的脑损伤小鼠中 Th17 细胞分化通路的激活情况。
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本研究旨在探讨辐射诱导的脑损伤小鼠中 Th17 细胞分化通路的激活情况。
放射治疗是头颈部恶性肿瘤常见的治疗方式;然而,它不可避免地会对正常脑组织造成辐射损伤,最终导致放射性脑损伤(RBI)。尽管关于辐射诱导的神经炎症已有广泛研究,但RBI与Th17细胞分化通路之间的关联仍缺乏充分认识。本研究通过单次30 Gy全脑照射C57BL/6小鼠建立RBI模型。采用Morris水迷宫(MWM)、旷场实验、新物体识别实验和转棒实验评估认知功能。采用苏木精-伊红(H&E)染色分析脑组织的组织病理学改变。通过免疫荧光染色检测小胶质细胞(IBA-1)和星形胶质细胞(GFAP)的活化状态。采用RNA测序鉴定差异表达基因,同时利用Simple Western和qPCR检测Th17细胞分化相关关键信号分子的表达水平。RBI小鼠表现出显著的认知功能障碍,尤其在空间学习和记忆保持方面。组织学检查显示,受照小鼠大脑皮层和海马区的小胶质细胞和星形胶质细胞被激活。RNA测序分析发现,RBI组小鼠大脑皮层中Th17细胞分化通路显著富集。进一步通过Simple Western和qPCR验证,证实RBI小鼠大脑皮层中TGF-β、IL-6、RORγt、IL-17和P-STAT3的表达上调。这些结果表明,Th17细胞分化通路在放射性脑损伤的发病机制中发挥关键作用。由Th17细胞介导的神经炎症可能是辐射诱导认知功能障碍的重要机制。
放射治疗是原发性和转移性头颈部肿瘤的重要治疗手段,但放射性脑损伤(RBI)可能作为严重并发症发生,其特征为中枢神经系统受损。RBI的发生率因肿瘤类型和治疗方式而异,据报道,脑膜瘤接受立体定向放射治疗后的发生率为28%–50%1,鼻咽癌为1.9%–5%2,3,低级别胶质瘤为1%–24%4,5,脑转移瘤为8%–20%6,7。RBI可分为急性型、早期迟发性和晚期迟发性三类,其中晚期迟发性RBI以认知功能障碍(尤其是记忆障碍)和学习能力下降为主要表现。放射性认知功能障碍(RICD)影响约50%–90%的头颈部肿瘤长期生存患者,显著降低其生活质量8,但其发病机制尚不明确,目前仍缺乏有效的预防和治疗策略。
神经炎症是放射性脑损伤(RBI)的关键病理特征,可加剧血脑屏障的破坏,并阻碍海马区的神经发生。Th17细胞是一类能够产生促炎性细胞因子IL-17的CD4+ T细胞亚群9,已被发现与多种神经退行性疾病相关,包括多发性硬化症和帕金森病10,11。在特定炎症条件下,这些细胞能够穿过血脑屏障,参与神经炎症过程12。自2005年被发现以来,Th17细胞因其在抗病原体免疫反应以及炎症性疾病中的双重作用而受到广泛关注,使其成为研究RBI及其相关认知功能障碍机制的潜在靶点13。
本研究仅使用雄性小鼠。排除雌性小鼠旨在避免动情周期相关的神经炎症波动可能带来的混杂效应,因为黄体酮水平在周期的不同阶段可相差高达十倍14。此外,我们的实验模型旨在模拟头颈部肿瘤放射治疗的临床背景,其中约72%的患者为男性15。与此一致,大多数已发表的关于辐射诱导脑损伤(RBI)机制的研究均采用雄性啮齿类动物来建立基础病理特征16。
尽管已有多种模型被用于研究放射性脑损伤(RBI),但传统的组织病理学染色和简单的Western印迹等方法在灵敏度、通量和准确性方面存在局限性17。近年来,RNA测序(RNA-Seq)和高通量蛋白质组学等技术进步为深入理解RBI的分子机制提供了更可靠的手段18。这些技术能够全面解析基因表达变化和蛋白质水平的改变,所提供的数据比早期方法更为精确19。其中,Simple Western是一种新型自动化技术,结合了毛细管电泳与化学发光蛋白检测的优势,可在极小样本量下实现高通量分析,并显著提高实验重复性20。与传统Western印迹相比,Simple Western无需膜转移步骤,可提供定量的蛋白质表达数据,在灵敏度和重复性方面具有明显优势,尤其适用于低丰度蛋白质的检测21,22。
RNA 提取与制备的实用指南对于高质量测序和定量分析的成功至关重要。为获得最佳 RNA 提取效果,我们建议使用高质量的 RNA 提取试剂盒,并确保 RNA 浓度在 100–1000 ng/µL 范围内,且 RNA 完整性数(RIN)高于 7.0,以避免降解。在使用 Simple Western 进行蛋白质分析时,应确保蛋白样品充分变性,并以每根毛细管约 1–5 µg 的浓度上样。对于 qPCR 验证,应使用由至少 1 µg RNA 合成的高质量 cDNA,并确保逆转录条件一致。在 RNA 制备过程中常见的问题,如基因组 DNA 污染或 RNA 降解,可通过使用无 RNA 酶的实验器材并及时完成相位分离以防止 RNA 降解来避免。
通过整合这些方法,本研究旨在探究Th17细胞分化通路是否在放射性脑损伤的小鼠模型中被激活,以及其在辐射诱导的认知功能障碍发病机制中所起的作用。
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本实验操作严格遵循 ARRIVE 指南(动物研究:体内实验报告指南)。已获得北京放射医学研究所机构动物护理和使用委员会的批准(批准编号:AF/SC-08/02;日期:2024年2月25日)。
1. 小鼠颅脑照射
2. 动物行为分析
3. 动物安乐死与样品制备
4. 苏木精和伊红染色
5. 免疫荧光
6. qPCR 分析
| 基因 | 引物序列 (5'-3',正向/反向) |
| TGF-β1 | CCACCTGCAAGACCATCGAC |
| CTGGCGAGCCTTAGTTTGGAC | |
| TGF-β3 | GGACTTCGGCCACATCAAGAA |
| TAGGGGACGTGGGTCATCAC | |
| IL-6 | CTGCAAGAGACTTCCATCCAG |
| AGTGGTATAGACAGGTCTGTTGG | |
| RORγt | TCCACTACGGGGTTATCACCT |
| AGTAGGCCACATTACACTGCT | |
| IL-17A | TCAGCGTGTCCAAACACTGAG |
| CGCCAAGGGAGTTAAAGACTT | |
| IL-17F | TGCTACTGTTGATGTTGGGAC |
| CAGAAATGCCCTGGTTTTGGT | |
| GAPDH | AGGTCGGTGTGAACGGATTTG |
| GGGGTCGTTGATGGCAACA |
表1:qPCR 引物序列。
7. RNA测序分析
8. 简单 Western 分析
9. 统计分析
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RBI 小鼠的认知功能障碍
在给予30 Gy全脑照射后,每周监测小鼠的体重。在第4周进行认知功能评估th 周图1A)。初步测量结果显示,对照组与RBI组的体重相似。然而,在照射后1至3周内,RBI组体重显著下降(图1B),表明全脑照射对小鼠的生长和发育具有不利影响。
Morris水迷宫(MWM)测试结果表明,对照组的逃避潜伏期随时间呈进行性下降,而RBI组在逃避时间上未表现出显著变化。图1C)。重要的是,两组之间的逃逸潜伏期在第4天已表现出显著差异th 和 5th 测试天数(图1C)。对照组在空间学习阶段的第5...
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方案中的关键步骤
本方案涉及在小鼠中诱导放射性脑损伤(RBI),随后对神经炎症及 Th17 细胞分化通路进行综合评估(图6)。其中关键步骤是对 C57BL/6 小鼠实施30 Gy剂量的颅脑照射,这是RBI的成熟模型1。使用电离室对剂量进行精确校准,以确保实验可重复性28。行为学实验(包括莫里斯水迷宫,MWM)用于评估认知功能障碍29,而RNA测序则揭示基因表达变化,特别是Th17细胞分化通路的激活情况30,从而对RBI提供深入的分子层面理解8。
技术的改进与故障排除
改进措施包括优化辐照技术,并进行每周剂量校准,以确保辐射暴露的一致性31。添加了行为...
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作者声明无任何利益冲突。
本工作的支持由北京放射医学研究所提供
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 12-230 kDa 分离模块,8 x 25 毛细管卡盒 | ProteinSimple | SM-W004 | 用于 SimpleWestern |
| 抗 GAPDH 抗体 | Proteintech | HRP-60004 | 1:500 稀释/用于 SimpleWestern 的抗体 |
| 抗 GFAP 抗体 | Abcam | ab7260 | 1:2000 稀释/用于免疫荧光的抗体 |
| 抗 IBA-1 抗体 | Abcam | ab178846 | 1:2000 稀释/用于免疫荧光的抗体 |
| 抗 IL-17 A/F 抗体 | Thermo | MA5-23748 | 1:10 稀释/用于 SimpleWestern 的抗体 |
| 抗 IL-1β 抗体 | CST | 12242 | 1:50 稀释/用于 SimpleWestern 的抗体 |
| 抗 IL-6 抗体 | Thermo | MA5-23800 | 1:5 稀释/用于 SimpleWestern 的抗体 |
| 抗小鼠检测模块 | ProteinSimple | DM-002 | 用于 SimpleWestern 的二抗 |
| 抗 P-STAT3(Try705) 抗体 | Thermo | MA5-15193 | 1:2 稀释/用于 SimpleWestern 的抗体 |
| 抗兔检测模块 | ProteinSimple | DM-001 | 用于 SimpleWestern 的二抗 |
| 抗 RORγt 抗体 | Thermo | 14-6988-82 | 1:5 稀释/用于 SimpleWestern 的抗体 |
| 抗 STAT3 抗体 | Thermo | 710077 | 1:20 稀释/用于 SimpleWestern 的抗体 |
| 抗 TGF β-1,2,3 抗体 | Thermo | MA5-23795 | 1:10 稀释/用于 SimpleWestern 的抗体 |
| BAC 检测试剂盒 | Thermo | A55860 | 蛋白检测 |
| EZ 标准试剂包 1 12-230 kDa | ProteinSimple | PS-ST01EZ-8 | 用于 SimpleWestern |
| 山羊抗兔 IgG H&L | Abcam | ab150077 | 1:1000 稀释/用于免疫荧光的抗体 |
| RNeasy 试剂盒 | Qiagen | 74134 | RNA 提取 |
| SuperScript IV 第一链合成系统 | Thermo Fisher Scientific | 18091050 | 逆转录 |
| SYBR Green 主混合液 | Takara Bio | RR820A | 定量 PCR |
| TRIzol 试剂 | Invitrogen | 15596026 | RNA 提取 |
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