本方案可实现从人类足月胎盘的底蜕膜和绒毛膜中分离、鉴定和培养原代HLA-G+绒毛外滋养层细胞(EVT)。原代EVT培养物可维持96小时的活力,可用于与配对的母体免疫细胞共培养,并进一步对其相互作用进行流式细胞术和分子分析。
本方案可实现从人类足月胎盘的底蜕膜和绒毛膜中分离、鉴定和培养原代HLA-G+绒毛外滋养层细胞(EVT)。原代EVT培养物可维持96小时的活力,可用于与配对的母体免疫细胞共培养,并进一步对其相互作用进行流式细胞术和分子分析。
人类母胎界面代表一种独特的免疫环境,在此环境中,母体免疫细胞与胎儿绒毛外滋养层细胞(EVT)发生直接的细胞接触,以建立并维持免疫耐受。EVT表现出独特的免疫表型,其特征是表达多种耐受性分子,如HLA-G、PD-L1和PD-L2,这些分子在调控母体免疫反应中发挥关键作用。此外,人类EVT还表达HLA-C,可被母体NK细胞和T细胞直接识别,从而促进其活化。重要的是,目前用于研究的动物模型中不存在HLA-C或HLA-G的同源物,且小鼠滋养层细胞缺乏MHC分子的表达。因此,在生理和病理条件下,研究来源于胎盘组织的人类EVT的表型与功能特性,对于阐明妊娠维持机制以及与子痫前期、早产、胎儿生长受限和胎盘植入等疾病相关的胎盘炎症病理生理过程至关重要。本实验方案系统阐述了从健康足月胎盘组织以及早产和子痫前期胎盘组织中分离和鉴定原代人类EVT的方法,包括:(1)胎盘及绒毛膜组织的解剖分离;(2)酶消化处理及单细胞悬液制备;(3)通过FACS分选纯化EVT;(4)利用高维流式细胞术进行表型鉴定;以及(5)短期培养与功能分析。 体外 与母体免疫细胞共培养长达96小时。重点在于获得高纯度且具有活性的绒毛外滋养层细胞(EVT),以适用于后续应用,如免疫学功能检测、蛋白质和基因表达分析。本方案的实施为深入理解EVT与母体免疫细胞之间的相互作用及其在正常妊娠和复杂妊娠中的意义,提供了可靠且可重复的实验平台。
人类胎盘包含四类广泛的滋养层细胞类型:滋养层干细胞、合体滋养层细胞、绒毛细胞滋养层细胞以及绒毛外滋养层细胞(EVT),每种类型均具有独特的功能和表型特征。其中,EVT表现出独特的免疫学特征,包括高表达免疫抑制分子,如HLA-G、PD-L1、PD-L2和B7家族成员,以及多态性的HLA-C1,2,3,4,5,6。EVT可深入侵入母体蜕膜组织、螺旋动脉及子宫肌层,从而与母体免疫细胞直接接触7。EVT 的一个显著特征是表达多态性HLA-C,该分子是与母体T细胞和NK细胞相互作用的关键介质,必须加以调控以维持妊娠期间的免疫耐受。作为EVT表达的唯一经典MHC分子,HLA-C还能向母体记忆T细胞呈递抗原,提供免疫保护作用8。然而,多项研究表明,EVT可直接增加调节性CD4 T细胞的数量,并诱导CD8 T细胞和NK细胞进入耐受性状态,从而保护自身免受细胞毒性攻击和免疫排斥9,10,11,12,13。此外,一些研究报道,在子痫前期、早产或流产后的胎盘样本中,母体免疫细胞与EVT的免疫学特征相较于健康对照组发生了改变14,15,16,17,18,19,20,21。这些免疫学变化可能由多种因素引起,包括:i)母体T细胞预先存在的异常;ii)EVT免疫抑制功能受损;或iii)两类细胞之间相互作用的破坏。为了阐明其潜在的机制驱动因素,建立能够评估母体免疫细胞与EVT相互作用的离体(ex vivo)实验模型系统至关重要。
本文所介绍的方法和策略相较于利用经典滋养层细胞系、滋养层干细胞模型或类器官的现有方法具有多项优势。最重要的是,经典滋养层细胞系和滋养层干细胞模型无法重现原代绒毛外滋养层细胞(EVT)的关键特征,包括其主要组织相容性复合体(MHC)表达谱3,5,22,23。其次,人滋养层干细胞(hTSC)和类器官培养体系所需的复杂培养基中含有多种分子抑制剂,这些成分会直接影响免疫细胞的功能和表型,从而阻碍对EVT与免疫细胞相互作用的准确评估22,24,25,26,27。最后,hTSC在分化后产生的细胞异质性,以及胎盘类器官结构的“内向外”生长特性,使得免疫细胞可能与在体内并无对应生理意义的滋养层细胞类型发生相互作用,从而降低了研究结果的清晰性和可靠性22,27。
本文描述了从人类足月胎盘组织中分离纯化原代HLA-G+绒毛外滋养层细胞(EVT)的方法,可在有或无免疫细胞群体共存的条件下对这些细胞进行长达96小时的培养。所用培养基不含影响EVT及免疫细胞功能的分子抑制剂,同时可维持细胞活性。该方法为在健康及复杂妊娠状态下直接开展EVT与免疫细胞相互作用的离体(ex vivo)研究提供了有价值的平台,有望促进母胎免疫耐受关键调控因子的发现,并为解决胎盘炎症提供潜在治疗靶点。
辛辛那提儿童医院的机构审查委员会已批准本研究方案(批准编号:2021-0336),该方案符合美国法律关于生物伦理考量、个人信息处理、传染性病原体管理以及知情同意程序的要求。每个实验室在开始实验前,均应获得符合本国研究指南的审批。
本方案通过改进我们之前的方案2,28,重点在于培养可维持活性达96小时的原代HLA-G+ EVT细胞,以用于后续功能检测。有关建立HLA-G+ EVT样细胞系的内容,请参见Hamilton等人的研究2;有关配对的母体蜕膜淋巴细胞的应用,请参见Ikumi等人的研究28。
1. 准备实验室(第0天)。
注意:处理样本时应使用二级生物安全柜(BSL2)。
2. 样本采集(第0天)
注意:使用经剖宫产获取的妊娠24至42周的人类胎盘及其膜组织。经阴道分娩的胎盘可能获得的绒毛外滋养层细胞(EVT)较少。
3. 组织解剖(第0天)
4. 组织消化(第0天)
5. Ficoll 密度梯度法(第 0 天)
6. 滋养层细胞(第0天)的分选
7. 继发性检测用原代 HLA-G+ EVT 培养(第 0 - 1 天)
8. 原代HLA-G+ EVT细胞与活化T细胞的共培养(第0 - 4天)
9. 初代 HLA-G+ EVT 的表型分析
注意:立即进行流式细胞术染色,并始终将 EVT 及所有所需溶液置于室温下。
预期细胞产量
从15 mL底蜕膜中,预期通过第一次消化可获得0.1–0.3 × 106 个HLA-G+ EVT细胞,第二次消化可获得0.1–0.6 × 106 个细胞(总计0.2–0.8 × 106 个细胞)。从30 mL绒毛膜中,预期通过第一次消化可获得0.4–1.0 × 106 个HLA-G+ EVT细胞,第二次消化可获得0.4–1.5 × 106 个细胞(总计0.8–2.5 × 106 个细胞)。分离得到的EVT细胞中,caspase 3/7- 7-AAD- 活细胞的比例预期为90–95%。
原代HLA-G+ 细胞滋养层细胞培养
对谱系标志物(HLA-G、HLA-C、EGFR)和细胞死亡标志物的流式细胞术分析表明,该方案可提供存活的原代EVT培养物,直至培养第4天(分选后的EVT接种后96小时)(图1B-D)。培养24、48和72小时后,原代绒毛膜和d.basalis HLA-G+ EVT的代表性明场显微镜图像如(图2A-F)所示。
原代HLA-G+ EVT细胞与T细胞的共培养
本方案提高了原代 EVT 在从胎盘分离后 96 小时的存活率,相较于我们此前的报道有所改进1,2,10。因此,该方案使得在模拟母胎界面急性炎症的条件下,通过与预先激活的淋巴细胞共培养来分析 EVT 的应答成为可能。通过细胞外流式细胞术染色检测,EVT 表达多态性 HLA-C 以及免疫抑制性共抑制分子,如 PD-L1、PD-L2、PVR(又称 CD155)、B7H3 和 HLA-E(图 3A、B)。根据方案第 8 节,在与活化的淋巴细胞共培养 72 小时后,EVT 的 HLA-C、PD-L1、PD-L2 和 HLA-E 表达均上调,但 PVR 和 B7H3 的表达未见升高(图 4A、B)。此外,通过 7AAD 和 caspase 3/7 染色显示,未观察到 EVT 死亡率增加(图 4C、D)。

图1EVT细胞分选的设门策略及分选后EVT培养的流式细胞术图谱 (A代表性门控策略用于分选底蜕膜EVT和绒毛膜EVT。R1为前向-侧向散射图中的活细胞门控。R2为排除CD45的门控+ 白细胞。R3 是 HLA-G+EGFR+EVT 门控。R4 为 7-AAD-caspase3/7- 活的EVT。尽管分选时不一定需要R4门,但此处展示R4门以证明原代EVT的活力。B代表性流式细胞术图显示分选后的 HLA-G+EGFR+EVT,培养96小时后 体外 培养。C,Dcaspase 3/7 的频率- 7-AAD- 分选时(第0天)及培养96小时后(第4天)的活体EVT 请点击此处以查看此图的放大版本。

图2EVT 期间的形态学特征 体外 培养 代表性绒毛外滋养层细胞(EVT)的光学显微镜图像,显示处理后(A24 小时,(B) 48 小时,以及(C) 培养72小时后的蜕膜基底层EVT以及(D)24 小时,(E)48 小时,以及(F培养72小时。比例尺 = 50 µm。 请点击此处以查看该图的放大版本。

图 3.原代 EVT 的免疫表型。(A)通过细胞外流式细胞术染色(第 0 天)检测的原代 EVT 上 HLA 和共抑制分子的代表性流式图。(B)配对线图显示了底蜕膜 EVT(蓝色)和绒毛膜 EVT(绿色)在第 0 天时 IgG 对照和各标记物完全染色的原始 MFI 值。请点击此处查看该图的放大版本。

图 4.原代滋养层细胞在有或无活化淋巴细胞情况下的免疫表型(第4天)。(A)原代滋养层细胞经72小时培养后(第4天),在有或无活化的第三方淋巴细胞共培养条件下的代表性流式图。(B)配对折线图显示滋养层细胞在有或无活化的第三方淋巴细胞存在下的MFI值。蓝色图示代表底蜕膜来源的滋养层细胞,绿色图示代表绒毛膜来源的滋养层细胞。(C)第4天在有或无活化的第三方淋巴细胞共培养条件下,caspase 3/7- 7-AAD- 活细胞滋养层细胞的代表性流式细胞术图。(D)配对折线图显示在有或无活化的第三方淋巴细胞存在下,caspase 3/7- 7-AAD- 活细胞滋养层细胞的比例。蓝色图示代表底蜕膜来源的滋养层细胞,绿色图示代表绒毛膜来源的滋养层细胞。请点击此处查看该图的放大版本。
表1. 组织解离和消化的关键试剂。 另请参见1,2,24。 请点击此处下载该表格。
表2. 滋养层细胞(EVT)培养及与T细胞共培养的关键试剂。 另见1,2,24。请点击此处下载该表格。
表3. 用于分选和流式细胞术分析的关键抗体和试剂。 请点击此处下载该表格。
方案中的关键步骤
为了获得有活力的绒毛外滋养层细胞(EVT),必须在分娩后立即从胎盘开始细胞分离,并在室温下完成从分离到分选的所有操作步骤。由于EVT比淋巴细胞体积更大且更具黏附性,因此在分选过程中应采取以下预防措施以避免堵塞:i)分选前将细胞悬液通过40 µm细胞筛网过滤;ii)使用含有DNase的培养基制备细胞悬液;iii)避免细胞悬液过度浓缩(理想浓度约为~1 × 10⁶ 个细胞/mL);iv)使用喷嘴直径至少为100 µm的分选仪。与基于流体系统的细胞分选仪(例如BD分选仪、Sony Nano)相比,气流式分选仪(例如Bigfoot、MoFlo)可获得更高的有活力EVT产量。
方法的改进与故障排除
底蜕膜 EVT 初次消化后消化过度或不足
不同胎盘的底蜕膜组织消化效率存在差异。消化过度的组织会形成大而黏稠的聚集体,难以通过金属筛网。通常,在过滤过程中加入10-30 mL洗涤液B有助于分散这些聚集体。如果此方法未能解决问题,可直接向组织中加入1-2 mL DNase。如果第一次消化导致过度消化,第二次消化时应将组织消化酶混合液的浓度从80%降低至70%。第一次消化过滤后,残留组织体积应减少至原来的一半以下。如果残留组织体积未发生明显变化,第二次消化时应将组织消化酶混合液的浓度从80%提高至90%-100%。绒毛膜组织在不同胎盘间的消化情况较为一致,因此通常无需调整组织消化酶混合液的浓度。
对于超出上述方案所述体积的较大组织的消化
对于超过30 mL的绒毛膜消化或超过15 mL的基蜕膜组织消化,应使用额外的含有组织消化酶混合液的瓶子。单个瓶子中组织体积过大容易导致消化不充分。
方法的局限性
经阴道分娩的胎盘所获得的滋养层细胞(EVT)产量较低。EVT在分选前或分选后均不能进行冷冻保存,因为它们对冻融应激非常敏感,这会显著降低其存活率和功能。因此,本方案不包含任何可暂停的步骤。
该方法相较于现有方法的重要性
我们此前报道了使用组织培养基B和胶原包被板从足月胎盘建立HLA-G+ EVT样细胞系的方案。然而,该培养基中的多种抑制剂以及胶原可能会影响共培养系统中T细胞的功能2。另一项先前研究未使用组织培养基B,虽可评估共培养中的T细胞,但由于细胞变异性,无法对EVT进行有效评估1,10。本方案的优势在于,在支持活性原代EVT培养的同时,最大限度地减少了培养基对实验的干扰。该方案提供了一个实验平台,可用于研究EVT的免疫学功能及其在周围免疫细胞作用下的功能变化——这一领域迄今尚未得到充分探索。
本研究不存在利益冲突。
我们感谢辛辛那提儿童医院医学中心风湿病科研究流式细胞术核心实验室的 Sherry Thornton 及其团队在流式细胞术和细胞分选方面提供的所有帮助;感谢参与医院的所有护士和医生在收集胎盘材料方面的努力;感谢 Tilburg 实验室所有成员以及辛辛那提儿童医院医学中心免疫学系教职人员富有启发性的讨论;本研究由美国国立卫生研究院 R01HD116852 项目(T.T.);辛辛那提儿童研究基金会(T.T.);Burroughs Wellcome 基金会下一代妊娠奖 #NGP10115(T.T.);以及美国出生缺陷基金会俄亥俄州协作项目(T.T.)资助。S.T. 获日本学术振兴会科研费 KAKENHI 项目编号 22KK0287 和 25K12697 资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.25% 胰蛋白酶/EDTA | Gibco | 25200-072 | |
| 15 mL 离心管 | Thermo Fisher | 14-955-238 | |
| -20 °C 冰箱 | 任意供应商 | ||
| 37 °C 5% CO2 培养箱 | 任意供应商 | ||
| 4 °C 冰箱 | 任意供应商 | ||
| 50 mL 锥形离心管 | Thermo Fisher | 14-955-240 | |
| 55 mM β-巯基乙醇 | Gibco | 21985-023 | |
| 6 ½” 剪刀 | 任意供应商 | ||
| 7-AAD 活性染色液 | Biolegend | 420403 | |
| -80 °C 冰箱 | 任意供应商 | ||
| A83-01 | REPROCELL | 04-0014 | |
| AF700 标记小鼠 IgG1 k 同型对照 | Biolegend | 400144 | |
| APC/Cy7 标记大鼠 IgG2a, κ 同型对照 | Biolegend | 400524 | |
| B7H3 PE/Dazzle594 | Biolegend | 351012 | |
| BD FACSymphony A5 SE 细胞分析仪 | BD Biosciences | ||
| Bigfoot 光谱细胞分选仪 | Thermo Fisher | ||
| 牛血清白蛋白 (BSA) | Sigma-Aldrich | A3294 | |
| BSL2 生物安全柜 | 任意供应商 | ||
| BV605 标记小鼠 IgG1, κ 同型对照 | BD Biosciences | 562652 | |
| BV750 标记小鼠 IgG1, κ 同型对照 | Biolegend | 400105 | |
| BV785 标记小鼠 IgG1, κ 同型对照 | Biolegend | 400170 | |
| CD45 BV785 | Biolegend | 304048 | |
| 细胞解离筛 | Millipore Sigma | CD1-1KT(孔径 60) | |
| 细胞筛网 40µm、70µm、100µm | Thermo Fisher | 22363547; 22363548; 22363549 | |
| CellEvent caspase-3/7 绿色检测试剂 | invitrogen | C10423 | |
| 离心机 | 任意供应商 | ||
| CHIR99021, 3 mM | Sigma-Aldrich | SML 1046-5MG | |
| 弯头镊子 | 任意供应商 | ||
| 二甲基亚砜 (DMSO) | VWR Life Science | 97063-136 | |
| DMEM/F12 | ThermoFisher | 11320-033 | |
| DNase I | Sigma-Aldrich | DN25 | |
| Dynabeads 人 T 细胞激活剂 CD3/CD28(用于 T 细胞扩增和激活) | Thermo Fisher Scientific | 11131D | |
| EGF,人源,重组,无动物成分 | PeproTech | AF-100-15-1MG | |
| EGFR1 BV711 | Biolegend | 352920 | |
| FACS DIVA 软件 | BD Biosciences | https://www.bdbiosciences.com/ja-jp/products/software/instrument-software/bd-facsdiva-software | |
| Ficoll Paque Plus | Cytivia | 17144003 | |
| FlowJo 软件 | FlowJo | https://www.flowjo.com/ | |
| HLA-C PE | BD Biosciences | 566372 | |
| HLA-E PE/Cy7 | Biolegend | 342608 | |
| HLA-G APC | abcam | AB40915 | |
| 人 AB 血清 | Corning | 35060CI | |
| 人绒毛膜促性腺激素 (hCG) (2500 IU/mL) | Sigma-Aldrich | C1063 | |
| 人纤连蛋白 (1 mg/mL) | Corning | 354008 | |
| 人重组 IL-2 | PeproTech | 200-02 | |
| 胰岛素-转铁蛋白-硒,100 倍浓度 (ITS-G) | Thermo Fisher Scientific | 41400-045 | |
| ITGA6 APC/cy7 | Biolegend | 313627 | |
| L-抗坏血酸 | Sigma-Aldrich | A0278 | |
| 磁力分离器 | promega | Z5342 | |
| 新生牛血清 (NCS) | gibco | 16010-159 | |
| PD-L1 AF700 | invitrogen | 56-5983-42 | |
| PD-L2 BV750 | Biolegend | 345528 | |
| PE/Cy7 标记小鼠 IgG1 k 同型对照 | Biolegend | 400126 | |
| PE/Dazzle594 标记小鼠 IgG1, κ 同型对照 | Biolegend | 400176 | |
| 青霉素和链霉素 | Gibco | 15140-122 | |
| 磷酸盐缓冲液 10X 溶液 | ThermoFisher | BP399-4 | |
| PVR BV605 | BD Biosciences | 748276 | |
| 研究级 FBS | Thermo Fisher Scientific | FB12999102 | |
| RosetteSep 人 CD8+ T 细胞富集混合液 | Stem Cell | 15023 | |
| SB431542, 10 mM | Apex-Bio | A8249 | |
| 37 °C 摇床水浴箱 | 任意供应商 | ||
| Tryple Express 1x 无酚红 | Thermo Fisher Scientific | 12604013 | |
| VPA | Sigma-Aldrich | P4543 | |
| X-VIVO 10 无血清造血细胞培养基 | Lonza | 04-380Q | |
| Y27632 | Sigma-Aldrich | 688000-1MG |
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
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