本方案描述了一种优化的分离老龄小鼠泪腺以获取可用于单细胞RNA测序的活单细胞的方法。通过依次进行酶消化并配合轻柔操作,可保持细胞完整性,获得高质量的单细胞悬液,适用于分离特定细胞类型,并对泪腺细胞群中与衰老相关的变化进行转录组学分析。
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本方案描述了一种优化的分离老龄小鼠泪腺以获取可用于单细胞RNA测序的活单细胞的方法。通过依次进行酶消化并配合轻柔操作,可保持细胞完整性,获得高质量的单细胞悬液,适用于分离特定细胞类型,并对泪腺细胞群中与衰老相关的变化进行转录组学分析。
泪腺(LG)的老化与泪液分泌减少和慢性炎症相关,是导致干眼症的重要因素。与年龄相关的泪腺变化包括免疫细胞浸润、细胞损伤、腺泡细胞内脂质积聚、细胞外基质沉积以及导管扩张。单细胞RNA测序(scRNA-seq)为解析衰老过程中细胞异质性和转录变化提供了强有力的手段;然而,由于老年泪腺组织纤维化程度增加、细胞脆弱性升高以及脂质积聚,制备可存活的单细胞悬液在技术上具有挑战性。本研究提出了一种优化的、可重复的实验方案,可高效解离老年小鼠泪腺并分离多种细胞类型,适用于后续的单细胞RNA测序分析。重要的是,该方案同样适用于年轻泪腺、结膜以及其他外分泌组织。该流程采用分步酶解策略,首先使用胶原酶IV、分散酶II和DNase I进行组织初步消化,随后用Accutase解离残留的细胞团块,并通过最终的DNase I处理获得纯净的单细胞悬液。为最大限度减少细胞损伤,所有塑料器皿均预先用含牛血清白蛋白的PBS包被,且组织处理过程在严格控制的温度和振荡条件下进行。红细胞裂解及通过多级滤网的连续过滤进一步提高了细胞纯度。通过报告基因小鼠品系结合荧光激活细胞分选(FACS)实现特定细胞类型的分离。利用Acta2GFP和PdgfraEGFP 小鼠,在使用EpCAM抗体进行免疫染色后,我们成功分离了肌上皮细胞和成纤维细胞。FACS可将EpCAM⁺/αSMA⁺的肌上皮细胞群分离出来,而PdgfraEGFP小鼠中的EGFP⁺细胞则代表成纤维细胞群体。该方案可从老年泪腺中获得高质量、高活性的单细胞悬液,并可便捷地推广至其他需要温和解离和靶向细胞分离的纤维化或衰老外分泌组织。
泪腺(LG)是一种外分泌性管泡状腺体,负责分泌泪膜的水性层。在人的一生中,角膜表面和泪腺均可能遭受细菌和病毒感染,这些感染可能导致上皮细胞系统性破坏、慢性炎症反应的启动、免疫细胞浸润泪腺以及组织再生能力的缺失。随着年龄增长,慢性炎症性疾病的发病率随之升高1。其中,干眼症(DED)是全球范围内导致视力障碍的十大常见病因之一,也是造成老年人群独立性下降、行动能力受限及日常功能减退的主要因素之一2。DED的主要病因之一是泪腺功能障碍3。
随着年龄增长,小鼠和人类的泪腺(LG)会发生显著的结构和功能改变,包括腺泡细胞萎缩、导管扩张、免疫细胞浸润、纤维化以及脂质沉积4,5,6,7。这些退行性变化还常伴随泪腺的慢性炎症和组织纤维化3,5,8,9。尽管衰老与泪腺病理之间存在明确关联,但驱动这些变化的分子和细胞机制仍不清楚。
单细胞RNA测序能够全面分析细胞群体及其在衰老过程中的转录变化10。该方法可无偏倚地鉴定泪腺中不同的细胞类型和状态,揭示衰老如何改变基因表达谱、免疫细胞浸润以及上皮-间质相互作用。
目前,已有多种组织解离方法可供使用,包括机械解离法11以及在37 °C下使用胶原酶、分散酶或胰蛋白酶等酶进行温育消化的方案12。针对肝脏、肺、肾、心脏及多种肿瘤组织等多种组织类型,已有不同的解离策略被报道13,14,15。然而,由于老年泪腺组织纤维化程度增加且细胞更为脆弱,从中制备具有活性的单细胞悬液在技术上仍具挑战性。此外,正如我们先前所报道,脆弱的腺泡细胞回收尤为困难,因为解离过程中细胞膜通透性的改变可能导致这些体积较大、具有分泌功能的细胞释放大量胞内RNA,从而增加后续单细胞测序数据中的背景信号16。尽管已有若干研究报道了衰老泪腺的单细胞RNA测序图谱,但这些数据集的质量受限于不够理想的解离方法,导致上皮细胞的得率低于间质细胞群体。本文中,我们提供了一种详细且经过优化的方案,用于高效解离老年小鼠泪腺组织,并分离出可用于后续单细胞RNA测序(scRNA-seq)和批量RNA测序(bulk RNA-seq)分析的 distinct 细胞群体(图1)。该方法为研究与年龄相关的泪腺功能障碍的分子机制提供了有力工具。
该方案能够从老龄泪腺组织中制备出高质量且具有活性的单细胞悬液,为全面的转录组学分析提供了可靠基础。该方法可实现对多种细胞群体的详细鉴定和分子特征分析,包括经历年龄相关变化的肌上皮细胞、成纤维细胞以及其他上皮和间质细胞类型。优化后的实验流程可有效保持细胞完整性,并最大限度减少因应激引起的转录偏差,从而准确反映体内细胞的真实状态。此外,该方法具有广泛的适用性,可推广至其他外分泌腺体或纤维化组织的研究,尤其适用于需要温和解离组织并精确分离特定细胞群体的下游单细胞分析研究。
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所有动物实验均按照斯克里普斯研究所机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准的方案进行(方案编号:08-0123;批准日期:2023年8月29日)。斯克里普斯研究所的动物护理工作已获得国际实验动物评估和认可委员会(AAALAC)认证。小鼠饲养于标准的12小时光照/12小时黑暗循环环境中,食物和水自由供应。ad libitum。实验中使用了PdgfraEGFP和Acta2GFP转基因小鼠品系。小鼠品系的详细信息见"材料表"部分。
1. 一般注意事项
2. 塑料器皿
3. 溶液与缓冲液
4. 组织采集与显微解剖(约 40 - 50 分钟)
5. 第一次酶消化(约1.5 - 2小时)
6. 终止酶活性及初次洗涤(约 15 分钟)
7. Accutase 和 DNase 处理(约 30 - 35 分钟)
8. 细胞计数与活力检测
9. 单细胞RNA测序用细胞的制备(约1 - 1.5小时)
10. 基于流式细胞术的细胞分选前细胞准备(约 1 - 1.5 小时)
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由于脂质积聚和大量细胞外基质(ECM)沉积,老化外分泌腺的解离具有挑战性。老化腺体表现出明显的淋巴细胞浸润以及显著的导管扩张,并伴有管腔内物质积聚,反映了使组织解离复杂化的结构和炎症性改变。泪腺是一种外分泌器官,由三种主要的上皮细胞类型组成:腺泡细胞、导管细胞和肌上皮细胞。腺泡细胞产生泪膜中的水相和蛋白质成分,以维持角膜的水合状态,并提供抗菌和促进伤口愈合的功能。在老化泪腺(LG)中,慢性炎症与上皮损伤、免疫细胞浸润、腺泡细胞内脂质积聚、细胞外基质沉积增加以及导管扩张相关,这些变化均可损害泪液分泌并进一步增加组织异质性(图2)。尽管如此,我们的方案能够有效解离泪腺,并在年轻(2个月)和老化(20个月)腺体中均成功鉴定出所有主要的细胞簇。UMAP分析显示,上皮和间质细胞群体均得到良好表征,包括MEC和成纤维细胞(图3A–C),以及多种免疫细胞(图3A、B)。与年...
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本文中,我们优化并评估了一种显著改进的从外分泌组织制备单细胞悬液的方案,重点针对泪腺。利用该方法,我们成功从老年和年轻个体的泪腺中获得了纯净且高质量的单细胞悬液,适用于单细胞测序及其他下游应用。
尽管已有多种组织解离方案可供使用,但我们仍需对其进行修改和优化,以高效回收在分离过程中最易受损的细胞群体。由于某些特定细胞群体十分脆弱,同时组织中上皮和间充质细胞群体并存且难以分离,因此我们从一开始就排除了仅依赖非酶法机械解离的方案21,22。冷酶解离法依赖于来自嗜冷生物的蛋白酶,这些酶在低温(0–10 °C)下仍具有较高的催化活性,可在低温条件下进行组织解离,从而最大限度地减少因应激引起的转录激活假象16,23。然而,该方法需要显著更长的分离时间,这使得后续步骤(如单细胞RNA测序或流式细胞分选分析所需的及时细胞制备)变得复杂。由于操作上的限制,这些步骤无...
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所有作者声明均无利益冲突。
本工作得到了美国国立卫生研究院、国立眼科研究所(NEI)资助项目5R01EY026202、R01EY035333;国立牙科与颅面研究所(NIDCR)资助项目R01DE031044、2R01DE014756;以及国家癌症研究所(NCI)资助项目5R01CA271500的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 材料 | |||
| BSA | Sigma-Aldrich | A4919 | |
| CaCl2 (1 M 溶液) | BioVision | B1010-100 | |
| 胶原酶 IV | Sigma-Aldrich | C5138 | |
| 死细胞去除试剂盒 | Miltenyi biotec | 130-090-101 | |
| 死细胞去除试剂盒 | Miltenyi biotec | 130-090-101 | |
| 分散酶 II | Roche | C756V28 | |
| DNase I | Sigma-Aldrich | DN25-100MG | |
| DPBS | Gibco, Thermo Fisher Scientific | 14190-144 | |
| 胎牛血清,超低 IgG | Gibco | # 16250078 | |
| Hank's 平衡盐溶液 (HBSS) | Corning (Thermo Fisher Scientific) | 21-022-CV | |
| HEPES (1 M 溶液) | Sigma-Aldrich | H0887 | |
| 异氟烷溶液 | Covertus | # 11695067772 | |
| MACS® SmartStrainers (30 µm) | Miltenyi biotec | 130-098-458 | |
| MACS® SmartStrainers (70 µm) | Miltenyi biotec | 130-110-916 | |
| Medium/F12 (DMEM/F12) | Millipore | DF-042-B | |
| MgCl2 1M | Sigma-Aldrich | M1028-100ML | |
| MS 柱 | Miltenyi biotec | 130-042-201 | |
| NaCl (5M 储存液) | Invitrogen™ | AM9759 | |
| 磷酸盐缓冲液 (PBS) 片剂 | Sigma-Aldrich | P8920-500ML | |
| 红细胞裂解液 (10×) | Miltenyi biotec | 130-094-183 | |
| StemPro Accutase | Gibco, Thermo Fisher Scientific | A1110501 | |
| 台盼蓝溶液,0.4% | Gibco, Thermo Fisher Scientific | 15250061 | |
| 超纯 EDTA (0.5M, pH 8.0) | Invitrogen | 15575020 | |
| 抗体 | |||
| CD140a (PDGFRA) 单克隆抗体 (APA5),APC-eFluor™ 780,大鼠 / IgG2a, kappa | eBioscience | 47-1401-82; RRID:AB_2784706 | |
| FcBlock (CD16/CD32 Fc 阻断剂) | BD Biosciences | 553141; RRID:AB_394656 | |
| FxCycle™ Violet 染料 | Thermo Fisher Scientific | F10347 | |
| 大鼠 CD326 (EpCAM)-APC 单克隆抗体 (G8.8),大鼠 IgG2a, kappa | eBioscience | 17-579182; RRID:AB_2716944 | |
| 小鼠 | |||
| Acta2GFP | 由 Ivo Kalajzic 博士惠赠 | PMID: 18571490 | |
| PdgfraEGFP - B6.129S4-Pdgfratm11(EGFP)Sor/J | 杰克逊实验室 | RRID:IMSR_JAX:007669 | |
| 设备 | |||
| Invitrogen™ Countess™ 3 自动细胞计数仪 | Fisher Scientific | A49862; RRID:SCR_026963 |
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