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所有小鼠实验均经四川大学华西医院动物伦理委员会批准(批准号:20250814006、20211212A)。本实验所用小鼠均为C57BL/6遗传背景。
1. 溶液的配制
- 配制荧光激活细胞分选(FACS)缓冲液:含0.5%牛血清白蛋白(BSA)的1× PBS。
- 配制磁珠激活细胞分选(MACS)缓冲液:含0.5% BSA和2 mM乙二胺四乙酸(EDTA)的1× PBS。
- 配制细胞培养基:RPMI 1640培养基,含10%胎牛血清(FBS)、1 mM丙酮酸钠、2 mM L-谷氨酰胺、10 mM HEPES、55 µM β-巯基乙醇、100 U/mL青霉素和100 µg/mL链霉素。
2. C57BL/6小鼠淋巴细胞的制备
- 在无菌条件下取一只6–8周龄的C57BL/6小鼠(雄性或雌性)的脾脏和外周淋巴结,放入含有5 mL FACS缓冲液的50 mL离心管中。
注意:脾脏和淋巴结的解剖应按照标准操作程序进行。
- 将70 µm细胞筛置于50 mL离心管上,然后将脾脏和淋巴结放在筛网上,使用5 mL注射器活塞轻轻研磨组织1分钟。研磨过程中,用FACS缓冲液冲洗筛网3次。确保将所有组织完全研磨,并将细胞冲洗至离心管中。研磨完成后,移除细胞筛。
- 在4 °C下以350 × g离心7分钟。
- 弃去上清液,将细胞沉淀重悬于3 mL红细胞裂解缓冲液中,在室温下静置3–5分钟。
- 立即向离心管中加入FACS缓冲液至总体积达15–20 mL,以终止裂解反应,然后在4 °C下以350 × g离心7分钟。
- 弃去上清液,加入10 mL FACS缓冲液,轻轻重悬细胞沉淀。
- 取10 µL细胞悬液,使用台盼蓝染色法计数总活淋巴细胞数。
注意:这些细胞为CD45.2+淋巴细胞。
3. CD45.1 小鼠淋巴细胞的制备
- 在无菌条件下取一只6–8周龄CD45.1小鼠(无论雄性或雌性)的脾脏和淋巴结,并将其放入含有5 mL FACS缓冲液的50 mL离心管中。
- 按照上述相同步骤制备CD45.1小鼠的淋巴细胞。
注意:这些细胞为CD45.1+淋巴细胞。
4. CD45.2+CD4+CD62L+ 初始T细胞的制备
注意:整个过程使用MACS的CD4+CD62L+ T细胞分离试剂盒。MACS缓冲液预先冷却至4 °C,所有离心条件均为4 °C、350 × g 离心7分钟。
- 收集来自 C57BL/6 小鼠的细胞悬液,离心并弃去上清液,每 1 × 108 初始总细胞向离心管中加入 400 µL MACS 缓冲液和 100 µL CD4+ T 细胞生物素标记抗体混合物。轻轻混匀,在 4 °C 避光孵育 5 分钟。
- 每 1 × 108 初始总细胞,向第 4.1 步的离心管中加入 300 µL MACS 缓冲液和 200 µL 抗生物素微珠。轻轻混匀,在 4 °C 避光孵育 10 分钟。
- 加入 10 mL MACS 缓冲液,离心并弃去上清液。将细胞沉淀重悬于 2 mL MACS 缓冲液中。
- 将 LS 柱置于相应的 MACS 分选磁性分离器上。用 3 mL MACS 缓冲液冲洗柱子。等待柱内缓冲液完全流尽后,再进行下一步操作。
注意:LS 柱的最大细胞载量为 2 × 109 个细胞(包括阳性与阴性细胞),其可捕获的阳性细胞最大数量为 1 × 108 个。通常,单只小鼠在此步骤中仅需使用一个 LS 柱。
- 将第 4.3 步获得的细胞悬液加载到 LS 柱上。当细胞悬液完全流入柱内后,用 3 mL MACS 缓冲液洗涤柱子。将所有穿流液收集至一个新的 15 mL 离心管中。
注意:这些为总 CD4+CD25– T 细胞。
- 对第 4.5 步获得的总 CD4+CD25– T 细胞进行离心,弃去上清液,获得细胞沉淀。
- 每 1 × 108 初始总细胞,向细胞沉淀中加入 800 µL MACS 缓冲液和 200 µL CD62L 微珠。轻轻混匀,在 4 °C 避光孵育 10 分钟。
- 向离心管中加入 10 mL MACS 缓冲液,离心并弃去上清液,将细胞沉淀重悬于 500 µL MACS 缓冲液中。
- 将 MS 柱置于相应的 MACS 分选磁性分离器上,并用 1 mL MACS 缓冲液冲洗柱子。
- 将细胞悬液加载到 MS 柱上。当悬液完全流入柱内后,用 1 mL MACS 缓冲液洗涤柱子两次。
- 将 MS 柱从磁性分离器上取下,置于一个新的 15 mL 离心管上。向柱中加入 1 mL MACS 缓冲液,并立即用力推动推杆,以洗脱被磁珠标记的细胞。
- 计数细胞,离心并弃去上清液,将细胞重悬于适量培养基中,并将离心管置于冰上。
注意:这些细胞为 CD45.2+CD4+CD62L+ 初始 T 细胞。通常,每只小鼠可纯化获得约 8 × 106 至 1 × 107 个 CD4+CD25–CD62L+ 初始 T 细胞;若包含外周淋巴结,可提高得率。
- 测定分离细胞的纯度:取 5 × 104 个分离得到的 CD4+CD62L+ T 细胞,重悬于 1.5 mL 离心管中的 50 µL 抗体溶液中。
注意:通过将抗小鼠 CD4 PerCP-Cy5.5 抗体、抗小鼠 CD62L FITC 抗体和抗小鼠 CD25 PE 抗体以 1:100 的比例加入 FACS 缓冲液中,制备抗体溶液。
- 在 4 °C 避光孵育 20 分钟后,加入 1 mL FACS 缓冲液洗涤细胞。离心后弃去上清液,将细胞沉淀重悬于 200 µL FACS 缓冲液中。
- 通过流式细胞术检测样品纯度。
注意:有关流式细胞仪分析的详细信息,请参阅仪器用户手册或先前报道的实验方案14。分离的 T 细胞样品中 CD4+CD25–CD62L+ 初始 T 细胞的纯度应高于 95%(图 2)。
5. CD45.1+CD4+CD25+ 调节性T细胞富集细胞与抗原提呈细胞富集的非CD4+细胞的制备
注意:整个过程使用MACS用CD4+CD25+调节性T细胞分离试剂盒,该试剂盒的说明书已优化,可同时获得富含抗原呈递细胞(APC)的非CD4+细胞和富含CD4+CD25+ Treg的细胞。MACS缓冲液预先冷却至4 °C,所有离心条件均为4 °C、350 × g离心7分钟。
- 收集来自CD45.1小鼠的细胞悬液,离心后弃去上清液,按每1 × 108个初始总细胞加入400 µL预冷的MACS缓冲液和100 µL CD4+CD25+调节性T细胞生物素抗体混合液至离心管中。轻轻混匀,于4 °C避光孵育10分钟。
- 无需洗涤,直接向第5.1步的离心管中按每1 × 108个初始总细胞加入380 µL预冷的MACS缓冲液、200 µL抗生物素微珠和20 µL CD25-PE抗体。轻轻混匀,于4 °C避光孵育15分钟。
- 向离心管中加入10 mL MACS缓冲液,离心后弃去上清液,然后按每1 × 108个初始总细胞将细胞沉淀重悬于500 µL MACS缓冲液中。
- 将LD柱置于相应的MACS分选磁性分离器上,用2 mL MACS缓冲液冲洗柱子。待柱内缓冲液完全流尽后再进行下一步操作。
- 将第5.3步所得细胞悬液缓慢加至LD柱上。当细胞悬液完全流入柱内后,用2 mL MACS缓冲液洗涤柱子2次。将所有穿流液收集至一个新的15 mL离心管中。
- 从磁性分离器上取下LD柱,置于一个新的15 mL离心管上。向LD柱中加入3 mL MACS缓冲液,立即用力推动柱塞,以挤出被微珠标记的非CD4+细胞。计数细胞,离心后将细胞沉淀重悬于适量细胞培养基中,使细胞浓度达到1 × 107 cells/mL,并将离心管置于冰上。
注:这些非CD4+细胞主要由巨噬细胞、树突状细胞和B细胞等抗原呈递细胞(APC)组成。在本实验方案中,这些细胞作为APC富集的非CD4+组分使用。
- 将第5.5步收集的全部CD4+ T细胞离心,弃去上清液,获得细胞沉淀。
- 按每1 × 108个初始总细胞向细胞沉淀中加入900 µL MACS缓冲液和100 µL抗PE微珠。轻轻混匀,于4 °C避光孵育15分钟。
- 将MS柱置于相应的MACS分选磁性分离器上,用500 µL预冷的MACS缓冲液冲洗柱子。待柱内缓冲液完全流尽后再进行下一步操作。
- 将第5.8步所得细胞悬液缓慢加至MS柱上。当细胞悬液完全流入柱内后,用1 mL MACS缓冲液洗涤柱子2次。将穿流液收集至一个新的15 mL离心管中。
注:此时穿流液中的细胞为CD4+CD25– T细胞。
- 将MS柱从磁性分离器上取下,置于一个新的15 mL离心管上方。向柱中加入1 mL MACS缓冲液,然后迅速下压柱塞,以回收被磁珠标记的CD4+CD25+调节性T细胞富集组分。
- 计数细胞后,离心细胞悬液并弃去上清液。将细胞沉淀重悬于适量培养基中,使最终细胞浓度为2 × 106 cells/mL,并将离心管置于冰上。
注:这些细胞为CD45.1+CD4+CD25+调节性T细胞富集组分。通常,每只小鼠可纯化获得约8 × 105至1 × 106个CD4+CD25+细胞;若加入外周淋巴结,可提高得率。
- 测定分离所得CD4+CD25+调节性T细胞富集组分的纯度:分别取5 × 104个分离的CD4+CD25+调节性T细胞富集细胞和5 × 104个分离的APC富集非CD4+细胞,重悬于50 µL抗体溶液中。
注:通过将抗小鼠CD4 PerCP-Cy5.5抗体和抗小鼠CD25 PE抗体按1:100比例加入FACS缓冲液中配制抗体溶液。此处使用相同的抗小鼠CD25 PE抗体以确认CD4+CD25+细胞已充分标记,且非CD4+组分中无CD4+CD25+ T细胞残留。如需更严格地鉴定调节性T细胞,还可进行抗小鼠Foxp3 PB抗体的细胞内染色。
- 于4 °C避光孵育20分钟后,加入2 mL FACS缓冲液洗涤细胞。离心后弃去上清液,将细胞沉淀重悬于200 µL FACS缓冲液中。
- 通过流式细胞术检测样品纯度。
注:CD4+CD25+细胞的比例应≥ 95%,以确保调节性T细胞富集群体的纯度满足实验要求(图2)。作为APC富集组分使用的非CD4+细胞中,CD4+ T细胞比例不应超过5%(图2)。
6. 使用细胞增殖染料标记初始型 CD4+ T 细胞
注意:所有离心条件均为 4 °C、350 × g 离心 7 分钟。使用前将 PBS 缓冲液预平衡至室温。标记过程需避光操作,以避免染料淬灭。
- 取初始CD4+ T细胞悬液,离心后弃去上清液,收集细胞沉淀。
- 用PBS稀释细胞增殖染料eFluor 450,于室温下配制浓度为20 µM的染料溶液。
- 每1 × 107个细胞加入0.5 mL PBS。将离心管倾斜约45°,通过上下吹打50次,轻柔重悬细胞。
- 迅速向细胞悬液中加入等体积的细胞增殖染料溶液,使染料终浓度为10 µM。保持离心管倾斜约45°,通过上下吹打50次混匀细胞,确保细胞与增殖染料充分接触。
- 立即用铝箔包裹离心管以避光,于室温孵育20分钟。每隔5分钟轻轻涡旋振荡一次,防止细胞聚集。
- 向离心管中加入10 mL预冷的细胞培养基,轻轻涡旋以终止染色反应,随后离心并弃去上清液。
- 向细胞沉淀中加入5 mL预冷的细胞培养基,离心后弃去上清液,以洗涤细胞。
- 再次向细胞沉淀中加入5 mL预冷的细胞培养基,并重悬细胞。
- 计数细胞,离心后弃去上清液,用适量培养基重悬细胞,调整细胞浓度至2 × 106 cells/mL,并将离心管置于冰上保存。
7. 设置 体外 Treg细胞的功能分析
- 计算细胞培养所需的样本数量,准备适量含有 2.5 µg/mL 抗小鼠 CD3 抗体或指定诱导细胞因子的细胞培养基,并轻轻涡旋混匀已制备的 CD45.2+CD4+CD62L+ 初始 T 细胞、CD45.1+CD4+CD25+ 富集的调节性 T 细胞(Treg)以及富集的非 CD4+ 抗原呈递细胞(APC)。
注意:使用 CD45.2+CD4+CD62L+ 初始 T 细胞作为反应性 T 细胞(Tresp)。本示例实验旨在研究 Treg 细胞对 Th1 和 Th17 细胞分化与增殖的影响。因此,细胞培养共设四个样本:在 Th1 或 Th17 诱导条件下培养的 Tresp 细胞,分别在有或无 Treg 富集细胞存在的情况下进行培养。
- 向 48 孔板中每孔加入 100 µL CD45.2+CD4+ 初始 T 细胞(每孔 2 × 105 个细胞)。
- 向 48 孔板中每孔加入 100 µL CD45.1+ 富集的非 CD4+ APC 细胞(每孔 1 × 106 个细胞)。
- 向实验孔中加入 100 µL CD45.1+CD4+CD25+ 富集的 Treg 细胞(每孔 2 × 105 个细胞),向对照孔中加入 100 µL 细胞培养基。实验样本中 Treg 富集细胞与 Tresp 细胞的比例为 1:1。
注意:可根据需要设定 Treg 细胞与 Tresp 细胞的比例,或设计多个不同比例的实验组。共培养体系中 Tresp 细胞数量固定,Treg 细胞数量可根据需要调整。通常实验样本中 Treg 与 Tresp 的比例包括 1:1、1:2、1:4、1:8、1:16 和 0:1。 此外,每个实验条件可设置三个重复孔,以减少随机实验误差。 此处为清晰起见,基于既往研究经验15,16,以 1:1 比例为例进行说明。
- 向每孔加入 100 µL 含 2.5 µg/mL 抗小鼠 CD3 抗体的细胞培养基。
注意:抗小鼠 CD3 抗体的终浓度为 0.5 µg/mL。除实验样本外,需设置不含抗小鼠 CD3 抗体的空白对照样本。在该样本中加入 100 µL 不含抗小鼠 CD3 抗体的 T 细胞培养基,用于测定未增殖 T 细胞的荧光强度,或峰 0 的强度,从而准确校准增殖分布情况。
- 向每孔加入含指定细胞因子的细胞培养基 100 µL,使每孔终体积为 500 µL。
注意:本实验中,使用终浓度为 10 ng/mL 的重组小鼠 IL-12 p70 诱导 Th1 细胞,使用终浓度为 2 ng/mL 的重组人 TGF-β1 和 50 ng/mL 的重组小鼠 IL-6 诱导 Th17 细胞。
- 向其余空孔中加入 PBS(每孔 500 µL),以维持培养板内湿度,减少边缘效应。
- 将 48 孔板置于 37 °C、5% CO2 培养箱中培养 3 天。
注意:在此共培养体系中,可溶性抗小鼠 CD3 抗体提供 T 细胞活化的初始 T 细胞受体(TCR)信号,而富集的非 CD4+ APC 细胞提供共刺激信号,以实现 T 细胞的完全活化。TCR 与共刺激信号也可通过包被于培养板的抗小鼠 CD3 抗体及可溶性抗小鼠 CD28 抗体触发。研究人员可根据需要选择合适的刺激方式。
8. 体外 Treg细胞的功能分析
注意:所有离心条件均为 4 °C、350 × g 离心 7 分钟。
- 轻轻吹打培养的细胞使其重悬,并将细胞悬液转移至1.5 mL离心管中。离心后弃去上清液。
- 向每管中加入500 µL含有5 ng/mL PMA、1 µg/mL离子霉素和1:1,000稀释的GolgiPlug蛋白转运抑制剂的细胞培养基,轻轻涡旋混匀以重悬细胞,然后在37 °C、5% CO2培养箱中孵育3小时。
- 离心后弃去上清液,向每个样本中加入50 µL含一测试量Zombie Yellow染料和1:100稀释的抗小鼠CD16/32抗体的PBS溶液,涡旋混匀,并在室温避光条件下孵育15分钟,以标记死细胞并阻断Fc受体。
- 离心后弃去上清液,加入50 µL表面抗体混合液,涡旋混匀,并在4 °C避光条件下孵育20分钟。
注:将抗CD4 PerCP-Cy5.5抗体、抗CD45.1 FITC抗体和抗CD45.2 APC-eFluor 780抗体按1:200比例加入FACS缓冲液中,配制表面抗体混合液。
- 向每根离心管中加入1 mL FACS缓冲液,离心后弃去上清液。
- 向每根离心管中加入300 µL固定和破膜溶液,涡旋混匀,并在4 °C避光条件下孵育20分钟。
- 向每根离心管中加入1 mL 1×破膜/洗涤(Perm/Wash)缓冲液,离心后弃去上清液;重复此洗涤步骤一次,以确保彻底去除残留的固定剂。
- 向每管中加入50 µL细胞因子抗体混合液,涡旋混匀,并在4 °C避光条件下孵育40分钟。
注:将抗IFN-γ PE抗体和抗IL-17A PE-Cy7抗体按1:100比例加入Perm/Wash缓冲液中,配制细胞因子抗体混合液。
- 用1 mL Perm/Wash缓冲液洗涤每个样本,离心后弃去上清液,将沉淀重悬于300 µL FACS缓冲液中。
- 通过流式细胞术检测Tresp细胞的增殖与分化情况。采用以下设门策略(图3):首先,在总细胞中圈选淋巴细胞群体,排除细胞碎片和杂质;其次,根据散射光信号在淋巴细胞中圈选单细胞群体;第三,在单细胞中圈选活细胞群体;第四,在活细胞中圈选CD4+ T细胞群体;第五,在CD4+ T细胞中分别圈选CD45.1+ Treg富集细胞群体和CD45.2+ Teff细胞群体;第六,在CD45.2+ T细胞中进一步圈选CD45.2+CD4+IFN-γ+ Th1细胞、CD45.2+CD4+IL-17A+ Th17细胞以及未增殖的CD45.2+CD4+ T细胞。
- 进行流式细胞术数据采集并分析结果。
- 使用标记了细胞增殖染料eFluor 450的培养T细胞作为细胞增殖染料单染对照。使用未标记细胞增殖染料的培养T细胞制备Zombie Yellow染料单染对照。其余每种荧光染料的单染对照均使用补偿微珠制备。
- 使用标记了细胞增殖染料eFluor 450但未添加抗小鼠CD3抗体进行培养的T细胞,定义未增殖细胞的设门范围。
- 使用标记了细胞增殖染料并经Zombie Yellow染料染色、所有表面抗体染色,以及抗小鼠IFN-γ PE抗体和抗小鼠IL-17A PE-Cy7抗体同型对照染色的培养T细胞,定义IFN-γ+CD4+和IL-17A+CD4+ T细胞的设门范围。