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Research Article
Xueqing Li*1,2, Zimin Xie*1,2, Wanlin Jiao*1,2, Ming Liao1,2,3, Manman Dai1,2,3
1National and Regional Joint Engineering Laboratory for Medicament of Zoonosis Prevention and Control, Guangdong Provincial Key Laboratory of Zoonosis Prevention and Control, College of Veterinary Medicine,South China Agricultural University, 2National Avian Influenza Para-Reference Laboratory, 3UK-China Centre of Excellence for Research on Avian Diseases
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Das Protokoll beschreibt eine Methode zur Kultivierung von aviären T-Zellen in vitro , indem Gedächtnis-T-Zellen aus infizierten Enten isoliert werden, was die Erzeugung hochreiner spezifischer Enten-T-Zellen ermöglicht. Darüber hinaus wurde eine intrazelluläre Zytokin-Färbemethode (ICS) etabliert, um die IFN-γ-Sekretion in Enten-T-Zellen genau zu messen.
Die In-vitro-Kultur von T-Zellen ist eine wichtige Methode zur Untersuchung von Immunantworten, Virusinfektionen und potenziellen therapeutischen Strategien. Bisher wurden jedoch keine etablierten Protokolle für die Kultivierung von aviären T-Zellen in vitro berichtet. In dieser Studie stellen wir zum ersten Mal ein Protokoll vor, das das hochpathogene Vogelgrippevirus (HPAIV) H5N1 als Modell verwendet. Hier wurden 4 Wochen alte Enten mit dem Virus infiziert und 28 Tage nach der Infektion Gedächtnis-T-Lymphozyten isoliert, um H5N1-spezifische Enten-T-Lymphozyten zu kultivieren, was die Untersuchung der spezifischen Immunantwort auf das H5N1-Virus ermöglichte. Zu den wichtigsten Schritten des Protokolls gehören die Isolierung von mononukleären Zellen (PBMCs) des peripheren Blutes (PBMCs) aus infizierten Enten, die Aktivierung von Antigen-präsentierenden Zellen (APCs) mit einer optimalen Infektionsvielfalt (MOI = 5) für 6 Stunden und die Herstellung von T-Zell-Kulturmedien, die mit rekombinantem IL-2 und anderen spezifischen Zusätzen ergänzt werden. Die T-Zell-Proliferation, die Zytokinsekretion und die zytotoxische Aktivität wurden während des gesamten Prozesses engmaschig überwacht. Darüber hinaus haben wir ein intrazelluläres Zytokin-Färbeprotokoll zur Quantifizierung der IFN-γ-Sekretion in Enten-T-Zellen etabliert. Dazu wurde eine Hybridom-Zelllinie erzeugt, die IgG3κ-Antikörper exprimiert, die spezifisch für Enten-IFN-γ sind, gefolgt von einer erfolgreichen Antikörperreinigung. Der gereinigte Antikörper wurde 1:10 verdünnt und in der Durchflusszytometrie eingesetzt, um die IFN-γ Sekretion präzise zu messen. Diese Methode bietet ein zuverlässiges Werkzeug zur Bewertung der T-Zell-Antworten von Enten und legt den Grundstein für zukünftige Untersuchungen zur viralen Immunologie von Vögeln.
Der Prozess der Aktivierung, Proliferation, Differenzierung und Umwandlung von T-Zellen in Gedächtnis-T-Zellen ist von zentraler Bedeutung für antigenspezifische Immunantworten1. Anfänglich werden T-Zellen aktiviert, wenn ihre T-Zell-Rezeptoren (TCR) antigene Peptide erkennen, die von Molekülen des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) auf der Oberfläche von Antigen-präsentierenden Zellen (APCs) präsentiertwerden 2,3. Dieser Aktivierungsprozess erfordert nicht nur die Bindung von TCR an MHC-Moleküle, sondern auch die Koordination von co-stimulatorischen Signalen, die für die vollständige Aktivierung der T-Zellfunktionen entscheidend sind4. Einmal aktiviert, treten T-Zellen schnell in die Proliferationsphase ein und erzeugen zahlreiche Klone, die die gleiche Antigenspezifität wie die ursprüngliche T-Zelle aufweisen. Während dieser Proliferationsphase differenzieren sich T-Zellen aufgrund ihrer Funktion weiter, hauptsächlich in CD8+ T-Zellen und CD4+ T-Zellen5. Diese differenzierten Zellen vermitteln die zytotoxische Abtötung bzw. unterstützen die Immunantwort. Nach der Erstinfektion verwandelt sich ein Teil der aktivierten T-Zellen in langlebige Gedächtnis-T-Zellen6. Diese Gedächtnis-T-Zellen können über längere Zeiträume im Immunsystem verbleiben und bei erneuter Exposition schnell auf denselben Erreger reagieren. Infolgedessen erzeugen sie eine stärkere und effizientere Immunantwort und bietendem Wirt einen langfristigen Immunschutz 7. Dieser gesamte Prozess ist für die Entwicklung von T-Zell-Impfstoffen von entscheidender Bedeutung, da er dazu beiträgt, die Wirksamkeit und Haltbarkeit des Impfstoffs zu verbessern8.
In diesem Zusammenhang wird die Kultivierung antigenspezifischer T-Zellen in vitro unerlässlich. Dieses Protokoll wurde auf der Grundlage etablierter Methoden für die In-vitro-Kultivierung menschlicher T-Zellen entwickelt, mit notwendigen Anpassungen für das Immunsystem der Vögel9. Indem diese Zellen außerhalb des Körpers gezüchtet werden, können Forscher die T-Zell-Reaktion unter verschiedenen Immunzuständen wie Aktivierung, Proliferation, Differenzierung und Gedächtnisbildung untersuchen10. Dieser In-vitro-Ansatz ist von unschätzbarem Wert, um die Rolle zu verstehen, die T-Zellen bei Immunantworten spielen. Darüber hinaus kann unter In-vitro-Kulturbedingungen die Sekretion von Zytokinen (wie IFN-γ) durch T-Zellen überwacht werden11,12. Dieses Monitoring ist entscheidend für die Beurteilung der Qualität, Intensität und Persistenz von Immunantworten sowie für die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen T-Zellen und anderen Immunzellen. Darüber hinaus ermöglicht die In-vitro-Expansion antigenspezifischer T-Zellen eine großflächige Anreicherung, erhöht die Nachweisempfindlichkeit und verbessert die Beurteilung der T-Zell-Reaktionsniveaus13. Daher dient die In-vitro-Kultur von antigenspezifischen T-Zellen als leistungsfähiges Instrument, um die Rolle von Geflügel-T-Zellen bei Immunantworten besser zu verstehen, was die Empfindlichkeit des Nachweises erhöht und die Beurteilung der T-Zell-Reaktionsniveaus verbessert. Während ähnliche In-vitro-Methoden in Säugetiersystemen gut etabliert sind, ist die Anwendung solcher Techniken bei Vogelarten nach wie vor begrenzt. Dies ist besonders relevant für die Immunologie von Geflügel, wo die Werkzeuge zur Analyse von T-Zell-Antworten noch unterentwickelt sind. Vor allem Enten dienen als natürliches Reservoir für mehrere Vogelgrippeviren, doch über ihre antigenspezifische T-Zell-Immunität ist wenig bekannt. Daher ist die Entwicklung eines standardisierten In-vitro-T-Zellkulturprotokolls, das auf Vogelsysteme zugeschnitten ist, unerlässlich, um sowohl die Grundlagenforschung als auch die angewandte Immunologie bei Geflügel voranzubringen.
Ein wichtiges Zytokin, das an diesen Prozessen beteiligt ist, ist IFN-γ, ein Typ-II-Interferon, das hauptsächlich von CD8+-T-Zellen, Typ-1-CD4+-T-Zellen und NK-Zellen produziertwird 14. IFN-γ spielt eine entscheidende Rolle bei der Hemmung der Virusreplikation und der Regulierung der Immunantwort15. Das Expressionsniveau von IFN-γ spiegelt den Immunstatus wider und dient als Marker für die Aktivierung von T-Zellen, was es den Forschern ermöglicht, das Antwortniveau von T-Zellen anhand seiner Expression zu beurteilen16,17. Eine gängige Methode zum Nachweis der Zytokinexpression in Immunzellen ist die intrazelluläre Zytokinfärbung (ICS)18,19. Aufgrund von Einschränkungen bei den experimentellen Materialien und Techniken ist die Forschung an Enten jedoch hinter der an Säugetieren zurückgeblieben5. Gegenwärtig verlassen sich viele Forscher auf qPCR, um die IFN-γ-Expressionsniveaus zu messen, obwohl diese Methode gewisse Einschränkungen aufweist11. In unserem Labor ist es uns gelungen, einen Antikörper gegen Enten-IFN-γ zu entwickeln, der mit der Durchflusszytometrie kompatibel ist. Aufbauend auf diesem Erfolg haben wir in dieser Studie eine ICS-Methode zum Nachweis der IFN-γ-Proteinexpression in Enten-T-Zellen etabliert, die ein zuverlässiges Werkzeug für weitere Studien über Enten-T-Zell-Antworten bietet.
Alle Versuche mit allen verfügbaren Viren der aviären Influenza A (H5N1) wurden in einem Labor und einer tierischen Einrichtung der Biosicherheitsstufe 3 gemäß den Protokollen der South China Agricultural University (CNAS BL0011) durchgeführt. Alle Tierversuchsprojekte wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (Identifikationscode 2021f154, 29. Juli 2021) der South China Agriculture University genehmigt. Alle Tierverfahren wurden in Übereinstimmung mit den von diesem Ausschuss festgelegten Vorschriften und Richtlinien sowie den internationalen Standards für den Tierschutz durchgeführt. Bei den in dieser Studie verwendeten Tieren handelte es sich um 4 Wochen alte Hausstockenten (Anas platyrhynchos domestica), darunter sowohl männliche als auch weibliche Tiere mit einem Körpergewicht von 500 bis 600 g.
1. Isolierung von Enten-PBMCs und Herstellung einer einzelligen Suspension
2. In-vitro-H5N1-AIV-spezifische T-Zellkultur
3. Carboxy Fluorescein Diacetate Succinimidyl Ester (CFSE) zur Überwachung der T-Zell-Proliferation
4. Durchflusszytometrische Analyse auf Proliferation von CD8+ T- und CD4+ T-Zellen
5. T-Zell-Antwort durch Signatur-Genexpressionsassays mittels qPCR
6. Intrazelluläre Zytokinfärbung (ICS)
HINWEIS: Dieses Protokoll wurde entwickelt, um die Effektorreaktion von H5N1-spezifischen CD8+ T-Zellen durch den Nachweis der intrazellulären IFN-γ-Sekretion bei Enten zu bewerten.
Dieses Protokoll wurde auf der Grundlage einer früheren Studie über den Nachweis antigenspezifischer T-Zell-Effektorantworten bei Enten entwickelt20. Der erste Schritt des Experiments umfasst die In-vitro-Kultur von virusspezifischen T-Zellen, die als Grundlage für nachfolgende Effektor-Response-Studien dienen. Zunächst wurden APCs inkubiert und mit Effektorzellen cokultiviert. Morphologische Beobachtungen zeigten, dass die Zellen nach der Proliferation ein Clusterwachstum zeigten (Abbildung 2A). Die CFSE-Markierung bestätigte die erfolgreiche Proliferation weiterhin, indem sie mehrere Peaks der Zellteilung zeigte (Abbildung 2B). Schließlich verwendeten wir die Enten-spezifischen Zellmarker CD8/CD4, um den Anteil und die absolute Anzahl der Zellen20 zu bestimmen, was die erfolgreiche in vitro Kultur von antigenspezifischen T-Zellen bestätigte (Abbildung 2C).
An Tag 7 der Kultur sammelten wir die Zellen und bewerteten die Expression immunbezogener Gene. Wir fanden heraus, dass die proliferierenden T-Zellen überwiegend zytotoxische assoziierte Gene wie Granzyme A und IFN-γexprimierten 11,20 (Abbildung 3), was darauf hindeutet, dass sie hauptsächlich zu zytotoxischen Reaktionen beitragen. Um diese Effektorreaktion weiter zu untersuchen, haben wir ein Enten-spezifisches Färbeprotokoll zum quantitativen Nachweis der IFN-γ-Sekretion durch Enten-T-Zellen etabliert. Die Durchflusszytometrie wurde verwendet, um CD8-T-Zellen aus der proliferierten Population mit einem Anti-IFN-γ-Antikörper zu fixieren, zu permeabilisieren und zu markieren. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Hochregulation des Anteils von IFN-γ+-Zellen sowohl in CD8high+T- als auch in CD8low+T-Populationen nach Antigenstimulation (Abbildung 4), was auf eine robuste Effektorantwort in den CD8+ T-Zellen hinweist, die durch Proliferation erzeugt wurde.

Abbildung 1: Gating-Strategie von CD4+/CD8+T-Zellen. (A) Gating und Analyse des Prozentsatzes und des Phänotyps von CD4+ T-Zellen zwischen H5N1-stimulierten und unstimulierten Zellen nach 14 Tagen Kultivierung. (B) Gating und Analyse des Prozentsatzes und des Phänotyps von CD8+ T-Zellen zwischen H5N1-stimulierten und unstimulierten Zellen nach 14-tägiger Kultivierung. Diese Zahl wurde von20 geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: In vitro Kultur von H5N1 AIV-spezifischen Enten-T-Zellen. (A) Morphologische Analyse von Gedächtnis-PBMCs mit oder ohne Stimulation durch H5N1 AIV. Es wurden zwei unabhängige Experimente mit zwei verschiedenen Entengedächtnis-PBMC-Donatoren durchgeführt. (B) Die Proliferation von CFSE-markierten Gedächtnis-PBMCs wurde durch CFSE-Verdünnung in H5N1-stimulierten Zellen von H5N1-infizierten Enten nach 2-wöchiger Kultur untersucht. Die rote Probe repräsentiert CFSE-markierte Gedächtnis-PBMCs ohne Stimulation, während die gelbe, grüne und schwarze Probe CFSE-markierte Gedächtnis-PBMCs darstellen, die nach 7, 8 bzw. 14 Tagen Kultur mit H5N1 stimuliert wurden. (C) Der prozentuale Anteil von CD4+ - und CD8+ -T-Zellen wurde zwischen H5N1-stimulierten und unstimulierten Zellen nach 14-tägiger Kultur analysiert. Die statistische Signifikanz wurde mit Hilfe eines ungepaarten t-Tests bestimmt. (D) Die Anzahl der CD4+ - und CD8+ -T-Zellen wurde zwischen H5N1-stimulierten und unstimulierten Zellen nach 14-tägiger Kultivierung verglichen. Die Daten zu den Prozentsätzen und der Anzahl der T-Zellen wurden aus zwei unabhängigen Experimenten mit jeweils zwei Replikaten gewonnen. Die statistische Analyse wurde unter Verwendung eines ungepaarten t-Tests ns p > 0,05, *p < 0,05, **p < 0,01 durchgeführt. Diese Zahl wurde von20 geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Nachweis der H5N1 AIV-spezifischen Enten-T-Zellantwort mittels qRT-PCR. Die Daten wurden von drei Replikaten in der H5N1-stimulierten bzw. unstimulierten Gruppe gesammelt. Die Ergebnisse wurden als Mittelwerte ± SEM dargestellt, und der gepaarte t-Test wurde für den statistischen Vergleich verwendet. *p < 0,05, **p < 0,01. Diese Zahl wurde von20 geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Durchflusszytometrische Analyse der IFN-γ-Expression in CD8+ T-Zellen aus stimulierten Enten-PBMCs. (A) ICS-Gating-Strategie für die stimulierte Gruppe und die Kontrollgruppe. (B) Statistische Analyse der IFN-γ-Expression in CD8low+ und CD8high+ Zellen aus Enten-PBMCs nach Stimulation. Der Unterschied in der IFN-γ-Expression zwischen den Gruppen wurde mittels t-Test bewertet, und Vergleiche wurden bei p≤ 0,05 als signifikant angesehen. Diese Zahl wurde von20 geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Ergänzende Abbildung 1: Gating-Strategie für CD4+ und CD8+ T-Zellen. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Das Protokoll beschreibt eine Methode zur Kultivierung von aviären T-Zellen in vitro , indem Gedächtnis-T-Zellen aus infizierten Enten isoliert werden, was die Erzeugung hochreiner spezifischer Enten-T-Zellen ermöglicht. Darüber hinaus wurde eine intrazelluläre Zytokin-Färbemethode (ICS) etabliert, um die IFN-γ-Sekretion in Enten-T-Zellen genau zu messen.
Diese Arbeit wurde unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (32473060 und 32461120064) (zu MD und ML); Guangzhou Basic and Applied Basic Research Project (2025A04J5445) (an MD); die Young Scholars des Yangtze River Scholar Professor Program (2024, Manman Dai); und der Young Peal River Scholar des "Guangdong Special Support Plan" (2024, Manman Dai). Die Geldgeber spielten keine Rolle beim Studiendesign, der Datenerhebung und -analyse, der Entscheidung über die Veröffentlichung oder der Vorbereitung des Manuskripts.
| 1,5 mL MICRO-Zentrifugenröhrchen | Biosharp | Cat#BS-15-M | |
| 15 mL Zentrifugenröhrchen | Labselect | Cat#CT-002-15A | |
| 2-Mercaptoethanol (55 mM) | Sigma-Aldrich | Cat#M6250-100ML | |
| 48-Well-Gewebekulturplatte (unbehandelt, flacher Boden) | Biofil | Cat#TCP000048 | |
| 50 mL Zentrifugenröhrchen | Labselect | Cat#CT-002-50A | |
| 96-Well-QPCR-Platten ohne Rand Labselect | Cat#PP-96-NS-0100 | ||
| BD Cytofix/Cytoperm Kit | BD Bioscience | Cat#BD 554714 | |
| Brefeldin A (BFA) | BD Bioscience | Cat#347688 | |
| Zellkultur CO2 Inkubator | Thermo | Fisher Heracell 150i GP | |
| Zentrifuge | Eppendorf | 5810R | |
| CFSE-Markierungskit | Abcam | Cat#ab113853 | |
| ChamQ SYBR qPCR Master Mix | Vazyme | Cat#Q341-02 | |
| Duck peripheral blood lymphocyte isolation kit | Tbdscience | Cat#LTS1090D | |
| Evo M-MLV RT Premix | Accurate Biotechnology | Cat#AG11706 | |
| FastPure Zell-/Gewebe-Gesamt-RNA-Isolierung Kit V2 | Vazyme | Cat#RC112-01 | |
| Fötales Rinderserum | Gibco | Cat#10437-028 | |
| Durchflusszytometer | Beckman Coulter | BA43347 | |
| Durchflussschlauch | Beyotime | Cat#FFC005 | |
| FlowJo v10.8.1 | Tree Star | https://www.flowjo.com | |
| Ziege Anti-Maus 488, 1:50 Verdünnung | Abbkine | Cat#A23210 | |
| Ziege Anti-Maus IgG2b, FITC, 1:50 Verdünnung | Southern Biotech | Cat#1091-31 | |
| Ziege Anti-Maus IgG3, PE, 1:250 Verdünnung | Southern Biotech | Cat#1100-09S | |
| GraphPad Prism 8.0.2 | GraphPad Software | https://www.graphpad-prism.cn | |
| H5N1 AIV Stamm DK383 | National and Regional Joint Engineering Laboratory for Medicamen of Zoonosis Prevention and Control | A/Duck/Guangdong/383/2008 | |
| L-Glutamin (200 mM) | Gibco | Cat#25030081 | |
| Mikroskop | Motic | AE2000 | |
| Maus Anti-Ente CD4, 1:50 Verdünnung | Bio-Rad | Cat#MCA2478 | |
| Maus Anti-Ente CD8α, 1:50 Verdünnung | GeneTex | Kat#GTX41834 | |
| Maus Anti-Ente IFN-& gamma; mAb, 1:10 Verdünnung | Hergestellt in unserem Labor | NA | |
| NanoDrop One Spektralphotometer | Thermo Fisher | AZY1603209 | |
| NEAA (nicht essentiell | Gibco | Cat#11140-050 | |
| PBS | Gibco | Cat#10010023 | |
| PCR Thermocycler | Biometra | Biometra Tone 96G | |
| Penicillin-Streptomycin-Lösung | Gibco | Cat#15070063 | |
| Real-Time PCR-System | Applied Biosystems | ABI7500 | |
| rekombinantes humanes IL-2 (10 μ g) | USCNK | Cat#RPA111Ga01 | |
| Blood Cell Lysis Buffer | Tbdscience | Cat#NH4CL2009 | |
| RPMI 1640 | Gibco | Cat#11875-119 | |
| Natriumpyruvat (100 mM) | Gibco | Cat#11360-070 | |
| Trypan Blue | Sigma-Aldrich | Cat#93595 | |
| Zwei Wochen alte Stockenten (Sheldrake) | eine Entenfarm in Guangzhou | NA |