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Immunology and Infection

盲肠结扎穿孔致脓毒症作为模型小鼠中自噬研究

doi: 10.3791/51066 Published: February 9, 2014

Summary

实验性败血症可以在小鼠体内利用盲肠结扎穿孔(CLP)方法来诱导。当前的协议,以评估在CLP诱导的脓毒症的上下文中的自噬体内这里提出:一个协议,用于使用(GFP)-LC3的小鼠测定自噬和协议,用于测量自噬体形成通过电子显微镜。

Abstract

败血症实验中可以使用的小鼠盲肠结扎穿孔(CLP)方法,这会导致多种微生物败血症诱发。在这里,一个协议提供了使用中电技术诱发不同程度的败血症小鼠。自噬是一个根本性的组织应激反应和病原体的入侵。二是目前的协议,以评估在实验败血症的情况下自噬在体内也这里。 (Ⅰ)表达绿色荧光蛋白(GFP)-LC3融合蛋白的转基因小鼠进行CLP。 GFP信号(泪点)的局部增强,因为无论是通过免疫组织化学或共聚焦分析测定,可用于检测增强的自噬体的形成,并因此改变了自噬途径的活化。 (II)的增强型自噬泡(自噬体)的每单位面积的组织的形成(如吞噬刺激的标记物)可以用电子显微镜进行量化。自噬反应败血症的研究是一个重要的排版onent理解由感染组织响应的机制。在这方面的研究成果可能对理解脓毒症的发病机制,这代表在危重病医学的一大难题,最终贡献。

Introduction

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脓毒症,全身炎症反应感染,代表死亡的危重病患者1的首要原因。腹腔内感染,常常导致多种微生物脓毒症,占脓毒症病例的20%,其中有高达60%的2大量死亡。脓毒症相关的死亡率主要来自多器官功能障碍会导致随后的器官衰竭3,4。其他调查这种疾病的致病机理是目前急需推动新的和更有效的疗法的发展。

盲肠结扎穿孔(CLP)法是一种常用的方法, 在体内建模败血症。如盲肠是充分的细菌,其穿刺结果在多种微生物腹膜炎,易位细菌进入血液(菌血症),脓毒性休克,多器官功能障碍,并最终死亡5。人们普遍认为中电反映临床现实比以前的技 ​​术,例如注射内毒素或什至纯化的细菌进入啮齿动物更准确,因此,电被认为是金标准(尽管并非没有局限性)6对实验诱导,因此,脓毒症的发病机理的研究。在这本专着中,我们描述了旨在评估脓毒症的发病机制是否包括自噬协议。

吞噬,进化上保守的细胞的过程中,有利于受损的蛋白质和细胞器如线粒体的营业额,并播放在细胞内病原体包括细菌7,8的间隙中起重要作用。在自体吞噬,细胞质蛋白或细胞器螯合成双层膜结合的囊泡称为自噬体,其随后被输送到溶酶体降解9。一些蛋白质已被确定为自噬相关基因的哺乳动物同系物(署理)最初确定在酵母中,从而调节自噬过程。微管相关蛋白1轻链3B(LC3B)(的Atg8的同源物)从LC3B-I(自由格式)转换为LC3B-Ⅱ(磷脂酰乙醇胺结合的形式)表示在自噬体的形成9迈出的重要一步。自噬功能障碍与衰老和人类疾病包括癌症和神经退行性疾病相关的10。此外,自噬影响固有免疫和适应性免疫,如抗原提呈,淋巴细胞发育和细胞因子分泌免疫细胞8。因此,它似乎是合理的自噬作用也可能会在全身炎症反应感染( 败血症)发挥作用。

迄今为止的几种方法已经被描述,以评估自噬在组织损伤体内的作用。这些技术包括利用绿色荧光蛋白(GFP)-LC3表达的小鼠和自动的量化在组织的电子显微镜吞噬体(这两种方法都在本专着中描述)。另外的方法包括在组织匀浆自噬蛋白表达的定量,和自噬通量的分析(如在别处所述)11-13。本次审查的目的是评估在实验败血症的情况下自噬在体内提供当前协议。

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Protocol

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注:该机构动物护理和使用委员会在Brigham和妇女医院/哈佛医学院区通过了以下程序。

1。盲肠结扎穿孔

使用相同背景的小鼠(C57BL / 6),男,8〜10周龄。雌性小鼠比对败血症引起的致死的男性更耐。年长超过8周的小鼠产生比年轻小鼠在CLP后生存期少变的结果。约N = 10小鼠相比,每群应该用于存活分析。 N = 3-5老鼠是足够的自体吞噬分析。

  1. 用无菌小的手术器械(即手术刀,剪刀钝解剖钳),这应该是适用于啮齿动物手术。
  2. 准备麻醉混合物:7.95毫升的PBS加150微升甲苯噻嗪(AnaSed注射100毫克/毫升)和700微升氯胺酮(Ketaset的  CIII,100毫克/立方米升)。
  3. 为了确保手术过程中无菌条件下,戴上手套,口罩和手术衣。
  4. 称取动物。通过腹膜内注射麻醉他们(IP)在微升(10×体重(公克))的剂量提到的步骤3中的混合物中。例如,对于一个小鼠重22克,管理10x22 = 220微升的麻醉剂的混合物。因此,最终的剂量甲苯噻嗪和氯胺酮分别为17和80毫克/公斤体重。确保麻醉是否足够,没有屈曲下肢应脚趾捏后产生的注意 :使用眼药膏对眼睛,防止干涩而在麻醉下。
  5. 动物放置到一个干净的工作表面上他们的背上。尾巴和后爪是面向研究者。 ,使用醇(70%乙醇溶液) 注意消毒腹部皮肤手术区域应完全剃光,以避免伤口污染通过与接触毛皮。此外,最佳地,一个循环热水垫应该被用来在外科手术过程中维持麻醉小鼠的正常体温。
  6. 通过使用手术刀,做一个纵向切开皮肤平行的小1cm左右离开中线。不穿透尚未进入腹腔。用小剪刀将延长最初的切口。
  7. 确定腹部肌肉和解剖他们能进入到腹膜腔。
  8. 用钝解剖钳,找出盲肠并将其移出腹腔。要小心,不要损坏mesenterial血管(这可能导致致命的出血)。
  9. 结扎的盲肠60%,实现了中档败血症。结扎等于或盲肠的75%以上通常导致高等级败血症,而结扎等于或盲肠结果在低档败血症小于25%。要小心,不要结扎回盲瓣(这可以阻止肠道连续性)。
  10. 通过使用21号针头,由一个通和通穿刺(两孔)靠近结扎穿孔盲肠。穿孔的方向应该是从肠系膜至盲肠的抗肠系膜侧。要小心,不要刺破mesenterial血管。
  11. 拔出针头。轻轻挤压盲肠结扎穿过两个孔,以确认通畅;只有少量的粪便应该通过它们被挤压。
  12. 移动结扎和穿刺盲肠进入腹膜腔。
    注:对于假老鼠,跳过步骤1.10-1.12。
  13. 使用丝手术缝合线6-0与切割针,收腹部肌肉,使用丝手术缝合线6-0与切割针,收腹部皮肤。
  14. 注入1毫升预热(37℃)生理盐水IP更换热和水化过程中丢失。将小鼠在热灯下,直到他们的复苏注意:理想情况下,一个更安全的加热装置(苏通道作为一个循环热水垫)可用于代替加热灯。
  15. 术后注入buprenorphin(0.05毫克/千克体重SC),以达到镇痛注:动物应该有人看管,直到它恢复足够的意识,以保持胸骨斜卧。它经历了手术治疗的动物不应该被返回给其他动物的公司,直到完全康复。
  16. 将动物放回笼子无限获得食物和水。当他们变得奄奄一息(由临床症状如未能触及时,移动或发绀表示)的小鼠将被安乐死。检查小鼠每隔4小时,以避免他们死之前安乐死。

2。组织收获和固定

  1. 制备4%多聚甲醛(PFA)解决方案:889毫升的PBS添加111毫升37%的煤灰。
  2. 无论是使用二氧化碳诱导麻醉或氯胺酮/甲苯噻嗪的牺牲老鼠辨率在高剂量。
  3. 固定小鼠到一个干净的工作台上。喷腹部和胸部的皮肤用70%乙醇溶液消毒了。
  4. 使用解剖刀和小剪刀除去腹部和胸部的皮肤,以及皮肤覆盖气管区。
  5. 通过去除其周围组织(肌肉和结缔组织)显示气管。
  6. 将缝合线(不切割针)周围的气管。不要拧紧它。
  7. 用一个小的外周静脉导管(20克),以“插管”气管。导管插入时要小心,避免气管撕裂。需要注意的是气管的最大直径是正下方的环状软骨。
  8. 拧紧围绕气管/导管缝合。取下针头留在导管仅在塑料套管插入气管。只针担任导丝插入塑料套管。
  9. 已抵押塑料插管插入气管后,切断日Ë腹部肌肉,打开腹部,并揭示了隔膜。
  10. 使用针,穿刺膜片产生气胸( 插入空气进入胸膜腔)。肺部然后应该崩溃了。
  11. 使用小剪刀,取出膜片,沿胸骨(胸骨)切割,取出肋骨,揭示了心脏和肺部。
  12. 通过插入气管的塑料套管,固定有下30厘米H 2 O的压力的甲醛溶液的肺部。
  13. 取出肺脏,把它们放入4%PFA 24小时,随后在70%的乙醇溶液中,直到处理。
  14. 找出并消除心脏,肝脏和肾脏。以同样的方式,把它们放置到4%PFA中24小时,并随后在70%乙醇溶液,直至处理。

3。 GFP小鼠和查看GFP的幻灯片

  1. 如步骤1,术后过程中描述的GFP-LC3的小鼠进行电和假手术S作为在协议中的步骤2中描述。
  2. 嵌入组织(即肺部,心脏,肝脏和肾脏)的石蜡和削减他们在连续5微米的部分。
  3. 当准备好GFP染色,在60℃下30-60分钟,直到孵化石蜡熔化并组织出现半透明。
  4. Deparaffinize与标准渐变系列的二甲苯或二甲苯的代用品,5分钟二甲苯1,二甲苯2,二甲苯3然后3分钟的孵育在梯度系列的EtOH:100%,95%,75%,然后在蒸馏水中清洗。
    注意:在脱蜡避免组织脱水,从而增加样品的背景。
  5. 用柠檬酸缓冲液(10mM柠檬酸钠酸,0.05%吐温20,pH 6.0)中进行抗原修复,通过微波处理10-20分钟。请注意定期更换缓冲,以避免组织脱水。
  6. 让溶液冷却在板凳上20分钟才能完成抗原修复。
  7. 洗2〜3倍,用PBS。删除多余的缓冲和TRAnsfer从机架滑轨在滑框或其他加湿室,以防止干燥的水平位置。
  8. 方框45-60分钟,在室温下用10%正常驴血清(也5%牛血清白蛋白,或来自在其中产生的二次抗体的动物优选血清)的PBS。
  9. 孵育在初级GFP抗体样品以1:100稀释在PBS中过夜,在4℃下在潮湿的腔室中。轻轻地在组织中应用小片封口膜与抗体促进与组织均匀接触,防止蒸发。
    注意:是在室温下进行余下的步骤。
  10. 用PBS洗5倍,去除多余的一抗。孵化用在PBS中的第二抗体1:500-1:1,000为1-2小时,在室温下进行。
  11. 用PBS洗5倍,去除多余的第二抗体。如果需要的话,染液的载玻片在此步骤。
  12. 如果使用荧光二抗,孵育0.1%苏丹黑在70%乙醇f或15-20分钟,以减少自体荧光。擦去多余的苏丹黑周围组织,用PBS在20分钟内洗5倍。
  13. 安装样品盖玻片和存储水平,直到安装解决方案集。

4。替代方案:直接检测GFP-LC3的

  1. 导管插入和膨胀的肺部有〜500毫升的第50/50 V / V十月PBS。
  2. 通过把少量的OCT在一个cryomold的底部嵌入华侨城。
  3. 小心地将解剖肺复杂的模具。
  4. 慢慢地结冰甲基丁烷冷冻使用干冰。
  5. 添加更多的华侨城,直到组织被完全覆盖,并冻结坚实。继续干冰储存在-80°C。
  6. 用冷冻切片机,切5-10微米厚的部分保护部分的光。存储部分,并在-80℃下剩余的组织
  7. 为了准备幻灯片成像,从冰箱中取出部分,并立即申请下降的PBS,以防止干燥。
  8. 固定30分钟,用4%PFA。用PBS冲洗。
  9. 应用DAPI /赫司特10分钟。用PBS洗3次。
  10. 安装样品盖玻片和存储水平,直到安装解决方案集。
  11. 使用图像或落射荧光共聚焦显微镜。店内样品在4℃下长达一个月。

5。组织电子显微镜的研制

  1. 切组织为1mm左右的立方体固定。
  2. 修复组织中的2%甲醛,2.5%戊二醛的0.1M二甲胂酸钠缓冲液,pH 7.4。
  3. 用0.1M二甲胂酸钠缓冲液1-2小时洗。
    注:固定组织可以在4℃下贮存于0.1M二甲胂酸钠
  4. 修复后在1%四氧化锇在1小时的0.2M二甲胂酸钠缓冲。
  5. 在冲洗0.2M的二甲胂酸钠缓冲液10分钟3倍。
  6. 脱水在70%乙醇,20分钟2倍。脱水以90%的乙醇,10分钟2倍。脱水在100%的乙醇,20分钟2倍。
  7. 10分钟孵育2个与环氧丙烷(环氧丙烷)。
  8. 1小时孵育与环氧丙烷/环氧树脂混合物(50:50)。环氧树脂混合物为:24克琼脂100树脂,13克十二烯基琥珀酸酐,13克甲基纳迪克酸酐和1ml的N-苄基二甲胺。使用木铲的一次性烧杯中调匀。
  9. 孵育在未加帽的小瓶环氧树脂过夜(这允许任何残留的环氧丙烷蒸发)。
  10. 嵌入标记胶囊与新配制的树脂。聚合在60℃下48小时。
  11. 使用透射电子显微镜,在80或60千伏到电子显微镜照片薄膜的组织切片。打印的图像在相纸上或存储为数字媒体。
  12. 分析自噬体形成核内含有完整细胞。低倍视野。克。2,000-4,000倍)可用于识别的有核细胞。通常6,800-10,000 X影像被用于第是自噬体的定量。计数单​​位面积自噬体15-30字段适当的统计表示。自噬体具有双层膜结构,其中晚期autophogosomes类似于填充空泡。

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Representative Results

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菌血症存在于小鼠早中电诱发败血症14后6小时。败血症的临床症状(包括寒战,呼吸急促和运动障碍的活动)的程序后,出现约12小时。老鼠受到电开始诱导性腹膜炎后死在大约18小时。更严重的是脓毒症越增加的杀伤力15。具体而言,高档败血症导致在2-3天内死亡率为100%,而中档败血症导致大约60%的死亡率在CLP后7天(超出此时间限制,无死亡病例预计)( 图1)。与此相反,假小鼠的死亡率应为零

图1
在小鼠不同程度的CLP后如图1所示。生存曲线。 C57BL / 6小鼠进行通过调整结扎保持恒定的穿孔的数目,盲肠(即1'通过和 - 通过“穿刺(两孔)用21号针头至假手术或严重程度不同的电诱导的败血症)。结扎的盲肠导致中档败血症,导致约60%的死亡率在中电7天后60%。的盲肠结果在高档败血症≥75%,并结扎随后,在内部电后2-3天100%的死亡率,而,对盲肠≤25%结扎导致在低档败血症,因此在近零死亡率。显示典型的生存结果。

对于自噬研究的目的,我们选择实施的中档脓毒症CLP模型。低档败血症可能不足以引起细胞自噬,而高档败血症可导致小鼠早期致死(前诱导自噬的)。

ve_content“>针对测定吞噬,我们已经使用了转基因小鼠表达进行上述败血症协议GFP-LC3融合蛋白。对于导致自噬途径的刺激治疗程序,但预计会出现局部增强的GFP信号(泪点),如检测或者通过免疫组化和共聚焦分析,表明增强自噬体的形成16。

图2
图2:绿色荧光蛋白成像在体内体外 (A,B)从GFP-LC3B小鼠的小鼠器官GFP成像( 肾脏)的代表例子。图像显示了从未经处理的小鼠获得的肾组织的肾小球GFP-LC3的泪点。比例尺= 10毫米。 ( C,D)提供了额外的数据来说明在体外的GFP-LC3的成像。原发性肾小球系膜细胞从GFP-LC3转基因小鼠中使用一个协议,用于从转基因小鼠的细胞的分离如前所述分离17将细胞培养在没有(C)或存在TGF-β1的(D)(2纳克/毫升)中放置24小时,如前所述18。治疗用TGF-β1增加自噬体(绿色泪点)的丰度。 点击这里查看大图。

通过经典的超微结构分析用电子显微镜可进一步测试,如在协议中概述。可以预料,从脓毒症小鼠或其他组织损伤模型中获得的组织切片将表明每单位面积的组织增强的自噬泡(自噬体)的形成。

e_content“FO:保持together.within页=”总是“> 图3
图3。电子自噬体形成的显微镜。早期的一位代表显微镜和晚期自噬体的形成从C57BL / 6小鼠的肺组织受到中档电(60%结扎,21 G,2孔)中。 Εarly阶段自噬体具有双层膜结构(箭头),而晚期自噬体类似于一个充满液泡(箭头)。 M表示线粒体。比例尺= 1微米。代表控制图像显示从C57BL / 6小鼠进行假手术肺组织。 点击这里查看大图。

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Discussion

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中电的主要优点是,它使研究人员能够(从低到中,高档IE)探讨不同严重程度的败血症。诱导的败血症的严重程度是受盲肠结扎的长度(这是最重要的决定因素),用于穿刺针的尺寸和孔的数量进行15。此外,小鼠品系和性别可以对脓毒症的严重程度影响;几株比其他人更容易与男性通常比女性19,20更容易。一起上述因素决定了电致死亡。

根据我们的经验,存在对于实现CLP诱导的死亡率研究者之间的差异。 例如 ,Rittirsch 等人用50%的结扎,21 G,1'通及通“穿刺(两孔)实现了60%的死亡率15,我们的研究小组需要调查员版使用('通和通'穿刺60%结扎,21 G,1)稍微更严重的模型,以获得相同的死亡率;而在我们的研究小组的另一个调查中使用的更严重的模型(接近100%的结扎,19 G,1'通过和 - 通过“穿刺),以实现低得多的死亡率(只有25%)。在考虑到上述因素,人们可以说,中电( 低,中或高品位败血症)的严重程度的表征应该做回顾性(通过观察得到的,即死亡率),而不是前瞻性( 通过应用某些条件下,例如50%的连接)。当操作达到约60%的死亡率,那么,这是中间级的败血症,无论哪个条件下(如盲肠结扎和执行的孔数的长度)被实现。因此,它似乎是合理的操作尝试不同的条件来识别那些在其中的小鼠60%死亡。然后,操作者要实现精确地在被比较的两个组相同的条件。

通过实施完全相同的条件下( 例如盲肠结扎长度,使用穿刺针的大小,进行通孔的数目,该小鼠品系,和性别),可以预料相一致和可重复的结果将产生15。然而,即使中电在一个标准化的方式(考虑到上述因素)的性能,可能发生变异。人们已经认识到由专家认为“即使相同辱骂被给予相同年龄的动物群体-即使来自同一窝-可变个别效果可以看出,”6。因此,在试图减少可变性,它似乎是合理的,操作者在同一天进行电在两个比较组。

自噬作用的分析,一个动态的细胞过程,是复杂的。在此monogra列出的协议pH值提供了依据推定体内自体吞噬的活化,基于自噬体形成的生物化学或形态学分析。原则上,本章所提供的协议可以应用到自噬的分析中遭受败血症CLP或替代模式小鼠的任何器官组织。而肝脏是公认的代表中电的主要目标,这个过程也可能会造成伤害肺部或肾脏组织,这是值得进一步研究。中电对肝细胞的自噬作用已经比较充分的研究相比,其对肾脏或肺部的吞噬作用,以及一些相关的证据,最近已发表​​21,22。

应当指出,这些自噬静电措施,如增加了自噬体号码也可以通过溶酶体功能和最终阶段的处理的堵塞反映吞噬功能障碍。在这方面,这些测定应辅以生化iCal中检测自噬底物转换(  通量)作为最近描述,并适于在体内分析11。这些测定还辅之以通过标准Western免疫分析关键吞噬proteins在组织表达式视为最近描述12,13因此,建议将这些测试的组合来实现,以获得对自噬在受伤组织16的状态的准确估计。

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Disclosures

作者没有竞争经济利益申报

Acknowledgments

这项工作是由美国国立卫生研究院资助P01 HL108801,R01-HL60234,R01-HL55330,R01-HL079904,以AMK财支持。 S. Ryter收到工资支持,从洛夫莱斯呼吸研究所。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
GFP-LC3 Transgenic Mice Riken (Japan) RBRC00806 GFP-LC3#53
Xylazine Henry-Schein 568-0606 Xylazine HCl Injection Vet
Ketamine Henry-Schein 995-2949 Ketaset Inj 100 mg/ml
EtOH Fisher A405-20 Histology Grade
EtOH Fisher A407-1 For Sterilizatiion
silk surgical sutures 6-0 Owens & Minor 2300-0078OG, 017624
buprenorphine-HCl Henry-Schein 614-5157 Buprenex Ampules
paraformaldehyde (37%) solution JT Baker S898-09
xylenes Fisher X3P-1GAL
anti-GFP monoclonal antibody Life Technologies G10362
Hoescht Sigma 944403
DAPI Invitrogen D1306
OCT VWR scientific 25608-930
Sudan Black Santa Cruz sc-203760
EM grade Glutaraldehyde 2.5% in sodium cacodylate Electron microscopy Sciences 15960
propylene oxide Sigma 240397
Agar 100 resin Agar scientific R1045
dodecenylsuccinic anhydride Sigma 46346
methylnadic anhydride Sigma 45359
N-benzyldimethylamine Sigma 185582

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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盲肠结扎穿孔致脓毒症作为模型小鼠中自噬研究
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Siempos, I. I., Lam, H. C., Ding, Y., Choi, M. E., Choi, A. M. K., Ryter, S. W. Cecal Ligation and Puncture-induced Sepsis as a Model To Study Autophagy in Mice. J. Vis. Exp. (84), e51066, doi:10.3791/51066 (2014).More

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