Immunology and Infection

B组的小鼠模型 Published: November 16, 2016 doi: 10.3791/54708

DOI

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Kathryn A. Patras¹, Kelly S. Doran^1,2

¹Department of Pediatrics, Division of Host-Microbe Systems & Therapeutics, University of California San Diego School of Medicine, ²Department of Biology and Center for Microbial Sciences, San Diego State University

Summary

此协议的目的是模仿人类的B组链球菌 （GBS）阴道定植在小鼠模型。此方法可用于研究宿主的免疫反应，并促进GBS阴道持久细菌因素，以及测试的治疗策略。

Abstract

无乳链球菌 （B组链球菌 ，GBS），是人体胃肠道和10个阴道的革兰氏阳性，无症状殖民者-成人的30％。在免疫受损的个体，包括新生儿，孕妇和老年人，GBS可以切换到病原体侵入引起败血症，关节炎，肺炎和脑膜炎。由于GBS是新生儿的领先细菌病原体，目前预防由妊娠后期筛查GBS阴道定植和GBS阳性母亲的后续围产期抗生素治疗。重GBS阴道负担为两个新生儿疾病和定植的危险因素。不幸的是，鲜为人知的是，主机和促进或允许GBS定植阴道细菌因素。这个协议描述了一种技术，使用单β雌二醇预处理和每日取样，以确定细菌洛阿建立持久的GBS阴道定植ð。它进一步详细信息的方法来管理其它疗法或感兴趣的试剂和收集阴道灌洗液和生殖道组织。这种小鼠模型将进一步阴道环境中的GBS宿主相互作用，这将导致潜在的治疗靶点怀孕期间母体控制阴道定植和避免传染给脆弱的新生儿的理解。它也将是感兴趣的，以增加在女性阴道我们的一般细菌 - 宿主相互作用的理解。

Introduction

无乳链球菌 ，B组链球菌 （GBS），是一个封装的，革兰氏阳性细菌，其经常从肠道和健康成人的泌尿生殖道中分离。在20世纪70年代，GBS成为感染新生儿死亡率的主要代理，拥有超过7000例新生儿疾病每年^1。早发性GBS病（EOD）发生在第一个小时内或生命天，出现肺炎或呼吸窘迫，常发展成败血症，而晚发性疾病（LOD）几个月后随之而来，并与菌血症，频繁地呈现进入脑膜炎^2。截至2002年，该中心疾病控制和预防建议在妊娠后期和分娩期预防性使用抗生素（IAP），以GBS阳性母亲¹ GBS定植阴道普遍筛查。尽管早发性疾病的减少到大约1000例，美国每年因IAP，GBS仍然是早发性新生儿败血症的主要原因，迟发发生不受影响^1。无论是在宫内，分娩过程中，甚至迟发性的情况下，新生儿暴露于GBS需要生存，横向通过大量的主机环境和障碍，免疫逃避，并在脑膜炎，高度管制的血 - 的交接的情况下，脑屏障^2。新生儿中的这些有毒相互作用的上游是产妇阴道的初始定植。产妇阴道GBS定植率从8-18％，在发达国家和发展中国家^{，12.7％，3,4}估计的平均增长率。怀孕期间阴道内的定植GBS可能是恒定的，间歇性的，或短暂在个别妇女中⁵性质。有趣的是，产妇年龄>36年与持续定植⁶有关。为GBS定植阴道大量生物和社会经济风险因素已经确定。生物因素包括胃肠道GBS殖民化和缺乏肠道内乳酸菌 。然而，种族，肥胖，卫生和性活动也与GBS阴道托架⁷相关联。

虽然臭名昭著，导致新生儿感染，GBS也导致了各种感染的孕产妇围产期都和产后的。 GBS托架在女性阴道炎⁸呈递增加，并且在某些情况下，甚至可能是疾病实体^9。此外，孕期生殖道GBS的提升可能会导致羊膜腔内感染或绒毛膜羊膜炎^10。此外，在高达怀孕3.5％，GBS传播到膀胱引起尿路感染或无症状菌^11。怀孕期间GBS菌与产热，绒毛膜羊膜炎，早产，和prematur的风险增加有关膜¹²电子破裂。两者合计，GBS的阴道内的存在被链接到多个宿主组织的感染，并从这个利基消除GBS的能力是必要为孕产妇和新生儿的健康。

直到最近，大多数的工作检查与宫颈道GBS相互作用被限制为体外细胞模型^13-15。 这些体外实验已表明，对于粘附重要细菌因素，包括表面蛋白例如一个菌毛和富含丝氨酸重复^17,18，以及双组分调控系统^15,19和阴道上皮的对全球转录反应GBS ^19。然而，为了充分阐明阴道内的宿主 - 微生物相互作用，一个强大的动物模型是必要的。早期的工作表明，GBS可以从接种小鼠^20,21和大鼠的阴道内被恢复<SUP>在两个怀孕和未怀孕的条件22。 2005年，短期GBS定植阴道小鼠为蓝本，研究噬菌体裂解酶的功效在24小时的时间内²³治疗阴道GBS。事隔多年，长期阴道GBS定植小鼠模型的开发研究规范GBS持久主机和细菌因素。这种模式已经确定促进殖民GBS众多因素，包括地面附属物^17,18和GBS双组分系统^19,24。这种模式对宿主反应机制^19,25的识别作出了贡献，是用来测试几种治疗策略，包括免疫调节肽²⁶和益生菌^27。该协议使接种GBS入小鼠阴道并随后跟踪殖民化和收集样品用于进一步分析的必要的指导。

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Protocol

所有的动物工作是经实验室动物护理在州立圣迭戈大学办公室和下接受兽医标准进行。雌性小鼠，年龄8 - 16周，用于该方法的发展。

1.β雌二醇的制备和腹腔注射

测量出的称量纸而穿着适当的个人防护装备（PPE）β雌二醇（0.5毫克/鼠标）。 注意：β雌二醇可通过皮肤和粘膜表面吸收。
转移β雌二醇到15毫升锥形管中，涡旋，直到所有的团块被去除和β雌二醇是细粉。拟定香油（100微升/小鼠）到10毫升注射器。注射器过滤芝麻油成用0.45微米的过滤器含有β雌二醇的15-ml锥形管中。涡15毫升锥形管，直到将β雌二醇处于芝麻油一个均匀的悬浮液。
卷起β-EStradiol悬挂到一个新的10毫升注射器。随着18克，1项。针，等份加入100μl悬浮液加入到1毫升的结核菌素注射器。准备每只小鼠一个针筒。将一个新的，无菌26 G，½英寸的针上的每个结核菌素注射器。
施用0.5毫克悬浮于100μl麻油（5毫克/毫升），以每只小鼠24细菌接种之前小时的β雌二醇。注入每只小鼠的腹腔内，在下腹象限，只需向右侧或左侧的中线，如前所述^28。
注：注射部位的无清洁或削波是必要的。

2.阴道接种GBS

接种前一天，在37℃下生长的兴趣，如A909（血清型Ia）的GBS菌株的5毫升过夜液体培养，在Todd Hewitt肉汤（THB）。
亚文化的GBS过夜培养按1:10的体积到新鲜的泰铢，并在37℃孵育。成长细菌对数中期（OD ₆₀₀ = 0.4-0.5）。注意：这将通常需要2 - 3小时，视GBS的应变。
传送传代培养到无菌的15毫升锥形管中，沉淀的细菌以3000×g下5分钟。吸出上清液。重悬在200μl的无菌磷酸盐缓冲盐水（PBS）的细菌沉淀。
使用再悬浮颗粒，带来3 - 5毫升的PBS（1毫升，每10只）恰好OD ₆₀₀ = 0.4在新的5毫升培养管。这将是〜1×10 ⁸菌落形成单位（CFU）/ ml的浓度。在3000×g下转移到一个新的15毫升锥形管，并重新沉淀菌5分钟。吸出上清液。
重悬在PBS中的沉淀在1/10初始体积。例如，如果在三毫升OD ₆₀₀ = 0.4粒化，然后重悬它在300微升PBS中。注意：这是用于动物接种的最终菌悬液（约^1×109 CFU /毫升）。
- [Reserve 50微升此悬浮液连续稀释的和电镀THB琼脂以确定确切的接种物。
接种每个小鼠用10微升的最终细菌悬浮液，使1×10 ⁷ CFU给药于每只小鼠。
1. 接种，通过在处理程序的拇指和食指，然后固定尾部之间的颈背保护的皮肤松弛手动抑制鼠标，如前面²⁸所描述。
2. 卷起GBS的10微升在步骤2.6制备成200微升凝胶装载枪头。插入尖端5至10毫米到阴道腔和分配所述10微升的接种物。
  注：凝胶放入提示优于标准的200微升提示，以最大限度地减少器官损伤或伤害的危险，尤其是在年轻的或更小的小鼠。
3. 紧接着接种，松开颈背和提升鼠标的后端，由尾以及w提起鼠标烯王在坚硬的表面约1分钟的前爪。
4. 目视检查接种任何回流阴道口。如果观察到回流，新鲜枪头可以用于操纵或放大阴道口，便于回流摄取进入管腔。此外，逆流可能经由吸移管吸出，并重新接种。
  注意：如果施用外用剂，益生菌微生物，或感兴趣的蛋白质，一个体积多达20微升在生理缓冲液可在阴道给予。

3.抽汲阴道流明量化GBS负载

通过加入100微升的PBS制备每鼠1.5毫升微量离心管中。之前，为了擦拭，预湿的PBS拭子。
抑制鼠标按步骤2.7.1描述插入擦拭器10毫米，伸入阴道腔内。轻轻顺时针4倍旋转拭子和4倍逆时针，轻轻施加压力，以阴道壁。
转移棉签1.5 ml离心管用100微升的PBS。电镀前，涡旋〜15秒，从拭子释放细菌的离心管中。每个制造商的说明制备差培养基琼脂平板10000：连续稀释在PBS中的每个样品和板20微升稀释液1:10至1。孵育所述板在37℃下24小时。 GBS菌落将出现在颜色无论是明亮的粉红色或紫红色。其它内源性菌群将受到抑制，或将显示为蓝色，白色或灰色菌落。

4.收集阴道灌洗液

如步骤2.7.1所述抑制鼠标。用200微升凝胶装载枪头，吸管20微升的PBS到阴道腔内。轻轻吸取整个卷上下4倍的管腔内，然后撤回在同一枪头的整个体积。注：如果灌洗液是厚厚的粘液，一个标准的200微升枪头，可用于收集最终灌洗液。
如果储蓄细胞因子分析和定量CFU灌洗液，分装到0.7毫升离心管中。如果确定发情的阶段，分配至少5微升灌洗液到载玻片并观察下放大100倍的单元上的光学显微镜。注：对于发情阶段的例子， 见图1。

5.组织解剖和同质化

对于每个小鼠，制备三个2毫升螺旋盖管（一个用于每个组织：阴道，子宫颈和子宫）。填充每个管具有足够（0.4 - 0.5克）1.0毫米氧化锆珠，以覆盖管的圆锥形底部。
高压灭菌之前收集组织在121℃，30分钟，尤其是如果量化细菌负荷制备管中。加入500微升无菌PBS至每个管。高压灭菌和记录以供将来参考，计算回收组织重量称量后，每管。

2窒息和颈脱位鼠标。喷向下用70％乙醇的腹侧的腹部。随着无菌剪刀，打开腹盆腔，提起背部皮肤和腹部肌肉，并移动从而使生殖道露出的肠子。

消毒用70％乙醇的剪刀，必要擦拭干净，并切成两个子宫角子宫体和卵巢之间的中点的长度。用剪刀和镊子，独立的内脏脂肪，膜和膀胱从生殖道远，尾部移动。

如步骤5.4中所述消毒剪刀。横向切割阴道尽可能靠近外阴尽可能生殖道从主体分离。提起并取出完整的生殖道，并将其放置在无菌培养皿中。

使用新的刀片，在一个横向切割从宫颈分离子宫。消毒刀片用70％EtOH中，然后从一个横向切阴道分离子宫颈。注意：有将仍然附着在子宫颈的子宫组织的最小量。会有仍然附着在子宫颈阴道组织的最小量。

使用无菌镊子，传送每个组织到含有PBS中并均质珠粒各自的2毫升试管中。清洁用70％乙醇钳子在处理各组织之间。

称重各2毫升螺丝帽管中并减去管的原重量来确定组织重量。组织重量一般变化在20 - 100毫克。紧密地密封螺旋盖管和在组织匀浆器以最大速度均化1分钟的组织中。

为了量化细菌量，连续稀释25微升组织匀浆和板块稀释1:10至1：在鉴别培养基琼脂平板10,000。如步骤3.3中所述孵育所述板。要存储细胞因子定量样品，冷冻组织匀浆 -20℃。

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Representative Results

在这种模式的发展，多个观测结果就影响GBS定植阴道的时间因素使得。为了确定在接种的影响GBS细菌的持久性如何动情期，小鼠上演通过阴道灌洗液接种的一天。图1示出的鼠标发情周期的四个阶段，由以下方法测定湿贴装阴道灌洗液，行之有效的方法^29。小鼠分为基于该初始阶段组，并且经由阴道拭子随时间监测GBS持久性。在动情前期阶段接种的小鼠与GBS定植长于发情的任何其他阶段，特别是那些在发情间期在接种时（ 图2）。基于这些结果，在当前的模型中，小鼠用β雌二醇GBS接种前1天治疗同步它们进入动情前期阶段。生殖道感染的其它小鼠模型已经证明了病原生物，当小鼠在发情期外源性经过治疗雌激素持续^30,31坚持的能力增强。如果要判断这种现象与GBS定植阴道中也有发生，GBS持久重复β雌二醇治疗期间监测。持续发情促进GBS A909（美国典型培养物保藏中心，ATCC＃BAA-1138）的持久性在CD-1小鼠，以90％的定植后2周接种（ 图3A）。在接种前β雌二醇一个剂量典型的实验中，只有40-50％的小鼠的定植后一周接种（ 图4）。平均GBS CFU从这些小鼠中回收模仿定植的百分比（ 图3B）。虽然这些结果是从独立的实验中，这些数据恶魔得到trate，保持连续发情促进GBS阴道持续性在大多数CD-1小鼠。

同时进行使用不同的人类的GBS菌株定植实验中，观察到的菌株在它们在CD-1小鼠，以持续，范围从数天至超过一个月的能力而变化。的菌株进行测试，NCTC八十四分之十了最短持续时间，A909和COH1持续了一到两周，而应变CJB111在大多数小鼠持续两周（ 图4）甚至超过一个月（数据未示出）。至今，一直存在血清型，并在小鼠阴道坚持能力没有观察到相关性;然而，个别GBS株之间的差异显著已报告^25。 GBS的殖民多个近交系和远交鼠标线的能力也进行了检查。 GBS株A909坚持在阴道内大约一个星期在远交CD-1小鼠和近交FVB小鼠（ 图5）。可替代地，多数近交的BALB / c和C57BL / 6的1周（ 图5）被定植和一个月或超过（数据未示出）保持殖民。

使用该协议， 在体内的GBS阴道定植通过用质粒表达GFP的GBS菌株接种小鼠和用于荧光显微镜收集组织可视化。 GFP-GBS检测既粘附到鼠的阴道上皮细胞（ 图6A）和在接近其他天然阴道菌群（ 图6B）。在已在组织收集时清除了GFP-GBS小鼠中没有检测到GFP信号（数据未显示）。

图1：未染色的小鼠阴道灌洗液确定发情阶段。 STRONG>（一）发情前期：核丰富的鳞状上皮细胞（黑色箭头）。 （二）发情：丰富角化鳞状上皮细胞（蓝色箭头）。 （C）的动情后期：核和角化鳞状上皮细胞的混合物和主要的白细胞（灰色箭头）。 （D）动情：丰富的白细胞。放大倍数= 100X，比例尺= 100微米。请点击此处查看该图的放大版本。

图2：GBS的动情期影响阴道持久性。 CD-1小鼠的百分比拓殖与1×10 ⁷ CFU的GBS A909随时间。小鼠分组（N = 7 - 11 /组）的基础上动情期在GBS接种时，由阴道灌洗测定流体。一个独立的实验中示出。这个数字已经从先前发表的作品修改，并经许可后转载^19。请点击此处查看该图的放大版本。

图3：继续治疗β雌二醇促进GBS阴道持久性。定植百分比（A）或回收的CFU CD-1小鼠（n = 10），1×10 ⁷ CFU GBS A909接种，并保持对β雌二醇处理（B）。小鼠用β雌二醇GBS接种前一天和天1，3注入，和5后接种。一个独立的实验中示出。在（B）中的线代表平均值回收的CFU。 708fig3large.jpg“目标=”_空白“>点击此处查看该图的放大版本。

图4：GBS菌株对自己的能力在阴道内，以坚持有所不同。远交的CD-1小鼠（n = 10 /组）注射以β雌二醇GBS接种前一天单剂量与给定的GBS株1×10 ⁷ CFU。与每个应变实验独立地进行，并至少重复三次;一位代表结果显示。这个数字已经从先前发表的作品修改，并经许可后转载^25。请点击此处查看该图的放大版本。

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图5：品系小鼠对自己的能力有所不同在阴道内有GBS定植。从指示背景的菌株的小鼠β雌二醇接种前一天以单剂量与GBS CFU为1×10 ⁷ A909注射。与每个应变实验独立地进行，并至少重复两次;一位代表结果显示。请点击此处查看该图的放大版本。

图6：鼠标阴道内GBS的荧光成像。在倍率沿阴道上皮表达GBS（绿色）GFP-的可视= 630X，比例尺=50μm的（A）中 ，并在靠近endogenou在放大的阴道微生物= 1,000X，比例尺=20μm的（B）中 。蓝染色= DAPI。请点击此处查看该图的放大版本。

表格1
表1：GBS菌株和鼠标线用于阴道定植研究的编制。 GBS背景菌株，鼠标线，β雌二醇的剂量表示。使用在这项工作中所描述的模型研究突出显示为灰色。

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Discussion

进一步的与主机的环境内的主机和其他微生物都GBS相互作用的认识的提高，需要的动物模型。这部作品描述了在小鼠建立阴道GBS定植的技术方面。该协议实现小鼠> 90％定植不使用麻醉剂的接种细菌或收集拭子样品，免疫抑制剂，使定植，阴道预清洗，或添加剂增稠接种物。此外，该模型表明健壮再现性，具有适度的间实验变异GBS持久的长度和细菌负担。在这项研究中证明了代表性结果是独立的实验的汇编和应该是未来的实验设计的引用;然而，在整个GBS菌株和鼠标线直接比较应谨慎进行。

这个模型模拟人类colonizati对小鼠的粘膜阴道GBS定植似乎仅限于生殖道。虽然升天进入宫颈和子宫已与多个GBS株观察^25，老鼠甚至不定植个月后显示发病或死亡的迹象。此外，根据不同的GBS和小鼠品系研究，小鼠显示出一致的或短暂的阴道定植，这是一种研究细菌因素和分别宿主的免疫应答，是有用的。在该模型中，一些小鼠显示间歇定植;它是目前未知的小鼠是否成为在稍后的时间点recolonized或者定植低于检测限，一般为50至100 CFU，在一定的时间点。（数据未显示）值得注意的是，小鼠之间传输尚未定植和非定植小鼠一起容纳在几个星期时观察到。

此方法使用市售的选择性和差分介质为GBS量化鼠标细菌负担。 GBS成长，如明亮的粉红色或紫红色的殖民地，是经过孵化24小时随时可见。此介质已经显示出具有用于检测GBS相比其他媒体，包括血琼脂和格林纳达介质³²更高的灵敏度，并且在与乳胶珠凝集试验组合已被用于确认的GBS临床分离株^18。在这项研究中，来自非GBS明亮的粉红色或紫红色的菌落定植小鼠从来没有被追回。一些内源性菌群失调，通常肠球菌，将成长为蓝色菌落，有的菌落会出现白色，灰色，或者很淡的粉红色。重要的是，板应后18至24小时培养的算，因为如果留在培养箱或在台式较长时间非GBS菌落可并入粉红颜料。我们观察到，正如先前³²已经报道，某些化脓性链球菌菌株上会形成科玛嘉StrepB粉色菌落，但使用这些Colonies通常比GBS菌落小。 酿脓链球菌还未从这些研究中小鼠的内源阴道菌群中分离，但此观察应该在今后的工作加以考虑。

多数的结果是从远系繁殖的CD-1小鼠系，这表明强大的先天免疫反应中的最初几天接种后，与在大多数小鼠¹⁹的随后的细菌清除获得。其他人也测试了额外的GBS株和已经观察到较长的余辉时间^33,34。由于这种模式的发展，其他团体已开始制定GBS阴道定植类似小鼠模型来考察宿主的免疫反应^33,35，预防性治疗^36,37，并传染给胎儿在宫内 ^34,38的影响。这些差异可能是由多种因素来解释，包括遗传决定因素影响的免疫应答和叔他组成本土阴道菌群。我们整理了GBS菌株和相应的鼠标线已经被研究迄今在阴道GBS定植研究（ 表1）的列表。最近的研究的动物模型的数量突出这些类型的模型的GBS发病机制的研究领域中的兴趣和必要性。

内的阴道，粘膜免疫紧密由类固醇激素^44，β雌二醇甚至一个剂量调节，如在该模型中所述，扰乱了宿主的免疫反应。即使这样，也有内的GBS定植^19,25的最初几天健壮先天免疫反应，这表明受影响的免疫应答是基本完好。这涉及重复β雌二醇注射可能延长阴道GBS持久性，因为在这项研究中（ 图3）和其他人证明了³³款。然而，免疫反应和生殖道physi易学可能更混淆，使结果难以解释。重要的是，在不同的GBS所描述的差异和隔离在这项研究小鼠品系可在持续发情的车型有所改变，应在今后的工作进行调查。值得注意的是，既不发情期也不GBS血清型在大鼠模型²²的影响阴道定植。此外，3.6〜4.5 ⁴⁵人酸性阴道pH值大大不同于更为中性的小鼠阴道pH值6.5 ^46，这可能会影响到GBS基因的表达，并促进后续定植因素。最后，原生阴道菌群是人类和小鼠模型的同行，和未来的工作之间的不同应该检查携带人阴道菌群悉生小鼠GBS定植。

总之，这些研究都试图探讨支配GBS定植阴道主机和细菌因素。首先，GBS阴道山坳稳健，创新的动物模型在这项工作中开发onization可以用来描述在体内阴道环境复杂宿主-微生物相互作用。从这个模型中获得的信息已经大大增加了宿主的免疫组件和控制阴道GBS特定的持久性基因GBS的知识。此外，这些结果都提出其他问题，将是有益的新型疗法的进一步发展，限制产妇阴道GBS殖民化和新生儿随后暴露。

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Disclosures

作者什么都没有透露。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sesame oil	Sigma Aldrich	S3547-250ML
β-Estradiol	Sigma Aldrich	E8875-1G	CAUTION: Wear appropriate PPE. β-estradiol can be absorbed through the skin and mucosal surfaces.
200 μl gel loading pipette tips	USA Scientific	1252-0610
Urethro-genital, sterile, calcium alginate swabs	Puritan	25-801 A 50
CHROMagar StrepB	DRG International	SB282
Todd Hewitt Broth	Hardy Diagnostics	7161C
18 G, 1.5 inch needles	BD	305199
26 G, 0.5 inch needles	BD	305111
10 ml syringes	BD	309604
1 ml syringes	BD	309659
0.45 μm PVDF syringe filters	Whatman	6900-2504
Dulbecco's Phosphate-Buffered Salt Solution 1x	Corning	21-031-CV