Method Article
树突状细胞 (DC) 是针对利什曼原虫感染的先天免疫的重要组成部分。DC 和 利什曼原虫 之间复杂相互作用的潜在机制仍然知之甚少。在这里,我们描述了评估 利什曼原虫 感染如何影响人类 DC 免疫生物学功能的方法,例如迁移相关和共刺激分子表达。
利什曼病包括与专性细胞内原生动物感染相关的一系列临床表现,即利什曼原虫。 利什曼原虫寄生虫的生命周期包括两个交替的生命阶段(无鞭毛体和前鞭毛体),在此期间,寄生虫分别居住在节肢动物媒介或脊椎动物宿主中。值得注意的是,利什曼原虫寄生虫与免疫系统的几个细胞之间的复杂相互作用在很大程度上影响感染的结果。重要的是,尽管已知巨噬细胞是利什曼原虫复制的主要宿主生态位,但寄生虫也会被其他先天免疫细胞吞噬,例如中性粒细胞和树突状细胞 (DC)。
DC 在桥接免疫的先天性和适应性分支中发挥着重要作用,从而协调针对多种病原体的免疫反应。 利什曼原虫 和 DC 相互作用的机制尚不清楚,涉及病原体捕获、DC 成熟和激活的动力学、DC 迁移到引流淋巴结 (dLNs) 以及抗原呈递到 T 细胞等方面。尽管大量研究支持 DC 在调节针对 利什曼原虫的免疫反应中起双重作用的观点,但这些细胞参与对 利什曼原虫 的易感性或抵抗性仍然知之甚少。感染后,除了共刺激分子(即 CD40、CD80 和 CD86)外,树突状细胞还经历了与表面主要组织相容性复合体 (MHC) II 上调相关的成熟过程。
了解 DC 在感染结果中的作用对于制定治疗和预防策略以调节针对 利什曼原虫的免疫反应至关重要。本文描述了一种表征 利什曼原虫-DC 相互作用的方法。该详细的方案为树突细胞分化的整个步骤、细胞表面分子的表征和感染方案提供了指导,使科学家能够研究树突状细胞对 利什曼原虫 感染的反应,并深入了解这些细胞在感染过程中所起的作用。
利什曼病是由 利什曼原虫 属1 的不同物种引起的一系列被忽视的疾病。 利什曼原虫 是锥虫科的一种细胞内原生动物,可感染人类和其他哺乳动物,引起从皮肤病变到内脏形式的一系列疾病2。本病的主要临床表现为皮状利什曼病 (TL) 和内脏利什曼病 (VL)。世界卫生组织 (WHO) 估计,每年有 700,000 至 100 万例新病例,每年造成 70,000 人死亡2。在全球范围内,利什曼病影响了大约 12 至 1500 万人,其中 3.5 亿人有感染该病的风险3。
利什曼原虫属呈现两种进化形式:前鞭毛体和 amastigote4。利什曼原虫前鞭毛体的特征是存在鞭毛和高运动性。这些形式存在于沙蝇的消化道中,在那里它们分化成感染性形式(超环前鞭毛体)5。相比之下,无鞭毛体存在于受感染的哺乳动物细胞的细胞内环境中。反过来,这种进化形式在吞噬细胞的吞噬溶酶体中复制6。
利什曼原虫属的传播周期始于采血期间,此时白蛉将后环前鞭毛体接种到宿主的皮肤中1。接种利什曼原虫后不久,先天免疫细胞,包括中性粒细胞和组织驻留的巨噬细胞,吞噬寄生虫。在寄生液泡内,利什曼原虫分化为无鞭毛体并复制,最终导致宿主细胞膜破裂,从而允许邻近细胞感染和寄生虫传播4。当静脉导管摄入含有无鞭毛体的吞噬细胞时,该循环就完成了,吞噬细胞在昆虫的肠道中分化为前环前鞭毛细胞,后来分化为后环前鞭毛细胞7。
树突状细胞是在组织和淋巴结中发现的专业抗原呈递细胞,充当免疫系统的前哨8。这些细胞存在于未成熟期的外周组织中,主要参与抗原捕获和加工。与病原体接触后,树突状细胞经历成熟过程,最终迁移到淋巴结,随后将抗原呈递给幼稚的 CD4+ T 细胞。这些细胞在协调产生耐受性或炎症的先天性和适应性免疫反应中也是必不可少的9。DC 成熟过程涉及几个方面,包括 MHC 和共刺激分子(如 CD40 和 CD86)的表达增加,以及细胞因子分泌的增强。树突状细胞表达不同的标志物,包括 CD11b 和 CD11c,在人类中,源自 CD14+ 单核细胞 (moDC) 的树突状细胞表达CD1a 10。CCR7 在 DC 上高度表达,表明这些细胞的复杂迁移过程12。CD209 和 CD80 在与 DC 和淋巴细胞的初始接触中也起重要作用13。
在利什曼病中,研究表明 moDC 吞噬寄生虫并将其输送到引流淋巴结 (dLN),在那里它们将抗原呈递给 T 细胞13。寄生虫捕获机制与吞噬过程中肌动蛋白丝的细胞骨架重组有关,从而促进寄生虫的内化14。大多数关于 DC 在利什曼病中的作用的研究都集中在 L. major 、 L. amazonensis 和 L. braziliensis15 上。有趣的是,利什曼原虫感染的体内研究表明,DC 功能的损害以寄生虫菌株特异性方式发生。
已经证明,在 亚马逊乳杆菌 感染的早期阶段,树突状细胞表现出限制寄生虫感染的能力下降。相反,在 巴西乳杆菌 感染的实验模型中,DC 被证明会产生适当的免疫反应,从而限制利什曼原虫的存活16。已知与对 利什曼原虫属 感染的不同反应相关的主要方面是 DC 成熟和激活的程度。本文描述了一种研究人类树突状细胞在 利什曼原虫 感染中的作用的方法,以进一步了解这些细胞如何影响疾病结果。
注:细胞来自健康的供体志愿者。此处描述的程序已获得国家伦理委员会(编号 2.751.345)-巴西巴伊亚州菲奥克鲁斯的批准)。
1. 人树突状细胞的分化
2. 利什曼原虫 文化
注意:该测定使用了 L. amazonensis (MHOM/BR88/Ba-125) 寄生虫。
3. 利什曼原虫 感染
4. 用于流式细胞术分析的免疫染色
5. 肌动蛋白免疫染色
6. 免疫标记
注意: 在搅拌下执行以下步骤。
7. 共聚焦显微镜采集和斐济定量
8. 统计分析
本报告使用流式细胞术和共聚焦显微镜研究了 DC 在利什曼原虫感染中的作用。最初,建立了人单核细胞衍生的 DC 的表型谱。值得注意的是,获得的 CD11c+ 树突状细胞群对 CCR7 、 CD209 、 CD80 、 CD1a 和 HLA-DR 呈阳性。结果表明,这些标志物在 DC 人群中的表达受到利什曼原虫感染的深刻影响。感染的 DC 表现出增强的 CD80 、 CD209 、 CCR7 和 HLA-DR 表达。然而,在 L .amazonensis 感染的 DC 中也观察到 CD1a 的下调。此外,主成分分析显示这些分子的表达存在显着差异(图 1B-D)。T 分布随机邻域嵌入 (t (tSNE) 算法是一种降维技术,用于更好地可视化利什曼原虫感染如何影响成熟相关分子的表达。
值得注意的是,tSNE 密度图显示,感染的 DC 呈现不同的 HLA-DR 和 CD80 表达,这进一步表明参与抗原呈递的分子上调(图 2)。为了可视化 DC,通过用荧光鬼笔环肽标记细胞进行 F-肌动蛋白免疫染色。为了观察 DC 内的 亚马逊乳杆菌 感染,使用核染色 (DAPI) 将 利什曼原虫感染的细胞与未感染的细胞进行比较(图 3)。涉及 亚马逊乳 杆菌前鞭毛体的 hDC 感染的动力学分析 (10:1) 表明感染后 4 小时感染细胞的百分比和每个感染细胞的寄生虫数量。然后洗涤细胞并重新孵育 6、12 或 24 小时。平均而言,在 ~55% 的感染细胞中,每个 DC 观察到 5-55 个寄生虫。
图 1:亚马逊利什曼原虫感染后基于标记的人类 DC 表征;选择 CD 11c+ 的门控策略。 (A) 共刺激分子 MFI 的评估。(B) 共刺激分子 MFI 值的热图和 (C) 主成分分析。(D) 描述每个分子的 MFI 的代表性直方图和散点图。缩写: DC = 树突状细胞;MFI = 中位荧光强度;SSC-A = 侧向散射区;FSC-A = 前向散射区;FSC-H = 前向散射高度。请单击此处查看此图的较大版本。
图 2: 利什曼原虫诱导的 DC 表面分子表达。 利 什曼原虫 感染诱导的 DC 成熟景观的深入表征。简而言之,在用 GM-CSF 和 IL-4 分化 7 天后获得单核细胞衍生的 DC。完全分化的 DC 感染 亚马逊乳杆菌 ,然后用一组成熟的 FACS 抗体染色。TSNE 是一种降维技术,用于对流式细胞术数据进行高维分析。缩写: DC = 树突状细胞;GM-CSF = 粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子;FACS = 荧光激活细胞分选;IL-4 = 白细胞介素-4;TSNE = T 分布式随机邻域嵌入。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 3:亚马逊利什曼原虫 hDC 感染。人树突状细胞用 L. amazonensis (10:1) 感染 4 h,洗涤并用鬼笔环肽标记。(A) 感染或未感染的 hDC 中 F-肌动蛋白标记的荧光。Green,F-肌动蛋白;蓝色,DAPI 用于利什曼原虫寄生虫 hDC 和细胞核的核染色;黄色箭头代表细胞内的无毛体;白色箭头代表 hDCs F-肌动蛋白;灰度,DIC。(B) 通过荧光显微镜随机评估的 400 个细胞中的感染和寄生虫负荷百分比(使用方差分析分析)。比例尺 = 25 μm。缩写: hDC = 人树突状细胞;DAPI = 4',6-二脒基-2-苯基吲哚;DIC = 微分干涉对比。请单击此处查看此图的较大版本。
MACS 缓冲区 |
乙二胺四乙酸 2 毫米 |
PBS 1x |
BSA 0.5% |
磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 1x |
氯化铵溶液:0.134 克 NH4Cl |
皂苷 15% |
150 mg 皂苷溶于 1 mL 1x PBS 中 |
1 mL 15% 皂苷在 100 mL 1x PBS 中 |
10% 牛血清白蛋白 |
100 毫克 – 1 毫升 → 10% |
1 克 – 100 毫升 → 1% |
对于 10% BSA - 10 mL 1x PBS 中的 1 g BSA |
1x PBS/1% BSA/0.15% 皂苷:20 mL 1x PBS 2 mL 10% BSA 200 μL 15% 皂苷 |
1x PBS / 3% BSA / 0.15% 皂苷:20 mL 1x PBS;6 mL 10% BSA ;200 μL 15% 皂苷 |
1x PBS / 0.3% BSA / 0.15% 皂苷:20 mL PBS;0.6 mL 10% BSA;200 μL 15% 皂苷 |
表 1:本协议中使用的溶液组合。
利什曼病是世界范围内的一个严重公共卫生问题。这种疾病的发病机制相当复杂,有利于寄生虫在脊椎动物宿主中生存的机制仍然难以捉摸17。DC 是遍布全身的专业抗原呈递细胞,包括过滤和淋巴器官。在抗原捕获和加工之后,未成熟的 DC 经历一个复杂的成熟过程,最终迁移到淋巴结,这些细胞负责将抗原呈递给 T 淋巴细胞18。这种成熟过程的特征是 MHC II 类分子表达增加,特别是 CD11c、CD86、CD80 和 CD1a19。在利什曼病中,单核细胞衍生的 DC 吞噬寄生虫并将货物输送到 dLN,诱导抗原呈递给 T 细胞13。
本文描述了一种简洁的方案,该方案能够研究 利什曼原虫 对 体外 感染模型中 DC 免疫生物学功能的影响。该方案包括使用最先进的免疫学技术,包括获得人单核细胞并将其分化为 DC,以及通过流式细胞术和共聚焦显微镜进行 DC 表征14。最初,从健康供体的 PBMC 中纯化单核细胞。使用阳性选择方法,例如抗人 CD14 微珠,可确保分化 moDC 的高纯度 (>95%)。这些细胞与抗人 CD14 微珠一起孵育,这些微珠将抗体与样品中的 CD14 阳性细胞结合,然后通过磁性细胞分离器20 柱内的高梯度磁场分离。
值得注意的是,人单核细胞在体外分化为 DC 需要添加 GM-CSF 和 IL-4。GM-CSF 是一种多效性生长因子,不仅下调巨噬细胞集落刺激因子 (M-CSF) 的表达,还抑制 M-CSF 诱导的向巨噬细胞分化。此外,IL-4 通过抑制巨噬细胞集落形成发挥作用,被认为是体外培养 moDC 的合适方法 21。本方案建议使用流式细胞术通过分析成熟相关标志物(如 CCR7、CD209、CD80、CD1a、HLA-DR 和 CD11c)的表达来评估 DC 分化。此外,高维流式细胞术技术(例如 t-SNE)用于精确识别受利什曼原虫感染影响的表达模式22。在免疫染色过程中优化抗体稀释度至关重要。
共聚焦显微镜是分析和量化人体细胞荧光强度的出色工具23。需要注意的是,该测定需要在图像采集前进行仔细作,例如轻轻清洗盖玻片并避免暴露在光线下。这种方法的主要局限性是在共聚焦显微镜中获得合适的图像分辨率,这需要显微镜作的经验。然而,这种方法可用于研究 DC 对不同病原体感染的反应。或者,该方案中描述的步骤也可以外推到其他病原体感染模型。
作者没有需要披露的利益冲突。
我们感谢 Gonçalo Moniz 研究所 (IGM-Fiocruz)(巴西巴伊亚州)和显微镜部门的帮助。作者感谢 Andris K. Walter 的批判性分析、英语语言修订和手稿编辑帮助。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
anti CCR7 | Thermo | ||
anti CD209 | Isofarma | ||
anti CD83 | Leica SP8 | ||
anti HLA-DR | Gibco | ||
Bovine serum albumin | Thermo | A2153-100G | Sigma |
Ciprofloxacin | Gibco | ||
confocal microscope | Thermo Fisher Scientific | ||
Fetal bovine serum | Gibco | ||
Flow Jo | Thermo Fisher Scientific | ||
Gentamicin | Thermo Fisher Scientific | ||
Glutamin | Gibco | ||
HEPES | Thermo Fisher Scientific | ||
phalloidin | Thermo Fisher Scientific | ||
Phosphate buffer solution | Peprotech | ||
prolong gold antifade kit | BD pharmigen | ||
RPMI | BD pharmigen | ||
Saponin | BD pharmigen | 47036 – 50G – F | Sigma |
Schneider's insect medium | software BD biosciences |
请求许可使用此 JoVE 文章的文本或图形
请求许可This article has been published
Video Coming Soon
版权所属 © 2025 MyJoVE 公司版权所有,本公司不涉及任何医疗业务和医疗服务。