我们在这里描述的获取和识别中性粒细胞衍生的巨噬细胞的新特点亚群的方法。这些细胞发展从新鲜人血中性粒细胞培养,并通过吞噬,吞噬,非常大的规模,并延长寿命的特点。这种方法是必不可少的进一步调查这一独特的中性粒细胞衍生的细胞亚群。
中性粒细胞(PMN)是最适合他们的吞噬功能,对已知的入侵的病原体和微生物。它们具有最短半衰期之间的白细胞和中是组成性致力于凋亡它们的非激活状态。当招募到炎症部位来解决发炎,它们产生具有有效的抗微生物杀伤细胞毒性分子的阵列。然而,当这些强大的细胞毒性分子以不受控制的方式被释放它们可以破坏周围组织。然而,在最近几年,嗜中性粒细胞的多功能性日益证明,通过展示可塑性和免疫调节功能。我们最近发现了一种新的中性粒细胞衍生的亚群,其在标准培养条件下自发地发展不加入的细胞因子/生长因子如粒细胞集落刺激因子(GM-CSF)/白介素(IL)-4。他们残存的中性粒细胞吞噬能力,在很大程度上有助于增加他们的尺寸巨大;因此,他们分别命名巨噬细胞(Gφ)。与中性粒细胞,Gφ都长期生活在文化。他们表达的分化(CD),中性粒细胞标记CD66b / CD63 / CD15 / CD11b的/髓过氧化物酶(MPO)/中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)集群,并且缺乏单核细胞谱系标志物:CD14 / CD16 / CD163和树突CD1C / CD141标记。他们还收乳胶和酵母多糖,并通过氧化爆裂与调理,酵母多糖和PMA回应刺激。 Gφ也表达了清道夫受体CD68 / CD36,不像嗜中性粒细胞,内在氧化低密度脂蛋白(脂蛋白)。此外,不同于新鲜嗜中性粒细胞,或培养的单核细胞,它们对oxLDL的摄取增加活性氧(ROS)的生产反应。此外,这些巨噬细胞含有微管相关蛋白-1轻链3B(LC3B)涂覆空泡,指示自噬的激活。使用特定的抑制剂显而易见的是,既吞噬作用和自噬是prerequisiTES为他们的发展和可能的NADPH氧化酶依赖的ROS。我们在这里描述为长寿命,中性粒细胞衍生的吞噬细胞在培养,其标识和其当前已知特征的这种新的亚群的制备方法。这个协议是用于获得并为了进一步调查它们的意义和功能表征Gφ必不可少的。
中性粒细胞(PMN)构成了血液内白血球的最多的人口,作为抵御通过产生多种细胞毒性分子侵入的病原体的第一道防线。传统的观点早就被血液循环,短暂的,专业的吞噬细胞,这是第一个到达的急性炎症部位,以打击感染和援助的病原体和有害微粒的间隙。 1在它们的非激活状态,中性粒细胞是组成性致力于凋亡。当从血液到炎症部位迁移,中性粒细胞活化进行化解炎症。它们吞噬和杀死侵入的微生物,通过产生细胞毒性分子作为活性氧(ROS),溶解酶,如嗜中性弹性蛋白酶(NE)和具有强效的杀微生物活性的组织蛋白酶的阵列。为了陷阱病原体,中性粒细胞也释放外陷阱(英语教师),它是由含有抗菌肽和各种裂解酶核染色质的线程。然而,中性粒细胞这些细胞毒性分子的释放失控还可能延续炎症反应并诱发周围组织损伤。 2因此,由巨噬细胞的凋亡嗜中性粒细胞的一种有效的清除率(Mφ)和树突细胞(DC)是至关重要的,以解决炎症。 3,4,5,6
然而,在最近几年,它已成为越来越明显的是,中性粒细胞是高度通用的细胞,其功能远远超出吞噬病原体和杀戮。 6,7在经历底漆或活化,中性粒细胞的可塑性也逐渐受到关注。例如,细菌和分枝杆菌攻击嗜中性粒细胞被证明分泌白细胞介素(IL)-10和控制炎症反应,这表明的免疫调节应答的存在。 8有丝分裂后嗜中性粒细胞显示出反分化为巨噬细胞样细胞,或DC样细胞消化和当与细胞因子和生长因子,9,10这样处理呈递抗原片段,在整合先天和适应性服务关键作用响应。 3,6激活由生长因子促进凋亡中性粒细胞或细胞碎片,从而的吞噬,促进发炎部位的杂物清除和炎症消退,3,9特别是在巨噬细胞/ DC通关系统不足或不堪重负,11,12这表明潜在的'自律',以帮助重建解决炎症反应。这一点,因为细胞凋亡是稳压自死亡能够抑制细胞毒性化合物的细胞外释放,从而防止伤害周围组织的一种形式。 6
生存时间延长是嗜中性粒细胞活化的另一个特征和通过用各种宿主衍生的因子如粒细胞集落刺激因子(G-CSF),粒细胞 – 巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF),炎性细胞因子,如干扰素(治疗证明IFN)-γ,肿瘤坏死因子(TNF)-α和/或病原体衍生的产品,从而,使嗜中性粒细胞,以调节其生存反应。 6事实上,嗜中性粒细胞存活是其塑性的先决条件,并用其来执行吞噬能力相关联。 6,13因此,也显示出与依赖新生表型和功能的改变相关联DED上通过诱导参与嗜中性粒细胞寿命延长新蛋白的合成上调的基因表达,和降低凋亡。 10
不同于中性粒这是短暂的,组成在培养进行细胞凋亡,或细胞因子/生长因子激活嗜中性粒细胞,如上所述,已延长寿命,我们最近发现嗜中性粒细胞的一种新的,小亚群,在延长的标准培养自发发展从新鲜分离的人血嗜中性粒细胞,而不外部添加细胞因子或生长因子的条件。 14这些嗜中性粒细胞衍生的细胞,其未在文献中之前描述的方法被称为巨噬细胞(Gφ)。该Gφ已扩大文化寿命,它们完全开发的5-7天内,并通过独特的形态特征,表型表达和功能的特点。他们被大大放大,由于autophago中性粒细胞死亡残存,空泡化的吞,并包含吞噬溶酶体。该Gφ表达了中性粒细胞特异性标志物颗粒-分化(CD)66B的集群中,嗜天青颗粒标记- CD63和髓过氧化物酶(MPO)和额外的嗜中性粒细胞标志物如CD11b的,NE,CD15,NADPH氧化酶亚基gp91- PHOX和p22- PHOX和自噬标记-LC3BII。 14,15在功能上,它们积极地卷取乳胶珠和酵母聚糖颗粒,以及响应于酵母多糖和佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯(PMA)刺激产生的ROS。有趣的是,不像新鲜的嗜中性粒细胞,Gφ也集中表达了清道夫受体CD68和CD36,卷取氧化低密度脂蛋白(氧化低密度脂蛋白),并响应与氧化低密度脂蛋白的刺激产生活性氧。此外,Gφ是泯灭单核细胞系标记CD14,CD16和CD163或树突状标记CD1C和CD141的。此外,PHAgocytosis和自噬和可能的功能NADPH氧化酶是其发展的先决条件。这因为,吞噬抑制剂cytochalsin B,自噬抑制剂3 – 甲基腺嘌呤(3-MA)和巴弗洛霉素(BafA1)和NADPH氧化酶抑制剂 – 二亚苯基碘(DPI) – 阻碍其发展。此外,单核细胞/中性粒细胞共培养,以及暴露于阻碍了他们的发展间歇性缺氧,而中性粒细胞适应缺氧的持续明显。 14,15他们的文化发展建议的图1 .The协议说明在本文介绍一步一步Gφ从制剂新鲜分离的循环人体血液中中性粒细胞,它们的发展,鉴定和一些基本特征。该协议可以用于进一步调查和揭示广谱的作用,这些新描述和有趣的嗜中性粒细胞衍生的,以便Gφ到characterizË它们的意义和潜在功能。
图1: 在7天中性粒细胞培养巨细胞发展的示意图。有人建议,在炎症部位(1)的中性粒细胞经历凋亡的细胞死亡,和(2)释放的膜包围含有核碎片,颗粒剂(绿色和红色的点),该触发自噬机制片段,以及其它亚细胞组分。在长期嗜中性粒细胞培养物缺乏细胞因子或生长因子由内在凋亡小体和嗜中性粒细胞碎片(3)巨噬细胞(Gφ)发展,同时维持功能性的NADPH oxidase.They的特征在于各种嗜中性CD66b + / CD63 + / MPO + / CD15 + / CD11b的+ / NE标记,大吞噬体包封的颗粒和细胞碎片,清道夫受体CD36和CD68。 GB1;大多是单核细胞,能够也内在各种粒子和氧化的LDL和产生活性氧。液泡填充Gφ的膜包含LC3B(标记为深蓝色),autophagosomal膜的标记物,这表明自噬和巨噬细胞的形成之间的严格关系。 Gφ不要在包含GM-CSF / IL-4的培养基培养。此外,抑制剂如NADPH氧化酶抑制剂 – 二亚苯基碘鎓(DPI),该自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)和巴弗洛霉素(BafA1)和吞噬抑制剂细胞松弛素B(的Cyto B)中废除其形成。 (4) 在体内潜在Gφ功能可能包括抗或促炎症性和动脉粥样硬化进程的参与(这个数字是基于我们的研究结果14日 ,15日和伴随的社论B的修改erton 20)。 请点击此处查看该图的放大版本。
巨噬细胞(Gφ)是新定义的表达基本和比嗜中性标记物诸如CD66b / CD15 / CD63 / MPO / NE嗜中性粒细胞衍生的细胞的亚群。这种类型的嗜中性粒细胞衍生的吞噬细胞的未在文献中之前所描述。不像是短暂的,凋亡中性粒细胞,Gφ是膜联蛋白-V-阴性和显示扩展寿命。然而,象嗜中性粒细胞,Gφ也内在颗粒,并且响应于这些颗粒和对PMA产生NADPH氧化酶 – 依赖性ROS。然而,他们的能力内化脂蛋白,从而产生活性氧是Gφ的独特功能。 14
被证明有许多因素影响其发展的文化。在生长培养基中缺乏外部的细胞因子或生长因子是必不可少的(具体的GM-CSF / IL-4)。然而,中性粒细胞对IL-8的迁移证明那些dev目录之间的区别因素私奔到Gφ和那些没有。另外,从细胞凋亡的中性粒细胞产生的碎片的内化,自噬蛋白(LC3B)和功能NADPH氧化酶的表达,都证明是当务之急的发展,因为它们的抑制防止Gφ形成( 图1)。显然,从嗜中性粒细胞产生的这些巨细胞发育的不同之处的单核细胞/巨噬细胞谱系是表征巨细胞形成。与不同的慢性炎性疾病,20,21相关的一种形式的多核巨细胞而嗜中性Gφ描述此处通过自噬发展,由吞噬细胞残渣和保持大部分单核在其整个发展,14(很少然而,有时一第二核可以观察到)。此外,多个控件建立了嗜中性粒细胞的起源:(1)exprePMN具体neutropilic标记的裂变和不存在的树突和单核细胞谱系标记物,(2)它们在单核细胞阻碍发展/共培养,(3)从巨噬细胞(如由活细胞成像和时间其在培养运动的不同图案-lapse显微镜),14(4)他们的光坚持塑料餐具和(5)从单纯的CD15 + / CD14的发展– PMN通过流式细胞仪获得的。
一些体外识别功能可以给我们的线索,它们在体内的潜在功能。例如,Gφ的能力消耗大量嗜中性粒细胞颗粒和碎片,大液泡的存在,并表达LC3B -这有助于通过监管的互动与先天免疫信号通路消炎的自噬蛋白质,22 -所有这些都支持清除能力。因此这些发现还表明,Gφ可能在炎症部位,其中所述巨噬细胞/直流系统不足或淹没进行运作,从而有助于炎症的分辨率。这个概念可能的事实,在混合单核细胞/嗜中性粒细胞培养物Gφ发展受到阻碍的支持。 14此外,鉴于Gφ表达氧化低密度脂蛋白清道夫受体(CD36,CD68),内化脂蛋白,并响应于它产生活性氧,可以指示他们参与动脉粥样硬化的进程来解决发炎。因为Gφ只从其中迁移的朝向的IL-8的中性粒细胞和嗜中性粒'跨内皮单层向IL-8的表示中性粒细胞募集到急性炎症部位轮回开发的,这一发现还可以支持抗炎功能。相反,Gφ在某些炎症性疾病的表现可能使他们能够履行颗粒成分和活性氧,从而促使每sistent炎症和组织损伤。 20但是,总体而言,他们的自噬能力表示Gφ有可能参与减少炎症反应,而不是延续它。
有趣的是,我们最近发现Gφ在人类粥样硬化斑块的存在。 (在准备)。然而,问题大量尚待揭开。例如,是Gφ亲或抗炎?什么是决定在体外或体内的形成和功能的因素是什么?哪些具体的中性粒细胞亚群是促进其发展成Gφ其前体细胞?他们是否与某些病理和相关?总的来说,冒充有趣的问题是他们的原籍和潜在功能。
该协议内。然而关键步骤和缺陷,应牢记。在Gφ我的发展的关键一步小号在培养的细胞因子,生长因子或抗生素的媒体缺乏纯粹的中性粒细胞。另一个关键步骤是排除Gφ污染的单核细胞培养,并确定Gφ的中性粒细胞的起源。因此,通过连续梯度血液分离后,嗜中性粒细胞进一步进行纯化的额外步骤通过流式细胞术使用粒细胞门控和CD15 + / CD14 –的标记。发达Gφ从通过流式细胞术分离进一步纯化没有从那些不进行纯化的该步骤不同的中性粒细胞获得。因此,大多数实验是未经术纯化的步骤的流程由于额外的细胞损失进行。值得注意的是,在某些罕见的情况下一些嗜酸性粒细胞培养中指出。它们的规模基本保持在整个培养周期不变。我们还应该注意到,虽然有许多方法从人血嗜中性粒细胞的分离,这里所描述的方法是我们所用的唯一方法,因此我们不能为嗜中性粒细胞的分离其他可用的方法比较Gφ发展。
在调查Gφ一个主要缺陷从导致无法获得适合各种生化分析纯Gφ人口的足够数量。它是在我们的实验进行的条件基本上是不可能的。首先,Gφ的产率是低的。从1.0×10 6 PMN接种大约100 – 200Gφ七天后发展培养,这取决于血液供体。其次,它是目前的发达Gφ中培养从在盘的其余的中性粒细胞碎片中分离基本上很难。这些限制使得实际上不可能通过生物化学或分子生物学方法分析细胞。因此,该协议的重点是在描述由利用光Gφ识别和功能和共焦显微镜。中性粒细胞在培养自己的形态转变成Gφ还跟着活细胞成像和时间推移显微镜。 14显然,可能需要以实现生物化学或分子生物学方法,克服获得的低产量以及从嗜中性粒细胞“在盘碎片分离可行Gφ大得多血液容量。
总之,我们最近首次描述Gφ的发展中培养,中性粒细胞来源的长寿命吞噬细胞的一个亚群。因此,这是目前可用的,以获得Gφ在培养的唯一方法,虽然上述的两个主要的限制,应克服(在培养获得的Gφ的低产以及无法显影Gφ从嗜中性粒细胞的碎片在该培养基中分离碟)。不过,它们的制备和鉴定,在该协议提出,为ESSENTIAl对于感兴趣的炎症反应和中性粒细胞生物学和可塑性,以进一步调查Gφ的潜在意义和作用的科学家。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢伊迪丝·苏斯 – 托比博士为她与激光共聚焦显微镜研究宝贵的帮助。这项研究是由移民吸收部和委员会规划和高等教育委员会的预算的KAMEA程序(LD和AP)的框架下支持。我们也非常感谢来自戴维斯夫人基金会博士后研究奖学金的研究员(OR)的支持。
Sterile scalp vein set (21GX3/4) | Bio Diagnostics Ltd. | # 20080312 | A strile needle for venipancture |
VACUETTE HOLDEX Single-Use Holder PP | Greiner Bio-One | # 450263 | For securing during venipuncture |
VACUETTE Tube K3E K3EDTA (16×100/9 ml) | Greiner Bio-One | # 455036 | Sterile tube for blood collection |
Nunclon MultiDish (24 wellx1ml) | Thermo Scientific | # 142475 | |
Polypropylene conical centrifuge tube (50 ml) | Greiner Bio-One | # E14103PJ | |
Transwell-24 well (transmigration assay) | Corning | # CA-3415 | Polycarbonate membrane, 6.5 mm diameter, 3 μm pores) |
RPMI-1640 medium | BioIndustries | # 01-100-1A | Do not add antibiotics |
EA.hy926 (ATCC CRL2922) | BioIndustries | # CRL-2922 | |
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Polysucrose – Histopaque1119 | Sigma-Aldrich | # 1119-1 | Tissue culture grade |
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Phosphate buffered saline (PBS) – ion free | BioIndustries | # 02-023-1A | Cell biology and molecular biology grade |
Heat inactivated Fetal calf serum (HI-FCS) | BioIndustries | # 04-121-1B | Cell biology grade or tissue culture grade, low LPS |
NaCl | Sigma | # S3014 | Molecular biology grade, suitable for cell culture |
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Normal Goat Serum | BioIndustries | # 04-009-1 | Cell biology and molecular biology grade |
Trypan blue | BioIndustries | # 031021B | Tissue culture grade |
May-Grünwald | Sigma-Aldrich | # MG500 | Cell biology grade-(procedure No GS-10) |
Giemsa stain Kit | Sigma | # 48900 | Cell biololgy grade-(procedure No GS-10) |
Fibronectin | BioIndustries | # 03090105 | |
Human Interleukin-8 (CXCL8) | PeproTech | # 200-08-5 | |
Anti-CD14 (clone 5A3B11B5) | Santa Cruz Biotechnologies | # sc-58951 | Mouse IgG2b; expressed by monocytes |
Anti-CD63 (clone MX-49.129.5) | Santa Cruz Biotechnologies | # sc-5275 | Mouse IgG1; expressed by neutrophils |
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Anti-Cytochrome b-245 Light Chain (p22-phox) (clone 44.1) | BioLegend | # 650001 | Mouse IgG2a; to recognize neutrophil NADPH oxidase complex |
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Anti-Neutrophil elastase | Calbiochem | # 481001 | Rabbit IgG |
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Purified Mouse IgG1, κ Isotype Control (clone MG1-45) | BioLegend | # 401401 | Antibody used as isotype control |
Purified Mouse IgG2a, κ Isotype Control (clone MOPC-173) | BioLegend | # 400263 | Antibody used as isotype control |
Normal rabbit IgG | Santa Cruz Biotechnologies | # sc-2027 | Antibody used as isotype control |
CF488A Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Biotium | # 20012 | Anti-Rabbit IgG with the green fluorescent dye CF488A |
CF647 Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Biotium | # 20043 | Anti-Rabbit IgG with the red fluorescent dye CF647 |
CF488A Goat Anti-Mouse IgG (H+L) | Biotium | # 20010 | Anti-Mouse IgG with the green fluorescent dye CF488A |
CF647 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) | Biotium | # 20040 | Anti-Mouse IgG with the red fluorescent dye CF647 |
Fluorescent Mounting Medium with DAPI | Vectashield H-1000; Vector Lab Inc. | # E19-18 | Nuclear staining |
Confocal laser scanning microscope (LSM 700) | Carl Zeiss | Ser.# 3523000380 | Plan Apo x40 immersion oil objective |
Zeiss CLSM software (ZEN 2010) | Carl Zeiss MicroImaging GmbH | version 6.0 | For colocalization analysis |
ImageJ software | Wayne Rasband, NIH, USA | version 1.49k | For determination of cell areas and fluorescence intensity |
Light microscope (Axiovert 25) | Carl Zeiss | Ser.# 201060153 | Examination of cells in culture |
Centrifuge (Megafuge 1.0 R) | Heraeus Instruments | # D-37520 | Cells separation from blood; cytospins preparation |
Inverted fluorescent microscope (Zeiss Axio Observer Z.1) | Carl Zeiss | Ser.# 3834001470 | Demonstration of giant phagocytes development |
Temperature-controlled incubation system (Cube&Box) | Life Imaging Services | Temperature control system for microscopes | |
High resolution digital CCD camera (AxioCam HRm) | Carl Zeiss | Ser.# 117090279 | For capturing high-contrast image data from an examined cell objects |