在这里,我们介绍介质释放分析,使用与人类IgE受体相互感染的鼠血友病白血病细胞系,模拟在1型过敏反应中通常观察到的效应细胞的去粒。该方法以高度敏感、可重复和可定制的方式研究过敏原的生物活性。
介导器释放分析 体外 免疫球蛋白E (IgE) 介导的除草和分泌的介导器通过效应细胞,如乳腺细胞和基础嗜好者,刺激与假定过敏原的串行稀释。因此,这些检测是一种基本工具,模仿 体内 脱粒过程,这发生在过敏性患者或皮肤刺测试中的过敏原暴露。此外,这些检测通常用于调查蛋白质的过敏潜力和患者塞拉反应的反应。在这里,我们描述了一个简单的2天协议使用不朽的鼠巴索菲尔白血病细胞系通过人类高亲和力IgE血浆膜受体(FcéRI)传播和人性化。介导器释放检测的这种变种是一个坚固、敏感和可重复的 体外 细胞系统,无需将抗原固定到固体母体中。该协议包括以下步骤:(1) 补充人体血红素的灭活,(2) 细胞的采集、播种和被动敏感:(3) 用抗原刺激引起调解人释放:(4) 测量β-六氧沙胺酶活性,作为释放的炎症调解人的代孕者,如组胺。检测是评估过敏原-IgE交叉链接触发细胞脱粒能力的有用工具,可以实施标准化过敏原提取物, 比较患者对小过敏原或主要过敏原的反应,以及过敏提取物(花粉、猫皮屑等),以调查过敏原同源体、同形体和折叠变异(如低过敏原性)的效力,以及配体对过敏活动的影响。最近的应用包括使用检测来监测过敏原免疫治疗过程中的治疗效果。
I型超敏反应,其特征是免疫球蛋白E(IgE)的产生,特定于各自的抗原,影响世界近三分之一的人口。这些反应与一些过敏表现有关,如哮喘和鼻膜炎,甚至可能导致系统性危及生命的反应1。与体内测试不同,免疫化学方法,如酶相关免疫吸附剂检测(ELISA),完全适合研究抗体的目标结合,但不涉及可能导致立即过敏反应的蛋白质的功能方面。在固体支架(如ELISA板)上固定过敏原可能导致其结构完整性的变化和过敏相关表位2的破坏。即使是皮肤刺测试 (SPT), 最常见的工具,以确认对某些过敏原的敏感性, 有其限制的检测症状IgE介导食物过敏或过敏原可用性3,4.为了找到一种合乎道德、高度具体、敏感和具有成本效益的方法来测试过敏原的生物效力,从而引起I型过敏反应,建立了所谓的介导释放检测方法。
这些测定原理依赖于敏感阶段之后的事件,以及IgE与效应细胞表面表达的高亲和力受体(如乳腺细胞和嗜血杆菌)的α链结合的能力。IgE主要由粘膜相关淋巴组织中的血浆细胞产生。虽然它是血液中免疫球蛋白最少的(非特异性个体约0.05%),但它拥有极高的生物活性是过敏症状的主要原因。IgE 的半衰岁时间可以从 2-3 天增加到数周甚至数月,当与效应器细胞上的受体结合时。抗原随后与两个受体结合的IgE分子的可变区域结合,导致它们相互连接,随后在效应细胞中引入下游信号级联,导致脱粒,并释放出几个引起血管吸血的亲炎症介导器,如组胺、血清蛋白酶(如丁二烯蛋白酶)和前列腺素5、6、7。细胞因子的分泌,如白细胞素4(IL-4)和IL-13负责维持炎症T帮手2(Th2)反应和B细胞的类切换到IgE生产的等离子细胞5,8,9。另一方面,释放血栓烷导致支气管收缩,白细胞炎刺激平滑的肌肉收缩以及血管泄漏,并在导致哮喘或过敏性鼻炎的气道炎症中起着至关重要的作用。
分析上述大多数调解人的研究工具已经建立,尽管有一些主要缺点。Tryptase 检测是通过乳腺细胞活化测量全身过敏的合适临床方法,但与 SPT 等黄金标准方法相比,它们在过敏诊断中的敏感性和特异性太不准确了。另一方面,西胱氨酸白细胞素检测不能诊断过敏β乳腺素或非类固醇抗炎药物12。1960年代已经制定了测量组胺作为过敏反应释放的主要调解人的议定书。一旦释放在外周血液中,组胺立即被组胺甲基转移酶降解,导致血浆半衰仅几分钟,使其分析相当具有挑战性。除了其不稳定性外,对组胺的监测还表明,对药物过敏以及商业食品蛋白和黄蜂毒剂的特异性和敏感性较低。
已引入具有效应细胞系的体外模型,作为从过敏患者中分离和培养嗜血杆菌以进行释放检测的劳动密集型程序的替代方案。因此,使用RBL-2H3细胞系的鼠血友病白血病(RBL-)基测定已经建立了3。由于这种细胞系不能结合人类IgE,它首先被人类IgE等离子膜受体(FcéRI)的α、β和γ链所感染。已经生成了几个克隆,并测试了人类α链的表达水平和均质,其中克隆RBL-30/25成为体外测试最有希望的候选者。通过钙动员检测测试了转染克隆受体激活后诱导的信号级联。作为组胺释放的脱粒和代孕指标,测得溶酶β-六氧酶,具有较高的稳定性14的显著优势。使用 RBL-30/25 细胞的介导器释放达到 100%,因此用于测试来自过敏患者的血色素。在用商业过敏原提取物挑战敏感细胞后,对介质释放进行了检测。这导致发现,从不同的制造商提取的过敏原提取物的成分(总蛋白质含量高达60倍)存在巨大差异,用于诊断(如SPT)或治疗方法3,15,16。
在此,我们提供了RBL协议的详细描述,以执行调解人释放检测使用来自过敏捐赠者的血清。在被动敏化过程中,血清中的IgE被基底细胞表面表达的高亲和力FcéR1受体捕获。抗原刺激后,针对抗原的绑定IgEs是相互关联的,触发细胞脱粒和释放介导器β-六氧酶。随后使用合适的基板测量β-六氧三恶症的活性。对于检测,使用 huRBL-2H3 细胞,并在以下协议中称为 huRBL。该协议描述了一个标准的抗原稀释系列,8个步骤稀释1:10范围从1微克/mL到0.1 pg/mL过敏原。
此处描述的 huRBL 基于细胞的介质释放检测是一种强大的方法,可在任何实验室中轻松执行和实现。唯一的要求是在无菌条件下培养细胞。该检测用于评估过敏原或过敏源引起患者IgE交叉链接和嗜血杆菌脱粒17的可能性。只要患者的血清具有高水平的特定IgE,识别感兴趣的过敏原,检测就可以轻松适应任何过敏原或过敏源。建议除调解人释放检测外,进行细胞生存性检测,以解释可能导致检测性能不佳的任何潜在细胞毒性影响。这可能是由于血清或其他血清衍生的细胞毒性作用的不完全补充灭活。例如,即使是抗原本身,由于蛋白解/酶活性,也会损害huRBL细胞。我们通常使用 MTT(3-(4,5-二甲基硫醇-2-yl)-2,5-迪普尼特拉佐利姆溴化物的细胞生存能力检测来评估潜在的细胞毒性效应。检测可以很容易地执行与细胞超纳特被收集和转移后留下的 huRBL 细胞(参见协议的第 6.3 步)。与其他免疫化学方法(如 ELISA 和西式印迹)相比,用于确定基于过敏原-IgE 结合的单个过敏原或复杂提取物的过敏潜力,此检测不仅可以检测 IgE 与过敏原的结合,还可以测量人类 IgE 和过敏原的功能,从而引发以 IgE 介质的巴索菲尔脱粒18。因此,它可以帮助研究过敏症状的严重程度前体内使用患者的塞拉。据报道,检测比传统的被动皮肤过敏测试更一致和有效,因为检测使用RBL-2H3细胞,这是相对容易处理和产生较少的变异性的结果相比,原发性细胞,如桅杆细胞或人类嗜血杆菌19,20。除此之外,检测还很好地表现了过敏原的生物活性,并能准确估计给定复杂样本3中的总过敏原含量。有关协议中的某些步骤的故障排除,请参阅表 1。
关于这种版本的调解人释放分析的适用性,它主要用于研究目的,但也用于基于其生物活性的过敏提取物的标准化。这包括分析不同批次的SPT溶液、挑衅测试溶液以及用于过敏原特异性免疫治疗的提取物:如花粉,猫皮屑,家尘虫,花生提取物,以及蜜蜂毒液3,17,21。该技术可以特别应用于诊断食物过敏,因为它可以检测到甚至最少量的过敏成分在复杂的食品,如花生,牛奶,小麦和鸡蛋22。在这方面,也已报告作为评估动物食物过敏原体,如肌霉素的过敏性的宝贵工具,并可以帮助区分强效过敏原和非过敏原23。作为一种研究工具,该检测用于研究食品加工的影响,以及评估配体结合对过敏原的影响及其对过敏性的影响24,25。例如,Bet v 1 与配体的结合表明不会影响过敏原-IgE 的交叉连接,尽管它导致其热和蛋白解稳定性增加 25。检测可用于比较患者的反应与轻微和主要过敏原,以及调查过敏原同源和同形体的交叉反应,如我们使用Bet v 1和同源食物过敏原Cor a 1(图3)的例子所示。关于过敏原同源体,介导器释放检测用于确定主要过敏原安布1.01作为最有力的IgE反应同位素在抹布花粉(安布罗西亚青苔花粉)。相比之下,另外两种被鉴定的同质体在抹布花粉提取物中,Amb a 1.02和Amb a1.03,显示对患者的IgE26反应减少。
近年来,该检测已应用于研究潜在的抗过敏化合物和新型过敏原低过敏变异,有助于确定适合过敏原特异性免疫治疗的候选者27,28。另一种新方法是使用检测来监测过敏原特异性免疫治疗过程中的治疗效果。在这方面,我们的研究小组开发了一个huRBL检测抑制系统,它与患者在过敏原特异性免疫治疗29期间症状评分的降低密切相关。研究还建议进行检测,以研究TGF+1对过敏原诱发的IgE介导脱粒30的免疫抑制作用。
检测的局限性是,即使 huRBL 细胞具有桅杆细胞或嗜血杆菌的某些特征,它们也不会完全模仿这些效应细胞的自然功能。例如,桅杆细胞广泛表达模式识别受体收费样受体4(TLR4),这是病原体识别所必需的,而RBL-2H3细胞31则完全不足。由于功能上的差异,检测没有完全模拟现实情况,在解释数据时需要牢记这一点。此外,由于huRBL细胞是癌性嗜血细胞,培养条件的变化和长期培养可能导致表型差异导致不同实验室的结果改变20。另一个方面是过敏原浓度的选择,在适应这种方法时必须考虑,因为高过敏原浓度可能导致非IgE介质去粒,由于存在大量的蛋白酶或内毒素18。其他限制是依赖具有相对较高的特定IgE水平(RAST类5-6)的人体血色素,以及细胞培养系统的需要,这仍然是一个需要克服的障碍,以便在日常临床常规中实施该技术。
除了这些限制外,huRBL检测是诊断和治疗过敏性疾病的宝贵研究工具,可用于广泛的应用。
The authors have nothing to disclose.
作者要感谢德国兰根分子过敏学系的斯特凡·维斯博士提供人性化/FcéRI转染的RBL细胞,并同意撰写本研究方法论文。我们要感谢法蒂玛·费雷拉教授提供出色的反馈。我们还要感谢罗纳德·范里教授和阿姆斯特丹大学医学中心实验免疫学系的贾普·阿克达斯博士, 荷兰阿姆斯特丹,因为同意公布本方法文件中提供的代表性数据,这些数据是在 BM4SIT 项目过程中生成的 – 过敏创新(www.BM4SIT.eu 作者的工作得到了奥地利科学基金(P32189项目)、萨尔茨堡大学优先项目过敏-癌症-比奥纳诺研究中心、奥地利科学基金资助的癌症免疫和过敏-ICA博士项目以及欧洲联盟第七框架方案FP7的BM4SIT项目(赠款编号601763)的支持。
4-Methylumbelliferyl N-acetyl-β-D-glucosaminide | Sigma | M2133 | |
96-well plate for huRBL cells (Nunc MicroWell 96-Well, Nunclon Delta-treated, flat-bottom microplate) | ThermoFisher Scientific | 167008 | |
96-well plate for substrate solution and cell supernatant (Greiner Bio-One non-treated 96-well microplates) | Fisher Scientific | 655101 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | 10735078001 | |
Citric acid | Applichem | 131018 | |
Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS without calcium and magnesium) | Sigma | D8537 | |
G418 | Sigma | A1720 | |
Glycine | Applichem | A3707 | |
Heat-inactivated fetal calf/bovine serum (FCSi) | Sigma | F0804 | |
L-Glutamine (200 mM) | Sigma | G7513 | |
Minimum Essential Medium Eagle with Alpha Modification, with ribonucleosides, deoxyribonucleosides and sodium bicarbonate, without L-glutamine, liquid, sterile-filtered, suitable for cell culture | Sigma | M8042 | |
Opti-MEM reduced serum medium, GlutaMAX supplement | Gibco/ThermoFisher Scientific | 51985034 | |
Penicillin-Streptomycin (10K units Pen. 10 mg/mL Strep.) | Sigma | P4333 | |
Sodium chloride (NaCl) | Applichem | A2942 | |
Sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) | Applichem | 131638 | |
Triton X-100 | Sigma | X100 | |
Trypsin-EDTA | Sigma | 59418C | |
Tyrode’s salt | Sigma | T2145 |