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Method Article
In dieser Arbeit stellen wir eine einfache und standardisierte Methode zur Analyse der Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierenden faktorproduzierenden T-Helfer-Untergruppe in vivo vor.
Parallel zu den traditionellen Th1/Th2/Th17/Treg-Linien wurden Granulozyten-Makrophagen-stimulierende faktorproduzierende T-Helferzellen (Th-GM) als eigenständige Untergruppe von T-Helferzellen (GM-CSF+ IFN-γ- IL-17A- IL-22-Effektor, CD4+ T-Zellen) bei Menschen und Mäusen identifiziert. Die Kontaktüberempfindlichkeit (CHS) gilt als hervorragendes Tiermodell für allergische Kontaktdermatitis (ACD) beim Menschen und manifestiert eine intakte T-Zell-vermittelte Immunantwort. Um einen standardisierten und umfassenden Assay zur Analyse der Th-GM-Zell-Untergruppe in der T-Zell-abhängigen Immunantwort in vivo bereitzustellen, wurde ein murines CHS-Modell durch Sensibilisierung/Provokation mit einem reaktiven, niedermolekularen, organischen Hapten, 2,4-Dinitrofluorbenzol (DNFB) induziert. Die Th-GM-Untergruppe in Effektor-CD4+ T-Zellen, die nach Immunisierung mit dem Hapten erzeugt wurden, wurde mittels Durchflusszytometrie analysiert. Wir fanden heraus, dass Th-GM im DNFB-induzierten CHS-Mausmodell hauptsächlich in Läsionen und drainierenden Lymphknoten expandiert war. Diese Methode kann zur weiteren Untersuchung der Biologie von Th-GM-Zellen und zur pharmakologischen Erforschung von therapeutischen Strategien mit Schwerpunkt auf GM-CSF bei verschiedenen Erkrankungen, wie z. B. ACD, angewendet werden.
Die Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierenden Faktor (GM-CSF)-produzierenden T-Helferzellen - die Th-GM-Untergruppe - hat sich als eigenständige Untergruppe von T-Helferzellen bei Menschen und Mäusen herauskristallisiert und gilt als "GM-CSF-exprimierende" (GM-CSF+ IFN-γ- IL-17A- IL-22-) CD4-T-Zellen, die durch Einzelzell-RNA-Analyse, Massenzytometrie und GM-CSF-Schicksalskartierung von Mäusen identifiziert wurden 1,2,3. Im Jahr 2014 berichteten Sheng et al. über die Programmierung von Signalwandlern und Aktivatoren der Transkription 5 (STAT5) der Th-GM-Untergruppe und konzeptualisierten zum ersten Mal die "Th-GM"-Untergruppe 4,5. Th-GM-Zellen zeichnen sich durch die Zytokinexpression von GM-CSF, IL-2, TNF-α, IL-3, CCL20 und den Chemokinrezeptoren C-X-C Chemokinrezeptor Typ (CXCR) 4 oder CXCR6 1,2 aus. STAT und/oder der NF-κB-Signalweg sind essentiell für die Differenzierung der Th-GM-Linie. Es wurde eine in vitro Methode etabliert, um naive CD4-T-Zellen in Th-GM-Zellen unter Verwendung von IL-7 in Gegenwart von TCR-Stimuli zu differenzieren6. In der Zwischenzeit wurde gezeigt, dass die Zytokine IL-23 und IL-1β die Expression und Pathogenität von Th-GM-Zellen ex vivo aufrechterhalten 3,7.
Die Erhöhung der Th-GM-Zellen wurde mit mehreren Autoimmunerkrankungen wie Multipler Sklerose und rheumatoider Arthritis in Verbindung gebracht 2,8,9, was auf eine mögliche Rolle bei der Pathogenese der Autoimmunität hindeutet10. Es häufen sich die Hinweise darauf, dass GM-CSF als Entzündungsmediator fungieren kann. Mäuse, die Csf2 (Gen, das für GM-CSF kodiert) in CD4+ T-Zellen genetisch überexprimierten, entwickelten spontan neurologische Defizite, begleitet von der Infiltration von Fresszellen in das zentrale Nervensystem. In einem T-Zell-Transfer-Colitis-Modell reduzierte der adoptive Transfer von Csf2-/-T-Zellen in Rag1-/-Mäuse die klinischen und histopathologischen Merkmale der Erkrankung signifikant. Es gibt jedoch nur wenige Berichte über die Rolle der Th-GM-Untergruppe bei allergischen Erkrankungen wie ACD.
ACD gehört zu den häufigsten entzündlichen dermatologischen Erkrankungen mit hoher Prävalenz im Arbeits- und Lebensumfeld11,12. Es handelt sich um eine Typ-IV-Überempfindlichkeitsreaktion, die durch einen intakten Immunkreislauf vermittelt wird und sich in zwei zeitlich segmentierten Phasen entwickelt: Sensibilisierung und Auslösung. Die ACD beim Menschen wird durch die Exposition gegenüber einigen Chemikalien (Hapten oder Metallen) ausgelöst, die zu einer Sensibilisierung führen. Während dieser Phase wird eine T-Zell-vermittelte Reaktion durch Hapten-Protein-Komplexe ausgelöst, die von Antigen-präsentierenden Zellen präsentiert werden. Bei anschließender Exposition gegenüber demselben Hapten werden Hapten-spezifische Effektor- und Gedächtnis-T-Zellen reaktiviert und lokalisieren sich in der Haut, ein Prozess, der die Infiltration einer Vielzahl von Immunzellpopulationen beinhaltet. Diese akute Entzündungsreaktion wird als Auslösung bezeichnet und führt zur vollständigen Entwicklung von Läsionen13. ACD beim Menschen kann mit Tiermodellen der Kontaktüberempfindlichkeit (CHS) untersucht werden14.
Das CHS-Modell, das durch ein reaktives, niedermolekulares, organisches Hapten, 2,4-Dinitrofluorbenzol (DNFB), induziert wird, ist ein häufig verwendetes Mausmodell, das sowohl bei der Untersuchung der Pathologie als auch bei möglichen therapeutischen Interventionen von ACD verwendet wurde15,16. Somit könnte dieses T-Zell-abhängige Modell angewendet werden, um die Bildung der Th-GM-Untergruppe bei allergischen Erkrankungen zu untersuchen. In dieser Arbeit induzierten wir ein Mausmodell von CHS mit DNFB, analysierten die Bildung von Th-GM in Läsionen und drainierenden Lymphknoten und fanden heraus, dass die Th-GM-Untergruppe hauptsächlich bei erneuter Exposition gegenüber demselben Hapten expandierte. Dies deutet darauf hin, dass die Th-GM-Untergruppe für die Entwicklung von ACD essentiell sein könnte und ein spezifisches therapeutisches Ziel bei ACD darstellt.
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Alle Mäuse, die in diesem Protokoll verwendet wurden, wurden auf dem genetischen Hintergrund C57BL/6 gehalten, unter spezifischen pathogenfreien Bedingungen gehalten und ad libitum mit Futter und Wasser versorgt. Alle Versuche wurden von der ethischen Überprüfungsstelle für Tierschutz des West China Medical Center der Universität Sichuan (20210302059) genehmigt.
1. Reagenzien- und Materialvorbereitung
2. Induktion von CHS bei Mäusen
3. Probenentnahme von CHS-Mäusen
4. Herstellung einer einzelligen Suspension aus den Ohren
5. Herstellung von einzelligen Suspensionen aus drainierenden Lymphknoten (dLNs)
6. Restimulation der Th-GM-Untergruppe mit 12-Myristat-13-acetat (PMA)/Ionomycin in Gegenwart eines Proteintransportinhibitors
7. Analyse von Th-GM-Untergruppen, die in vivo durch Zelloberflächen- und intrazelluläre Färbung erzeugt wurden
8. Gating-Strategie zur Identifizierung der Th-GM-Teilmenge
9. Statistische Auswertung
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DNFB-induzierte CHS (Kontaktüberempfindlichkeit) bei Mäusen
Um CHS bei Mäusen zu induzieren, wurden die Mäuse sensibilisiert und mit DNFB auf die Ohrhaut aufgebracht, wie in Abbildung 1A dargestellt. Die Ährendicke, ein Indikator für epidermale Spongiose, war bei DNFB-provozierten Mäusen im Vergleich zu vehikelbehandelten Mäusen deutlich erhöht (Abbildung 1B, 70 vs. 3 μm an Tag 1, 203 vs. 7,5 μm an...
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Dieses Protokoll bietet einen einfachen In-vivo-Assay zur Analyse der Erzeugung und Expansion der Th-GM-Zelluntergruppe. Es ist wichtig, ein T-Zell-vermitteltes Krankheitsmodell bei Mäusen zu verwenden, das durch Haptene oder Antigene ausgelöst wurde, und diese Aktivierung beim Menschen nachzuahmen. DNFB ist ein niedermolekulares Hapten, das kostengünstiger und zeitsparender als Peptid- oder Proteinantigene ist, um die Immunantwort der T-Zellen in vivo auszulösen
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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.
Diese Arbeit wurde unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 81602763, 81803142, 82003347), dem Excellent Researcher Program der China Postdoctoral Science Foundation (Nr. 2017T100700) und dem Regular Researcher Program der China Postdoctoral Science Foundation (Nr. 2016M592673). Die Autoren danken Yan Wang und Meng-Li Zhu (Core Facilities of West China Hospital, Sichuan University) für die technische Unterstützung der Durchflusszytometrie in dieser Studie.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
2,4-dinitrofluorobenzene | BT REAGENT | P0001746 | CAS NO: 70-34-8 |
Acetone | CHRON CHEMICALS | / | 67-64-1 |
anti-CD4 antibody | Biolegend | 300506 | 1:100 Diluted |
anti-CD44 antibody | Biolegend | 103012 | 1:100 Diluted |
anti-CD62L antibody | Biolegend | 104417 | 1:100 Diluted |
anti-GM-CSF antibody | BD Bioscience | 554507 | 1:100 Diluted |
anti-IFN-γ antibody | Biolegend | 505836 | 1:100 Diluted |
anti-IL-17A antibody | BD Bioscience | 563354 | 1:100 Diluted |
anti-IL-22 antibody | Biolegend | 516411 | 5 µL/test |
CD45 | Biolegend | 103101 | 1:200 Diluted |
Chloral hydrate | CHRON CHEMICALS | / | 302-17-0 |
Dial thickness gauge (0.01 mm type) | PEACOCK | G-1A | / |
DMSO | LIFESCIENCES | D8371 | 67-68-5 |
EDTA Na2 | Solarbio | E8030 | 6381-92-6 |
F4/80 | Biolegend | 123102 | 1:200 Diluted |
Fixable Viability Stain 780 | BD Bioscience | 565388 | 1:1,000 Diluted, viability dye |
Flow cytometer | BD Bioscience | BD FACS ARIA II SORP | / |
GraphPad Prism | GraphPad Software | Prism 7 | Software for statistics and graphing |
Intracelluar Fixtation and Permeablization Buffer Set | Thermo Fisher | 88-8824-00 | prepared freshly |
Ionomycin | Sigma-Aldrich | 407951 | CAS NO: 56092-81-0 |
Ly6G | Biolegend | 127602 | 1:200 Dilutied |
NovoExpress | Agilent | / | Software for flow cytometry data analysis; https://www.agilent.com.cn/zh-cn/product/research-flow-cytometry/flow-cytometry-software/novocyte-novoexpress-software-1320805 |
Olive oil | YUANYE BIO | S30503 | 8001-25-0 |
PMA | Sigma-Aldrich | P8139 | CAS NO: 16561-29-8 |
Protein Transport Inhibitor (Containing Brefeldin A) | BD Bioscience | 555029 | 1 µL/mL |
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