DC 是 “Dendritic Cells” 的缩写,中文全称为 “树突状细胞”,因其成熟时伸出许多树突样或伪足样突起而得名。DC 是由 2011 年诺贝尔奖获得者、加拿大籍科学家 Ralph M. Steinman 于 1973 年发现的,是目前发现的功能最强的抗原递呈细胞 (Antigen Presenting Cells, APC)。已证实,DC 是唯,一能够显著刺激初始 T 细胞 (Naïve T cells) 增殖的 APC,而其它种类的 APC (如单核巨噬细胞,B 细胞等) 仅能刺激已活化的或记忆性的 T 细胞,因此 DC 是机体适应性 T 细胞免疫应答的始动者,在肿瘤免疫中发挥着极其重要的作用。
虽然 DC 存在于体内多种组织中,但含量很少,无法满足科学研究和临床治疗的需要,所以人们尝试多种方法来体外培养和扩增 DC。对于人,最常用的方法是从人外周血单个核细胞 (PBMC) 诱导 DC 的产生。而对于小鼠,最常见的方法是从骨髓细胞诱导产生 DC,即骨髓来源的 DC (Bone Marrow-Derived Dendritic Cells,BMDC)。
【步骤简图】
本文主要介绍:
【经典的 BMDC 培养法】-Inaba 法 (改良) 【BMDC 大量制备法】-Son 法 【BMDC 大量制备法】-Lutz 法 【注意事项】
【经典的 BMDC 培养法】-Inaba 法 (改良)
背景:
1. Inaba 法获得的 BMDC 数目为 5-7 x 106 个 / 小鼠; 2. Inaba 原法操作比较复杂,需要将骨髓中的淋巴细胞等用抗体 + 补体法预先去除,后来的改良法均省却了这个步骤,其实 Inaba 后来自己也说这个步骤虽然可提高 BMDC 的纯度,但不会对 BMDC 的生成产生影响,可做可不做 [10];
3. Inaba 原法仅用 GM-CSF 来诱导 BMDC 的产生,虽然得到的 BMDC 在混合淋巴细胞反应中有较强的刺激能力,但 DC 的成熟度不及 GM+IL-4 的联合诱导,所以后来的改良法中多用 GM+IL-4 联合诱导。
培养步骤:
1. 小鼠骨髓细胞的获得 1.1 小鼠 (6 - 10 周龄) 颈椎脱臼法处死,手术取出所有股骨 (femurs) 和胫骨 (tibias),并剪刀和镊子将骨周围的肌肉组织尽量去除干净; 注:不要损伤到骨。 1.2 将骨移至超净台内,并用盛有 70% 酒精的无菌培养皿浸泡 2-5min,以消毒灭菌,然后用无菌的 PBS 洗 2 次; 1.3 将骨移入另一个盛有 PBS 的新培养皿中,用剪刀剪去骨两端,再用注射器抽取 PBS,针头分别从骨两端插入骨髓腔,反复冲洗出骨髓至培养皿中,直至 骨完全变白; 1.4 收集骨髓悬液,用 200 目尼龙网滤去小碎片和肌肉组织; 1.5 滤过液 1200 rpm 离心 5min,弃上清; 1.6 加入 2 ml 氯化铵红细胞裂解液 (1x),重悬细胞,室温孵育 3-5min,最长 10min;
氯化铵红细胞裂解液的配制: 1. 先配制 10x 的贮存液,配法如下: 称取 82.9g NH4Cl,10.0gKHCO3 和 0.37g Na2EDTA,溶于 1L 的蒸馏水中,0.22μm 滤膜过滤除菌,4oC 储存 6 个月; 注:可根据需要配制适量的 10x 贮存液,其中各组分需成比例增减。 2. 临用前,将 10x 贮存液用无菌蒸馏水 1 : 9 稀释成 1x 工作液即可。 注:因氯化铵红细胞裂解液对骨髓细胞有一定的伤害作用,所以要尽量缩短溶血时间。 1.7 加入 10 ml PBS 中和裂解液的作用,然后 1200 rpm 离心 5min,弃上清;1.8 PBS 洗 1 次,然后用含 10% FBS 的 RPMI 1640 培养液重悬细胞,至此已获得小鼠骨髓细胞。 2. BMDC 的诱导分化
2.1 步骤 1 中获得的小鼠骨髓细胞计数后用含 10% FBS 的 RPMI 1640 完全培养液调整细胞浓度为 0.5-1 x 106/ml; 2.2 铺至 24 孔培养板内,每孔 1ml 细胞,同时加入重组小鼠 GM-CSF (20ng/ml) 和 IL-4 (10ng/ml),37℃,5% CO2 培养箱培养,此为培养的第 0 天; 注:1) 一般一只小鼠大约可收获 4-5 x 107 个骨髓细胞,所以可以铺至少 40-50 个 24 孔板板孔。 2) GM-CSF 和 IL-4 的使用浓度区间分别为 20-50ng/ml 和 10-40ng/ml。 2.3 每 2 天轻轻摇晃培养板,然后 3/4 体积更换新鲜培养液,并补足细胞因子。 2.4 在第 5 天和第 8 天之间,轻柔吹打培养液,收集悬浮细胞及巯松贴壁生长的细胞; 2.5 1200 rpm 离心 5min,弃上清; 2.6 用含 10% FBS 的 RPMI 1640 完全培养液重悬细胞并计数,然后调整细胞浓度至 1 x 106/ml,并加入重组小鼠 GM-CSF (20 ng/ml) 和 IL-4 (10ng/ml); 2.7 细胞铺板至 100 mm 培养皿 (每皿最多 10ml) 或 6 孔培养板 (2m / 孔)。 2.8 37℃,5% CO2 培养箱继续培养 1-2 天; 2.9 收集悬浮细胞,即为较成熟的 BMDC。
3. BMDC 的完全成熟 注:步骤 2 中获得的 BMDC 并非完全成熟的 DC,若想得到完成成熟的 DC,还需 LPS,CD40L 或 TNF-a 等的诱导。 3.1 步骤 2.4 或 2.9 中获得的 BMDC 以 1200rpm 离心 5min,弃上清; 3.2 用含重组小鼠 GM-CSF (20 ng/ml) 和 IL-4 (10ng/ml) 的 RPMI 完全培养液重悬沉淀,计数后调整细胞浓度为 1 x 106/ml; 3.3 加入 24 孔培养板中,并加入成熟诱导剂,如 TNF-α (250U/ml),LPS (1μg/ml)、或 CD40L (1μg/ml) 等; 3.4 37℃,5% CO2 培养箱培养 2 天; 3.5 收集悬浮细胞及疏松贴壁生长的细胞即为成熟树突状细胞。
【BMDC 大量制备法】-Son 法
背景: 1. 该法可在 7 天内获得 30-40 x 106 个 DC / 小鼠,是 Inaba 经典方法的 7-10 倍。DC 经 14.5% 甲泛葡胺 (Metrizamide) 梯度离心后,纯度 (即 CD11c+/I-Ab + 细胞) 可达 85-95%。 2. 该法获得的 DC 的内吞能力弱于 Inaba 经典方法,但分泌的 IL-12p70 量相似; 3. 该法获得的 DC 在混合淋巴细胞反应中比 Inaba 经典方法呈现更强的刺激能力; 4. 该法获得的 DC 能引起更强的特异性 T 细胞反应; 5. 以上结果提示,该法比经典方法能获得更多、更成熟的 BMDC。
培养步骤:
1. 小鼠骨髓细胞的获得 见 Inaba 法 (改良) 中的相应步骤。 2. BMDC 的大量制备 2.1 步骤 1 中获得的小鼠骨髓细胞计数后用含 10% FBS 的 RPMI 1640 完全培养液调整细胞浓度为 2 x 105/ml; 2.2 铺至 6 孔培养板内,每孔 5ml 细胞,同时加入重组小鼠 GM-CSF (1000U/ml) 和 IL-4 (1000U/ml),37℃,5% CO2 培养箱培养; 2.3 在培养的第 4 天,向培养体系中补充重组小鼠 GM-CSF (1000U/ml) 和 IL-4 (1000U/ml); 2.4 培养的第 7 天收集 DC,用 2-4ml RPMI 1640 完全培养液重悬,加至等体积的 14.5%(w/v) 甲泛葡胺上,1200 x g 室温离心 20min; 注:此时的 DC 为不完全成熟的 BMDC,要想进一步成熟,请跳至步骤 3。 2.5 收集中间层,并用 RPMI 1640 完全培养液洗 3 次备用。 3. BMDC 的完全成熟 3.1 步骤 2.4 中收集的 BMDC,重新铺板,并向培养体系中加入重组小鼠 GM-CSF (1000U/ml) 和 IL-4 (1000U/ml),以及 LPS (1-10μg/ml) 3.2 37℃,5% CO2 培养箱培养 2 天,获得成熟的 BMDC。
【BMDC 大量制备法】-Lutz 法
背景:
1. Lutz 法与 Son 法相似,均可大量制备 BMDC,但与 Son 法相比,Lutz 法更为广泛地被采用。 2. 该法可获得更多的 BMDC,达 1-3 x 108 个 / 小鼠,而且纯度可达 90-95%; 3. 该法比 Son 法使用的细胞因子浓度低得多,仅为 200U/ml,而且培养的第 8 天到第 10 天降为 30-100U/ml,这样可以大幅节约试剂成本; 4. 该法与 Inaba 经典方法和 Son 法的最大不同是使用细菌培养皿 (Petri dish) 而非细胞培养板来培养骨髓细胞。Inaba 的解释是细菌培养皿不容易使骨髓中的巨噬细胞贴壁,从而抑制巨噬细胞的发育,进而避免巨噬细胞对 DC 成熟的抑制作用,这可能是该法能够以较低铺板密度获得大量 BMDC 的主要原因。 5. 但该法的培养时间较长,需要 10-12 天,一方面是为了获得更多的 BMDC,另一方面,大多数粒细胞和淋巴细胞很难存活这么长时间,因此可提高最终获得的 BMDC 的纯度; 6. 该法仅用 GM-CSF 进行诱导培养,得到的 BMDC 中未成熟和成熟 DC 均有,若要进一步提高成熟度,需用 LPS 或 TNF-α 再诱导 1-2 天,其中成熟 DC 细胞的含量将达到 50-70%。
培养步骤:
1. 小鼠骨髓细胞的获得 见 Inaba 法 (改良) 中的相应步骤,注意省去溶血步骤。
2. BMDC 的大量制备 2.1 步骤 1 中获得的小鼠骨髓细胞计数后用含 10% FBS 的 RPMI 1640 完全培养液调整细胞浓度为 2 x 105/ml; 2.2 铺至 100mm 细菌培养皿 (Petri Dish) 中,每皿 10ml 细胞,同时加入重组小鼠 GM-CSF (200U/ml,对于 PeproTech 的 GM-CSF,相当于 20ng/ml),37℃,5% CO2 培养箱培养; 注:此处使用的是细菌培养皿,而非细胞培养板。 2.3 第 3 天时,向培养皿中再加入 10ml 含 20ng/ml 重组小鼠 GM-CSF 的完全培养液; 2.4 第 6 天和第 8 天分别半量换液,即收集旧培养液,离心后用含 20ng/ml 重组小鼠 GM-CSF 的完全培养液重悬细胞沉淀,然后再将细胞悬液放回原皿; 2.5 第 10 天时可收集细胞,即为 BMDC。
3. BMDC 的完全成熟
3.1 培养第 10 天的 DC 用移液器轻轻吹打收集悬浮细胞,300 x g 室温离心 5min;
3.2 弃上清,用 10ml RPMI 1640 完全培养液重悬细胞沉淀,然后铺于 100 mm 细胞培养板;
3.3 加入重组小鼠 GM-CSF (100U/ml , 相当于 PeproTech 的 10ng/ml) 和 TNF-α (500U/ml),或重组小鼠 GM-CSF (100U/ml,相当于 PeproTech 的 10ng/ml) 和 LPS (1μg/ml); 3.4 37℃,5% CO2 培养箱继续培养 1-2 天。
【BMDC 的鉴定】
1. 形态学观察:BMDC 多数呈集落生长,细胞有多个树突样突起,成熟的 BMDC 更加明显; 2. 细胞表型分析:流式细胞术检测 DC 细胞表面 CD11c,CD40,CD80,CD86,MHCII 类分子 (I-A/I-E) 等的表达,BMDC 高表达这些分子,完全成熟的 BMDC 中这些分子的表达会进一步提高。 3. 混合淋巴细胞反应 (MLR):BMDC 具有较强的刺激能力,且成熟度越高,刺激能力越强。
【注意事项】
1. 小鼠品系和性别: 多数研究表明,所使用的小鼠品系与获得 BMDC 的数量和成熟度关系不大,但也有研究表明 C57BL/6 小鼠可能更好。 Lutz 表示从 C57BL/10,DBA/2,C3H/J 和 129 等小鼠品系均可获得足够数量和纯度的 BMDC,但 Lutz 在其实验中更倾向于使用 C57BL/6,ICR 和 BALB/c 小鼠,且发现 C57BL/6 小鼠的 BMDC 产量最高,而且 ICR 小鼠和 C57BL/6 小鼠的 BMDC 对 LPS 的成熟诱导敏感度高于 BALB/c 小鼠。 关于小鼠的性别,Inaba 认为雄性小鼠更好些,因为他们的骨骼更大,从而可以获得更多的前体细胞,但多数学者更倾向于使用雌性小鼠。因此,目前培养 BMDC 用的比较多的小鼠是雌性或雄性 C57BL/6 小鼠。
2. 单独使用 GM-CSF 还是联合使用 IL-4? Inaba 经典法和 Lutz 大量制备法中均仅用 GM-CSF 即可诱导出相当数量的 BMDC,而且也在混合淋巴细胞反应中表现出较强的刺激作用,但其实这些 BMDC 的成熟度并不足够高。 研究显示,GM-CSF+IL-4 联合诱导比 GM-CSF 单独诱导产生的 BMDC 表达更高的 MHC II 类分子和共刺激分子 CD80 和 CD86 等,提示前者具有更强的抗原递呈能力,而且前者在混合淋巴细胞反应中表现出更有效的刺激能力。在动物实验中也发现,GM-CSF+IL-4 联合诱导的 BMDC 可产生保护性抗肿瘤免疫反应,而 GM-CSF 单独诱导的 BMDC 的保护性较弱,这些都说明 GM-CSF+IL-4 联合诱导的 BMDC 的成熟度高于 GM-CSF 单独诱导的 BMDC。 德国明斯特大学 (University of Munster) 的 Labeur 研究也表明,单独用 GM-CSF 诱导的 BMDC 为未成熟 DC,GM-CSF 和 IL-4 联合诱导产生的 BMDC 的成熟度居中,添加 CD40L 或 LPS 可进一步诱导 BMDC 完全成熟。
因此笔者认为,要想获得功能更好的 BMDC,最好用 GM-CSF 和 IL-4 联合诱导骨髓细胞。而且,如果能在 Inaba 经典法和 Lutz 大量制备法中添加 IL-4,应该会获得更加成熟、有效的 BMDC。
3. 成熟诱导剂的选择
LPS,CD40L 和 TNF-α 无论对人 DC 还是小鼠 DC 均是常用、有效的成熟诱导剂,那么应该选择哪个呢? TNF-a 诱导 DC 的成熟能力在三者中最弱 [7,8]。LPS 和 CD40L 均是 DC 体外完全成熟的强诱导剂,两者诱导 DC 的成熟度相似,但诱导产生的细胞因子谱有差异。CD40L 诱导成熟的 BMDC 在体内显示出最强的免疫调节能力,包括保护性和治疗性肿瘤免疫反应的产生。 用 LPS 刺激 DC 完全成熟所用的浓度一般为 1-10μg/ml,但其实 0.1 μg/ml 已经有非常强的作用,但保险起见,一般选用 1μg/ml。 对于 CD40L 需要注意的是,CD40L 分子属于 TNF 配体家族,该家族的特点是在形成三聚体后才能发挥作用。所以最好能用重组的 CD40L 三聚体蛋白来刺激 DC,这样会有很好的效果。如果用 CD40L 单体来刺激 DC,多数情况下成熟度并不是很高。
4. 培养方法的选择
【BMDC 相关试剂推荐】
注:用于 DC 鉴定的表面标志物的表达在流式图上均呈现单个峰,且多数情况下不能与阴性峰完全区分开来。为避免多色分析时补偿调节不好导致结果的不准确性,建议最好用单标,最多用双标来做 DC 表面标志的分析,而且必须使用同型对照,而非空白细胞对照来排除背景染色。
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