小鼠烫伤模型表征中性粒细胞和中性粒细胞胞外诱捕网在严重烧伤中的作用

Murine scald models characterize the role of neutrophils and neutrophil extracellular traps in severe burns.

作者信息Julia Elrod, Moritz Lenz, Antonia Kiwit, Lina Armbrust, Lavinia Schönfeld, Konrad Reinshagen, Laia Pagerols Raluy, Christoph Mohr, Ceren Saygi, Malik Alawi, Holger Rohde, Martin Herrmann, Michael Boettcher
PMID36825027
发布时间2023-02-07
DOI10.3389/fimmu.2023.1113948

实验完整度

高

包含多种独立证据层级:小鼠烫伤模型、组织学与免疫荧光、ELISA、转录组测序,并进行功能验证(如NET标记物、氧化应激、凋亡)和机制验证。

主要模型

C57BL/6小鼠烫伤模型(6秒和7秒热水暴露) 肺、肝、脾组织样品 伤口组织样品

重点核对

烫伤暴露时间:4秒、6秒、7秒、10秒(98°C热水) 观察时间:24小时或72小时 小鼠品系和性别:C57BL/6雄性小鼠(8周龄) G-CSF处理(250 µg/kg i.p.,0和48小时)以增加中性粒细胞 样本量:每组5-13只不等

摘要

严重的烧伤会引起独特的病理生理改变,尤其是对免疫系统的影响。优化小鼠烫伤模型作为理解热损伤引起的免疫反应的基础。理解中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)和DNases的作用将支持开发新的治疗严重烧伤的手术或药物策略。方法:我们研究了C57BL/6小鼠(n=30),并采用了四种不同热水暴露时间的烫伤方案。还增加了一个观察时间较短的烫伤组,以减少死亡率并研究病理生理的极早期阶段。在24小时或72小时,采集血液,并分析组织(伤口、肝脏、肺、脾脏)中NETs、氧化应激、凋亡、细菌移位和细胞外基质重组的存在。此外,我们分析了肺和肝脏组织的转录组。结果:热水暴露7秒导致显著的全身和局部效应,并引起相当大的晚期死亡率。因此,我们在该组使用24小时的观察时间。为了研究烧伤的后期阶段(72小时),6秒的暴露时间是最佳的。两种条件均导致胶原显著紊乱、氧化应激增加、NET形成(通过免疫检测H3cit、NE、MPO)、凋亡(cC3)以及DNase1和DNase1L3水平的改变。转录组分析揭示了涉及急性期信号、细胞粘附、细胞外基质组织和免疫应答的基因显著改变。结论:我们确定了两种烫伤模型,可以分析早期(24小时)或晚期(72小时)严重烧伤效应,从而产生可重复和标准化的烫伤损伤。该研究阐明了中性粒细胞活性和NETs在烧伤中的重要参与。广泛的转录组分析表征了涉及愈合过程的急性期和组织重塑通路,可能作为未来深入研究的关键基础。关键词:伤口愈合、烧伤、烫伤、细胞外DNA、脓毒症、中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)、细菌移位。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
优化小鼠烫伤模型以研究严重烧伤的早期和晚期效应,并阐明中性粒细胞和中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)在烧伤中的作用。
核心机制
烫伤诱导全身和局部炎症反应,导致中性粒细胞激活、NET形成(H3cit、MPO、NE增加)、氧化应激(MDA增加、GPx降低)、凋亡(cC3上调)以及DNase1和DNase1L3表达改变,从而造成组织损伤和可能的血管阻塞。
主要证据
通过组织学、免疫荧光、ELISA和转录组测序,在6秒和7秒烫伤模型中观察到NET标记物、氧化应激、凋亡、胶原重排和基因表达变化。
研究意义
该模型为研究烧伤早期病理生理机制和开发新的治疗策略提供了基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立小鼠烫伤模型

确定最佳烫伤暴露时间以产生可重复的标准化烫伤损伤,并评估不同时间点的存活率。

将C57BL/6小鼠置于热水中进行不同时间(4、6、7、10秒)的烫伤,并在24或72小时后分析。

2

评估组织病理学变化

评估烫伤后皮肤、肝脏、肺和脾脏的组织学改变。

通过H&E、Masson Goldner三色、天狼星红染色和偏振光显微镜分析组织病理学变化。

3

检测凋亡和NET形成

通过凋亡标志物和NET形成标志物评估烫伤后的细胞损伤。

通过免疫组化检测cC3,通过免疫荧光检测H3cit、MPO、DNase1、DNase1L3。

4

测量全身炎症和氧化应激标志物

评估系统性炎症和氧化应激反应。

使用ELISA测量cfDNA、DNase1、NE、nucleosome、MDA、GPx、LPS水平。

5

分析细菌移位

评估烫伤后细菌移位情况。

培养伤口、肝、肺组织匀浆,计算CFU并鉴定菌种。

6

转录组测序

分析肺和肝组织的基因表达变化,识别相关通路。

对7秒烫伤24小时小鼠的肺和肝组织进行RNA-seq,并分析差异表达基因和通路富集。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
异氟烷Baxter--
重组G-CSFChugai Pharmaceuticals--
Precellys裂解试剂盒Bertin Industries--
哥伦比亚琼脂+5%绵羊血Biomerieux--
哥伦比亚CNA琼脂+5%绵羊血琼脂平板Biomerieux--
假单胞菌分离琼脂BD--
DNBSEQ测序平台----
谷胱甘肽过氧化物酶检测试剂盒Cayman Chemical--
丙二醛检测试剂盒Sigma-Aldrich--
小鼠LPS ELISA试剂盒Biomatik--
细胞死亡检测ELISA试剂盒Roche--
DNase1 ELISAMyBioSource--
ELANE ELISA试剂盒Boster Biological Technology--
cleaved caspase-3抗体R&D SystemsAF835
UltraView通用DAB检测试剂盒Roche--
MaxBlock自发荧光减少试剂Max Vision Biosciences--
Dako抗原修复液柠檬酸盐pH6Agilent--
驴血清封闭液BioGenex--
抗小鼠H3cit抗体AbcamAB219406
山羊抗小鼠MPO抗体R&D SystemsAF3667
山羊IgG抗体R&D SystemsAB108C
重组兔IgG抗体AbcamAB172730
Cy3 AffiniPure驴抗山羊IgGJackson ImmunoResearch705-165-14
Alexa Fluor 647 AffiniPure驴抗兔IgGJackson ImmunoResearch711-605-152
DAPI溶液Invitrogen--
Fluoromount-G封片剂Southern Biotech--
DNase-1多克隆抗体BiossBS-7651R
DNase-1L3多克隆抗体BiossBS-7653R
兔IgGAbcamAB37415
驴抗兔IgG Alexa Fluor 647AbcamAB150075
组织破碎仪Qiagen--
奥林巴斯BX60显微镜Olympus--
蔡司Observer Z1荧光显微镜Carl Zeiss Microscopy--
MALDI BiotyperBruker--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
烫伤模型建立
热水温度(98°C)、暴露时间(7秒或6秒)、小鼠品系(C57BL/6)、年龄(8周)、性别(雄性)、体重(约20g)、TBSA暴露面积(2.5cm x 5cm)、麻醉和镇痛方案、G-CSF处理剂量和时间
阅读提示:Materials and methods: Animal procedures
样本收集
观察时间(24h或72h)、组织采集(伤口、肝、肺、脾)、血液采集方式(心脏穿刺)、样本保存条件(液氮或-80°C、固定液)
阅读提示:Materials and methods: Sample preparation
NETs和细胞死亡检测
用于NET检测的抗体(H3cit、MPO)和凋亡标记物(cC3)的稀释度、孵育时间、抗原修复液和条件、DAPI复染时间、半定量评分标准
阅读提示:Materials and methods: Immunofluorescence staining (H3cit, MPO) and Immunohistochemical staining (cC3)
氧化应激检测
MDA和GPx检测的组织类型(肝、肺、脾)、组织量(10mg)、匀浆液量、试剂盒品牌和测定步骤
阅读提示:Materials and methods: Glutathione peroxidase assay and Malondialdehyde assay
细菌移位
组织匀浆方法(Precellys)、稀释倍数(1:5和1:100)、培养基类型(COS、CNA、假单胞菌分离琼脂)、培养时间(48小时)、菌落计数方法
阅读提示:Materials and methods: Bacterial translocation
血浆标志物检测
血液收集和离心条件(2000g,21°C,10分钟)、ELISA试剂盒(LPS、DNase1、NE、nucleosome)、cfDNA荧光测定稀释度(1:20)和标准曲线范围
阅读提示:Materials and methods: ELISAs and Circulating free DNA assay
转录组分析
组织类型(肺和肝)、RNA提取方法(商品化服务)、测序平台(DNBSEQ)、差异表达阈值(FDR≤0.1,|log2FC|≥1)、通路富集方法
阅读提示:Materials and methods: Transcriptome sequencing and statistics
胶原组织分析
天狼星红染色试剂盒(Abcam AB150681)、偏振光显微镜、ImageJ OrientationJ插件、半定量评分方法
阅读提示:Materials and methods: Picro sirius red staining and analysis of collagen composition and orientation