TNF转基因小鼠淋巴管内及周围不同的肥大细胞亚群调节淋巴流动和炎症-侵蚀性关节炎的进展

Distinct mast cell subpopulations within and around lymphatic vessels regulate lymph flow and progression of inflammatory-erosive arthritis in TNF-transgenic mice.

作者信息Yue Peng, H Mark Kenney, Karen L de Mesy Bentley, Lianping Xing, Christopher T Ritchlin, Edward M Schwarz
PMID38155962
发布时间2023-12-14
DOI10.3389/fimmu.2023.1275871

实验完整度

研究包含肥大细胞表型鉴定(全组织免疫荧光、组化、SEM)、功能性淋巴引流检测、遗传(cKit-/-)和药物(色甘酸钠)干预、μCT和组织学评估多个独立证据层级,并具备功能验证和机制探讨。

主要模型

TNF-tg小鼠(炎症-侵蚀性关节炎模型) cKit-/-肥大细胞缺陷小鼠 TNF-tg x cKit-/-双转基因小鼠 WT(C57BL/6)对照小鼠

重点核对

小鼠品系:TNF-tg(3647系)、cKit-/-(B6.Cg-KitW-sh/HNihrJaeBsmJ)、TNF-tg x cKit-/-杂交 小鼠月龄:4-5月龄(遗传实验)或4月龄(药物实验) 药物处理:色甘酸钠(CS)3.15mg/kg/天,腹腔注射,连续3周 淋巴清除率评估:近红外吲哚菁绿(ICG)成像,计算6小时清除率 组织学染色:甲苯胺蓝-快绿(TBFG)染色鉴定肥大细胞

摘要

目的:炎症-侵蚀性关节炎因关节引流腘窝淋巴管(PLV)功能障碍而加重。滑膜肥大细胞在类风湿关节炎(RA)中已知具有促炎作用。在其他情况下,它们具有抗炎和组织修复作用。在此,我们阐明了肥大细胞在肿瘤坏死因子转基因(TNF-tg)小鼠中对PLV功能和炎症-侵蚀性关节炎的作用,该小鼠表现出与疾病进展相一致的PLV缺陷。方法:采用全组织免疫荧光显微镜、甲苯胺蓝染色组织学、扫描电子显微镜和计算机模拟生物信息学对PLV肥大细胞进行表型分析和定量。通过μCT评估踝骨骨体积,相应的组织学定量滑膜炎和破骨细胞。近红外吲哚菁绿成像测量淋巴清除率作为PLV引流功能的指标。通过比较4.5月龄WT、TNF-tg、肥大细胞缺陷KitW-sh/W-sh(cKit-/-)和TNF-tg x cKit-/-小鼠评估遗传性MC耗竭的影响。通过用安慰剂或色甘酸钠(3.15mg/kg/天)治疗TNF-tg小鼠3周来评估肥大细胞的药理学抑制。结果:PLV被MCT+/MCPT1+/MCPT4+肥大细胞包围,其在TNF-tg小鼠中的数量增加了2.8倍。血管周围脱颗粒肥大细胞的百分比与ICG清除率呈负相关。在PLV结构内嵌入了MCT+/MCPT1-/MCPT4-肥大细胞群。计算机模拟单细胞RNA测序(scRNAseq)分析鉴定出PLV相关肥大细胞群(标记基因:Mcpt4、Cma1、Cpa3、Tpsb2、Kit、Fcer1a和Gata2),其具有增强的TGFβ相关信号传导,与Mouse Cell Atlas中已知的MC亚群表型不同。cKit-/-小鼠比TNF-tg小鼠具有更严重的淋巴缺陷,TNF-tg x cKit-/-与TNF-Tg小鼠相比,淋巴功能障碍和炎症-侵蚀性关节炎加重。色甘酸钠治疗稳定了PLV肥大细胞,增加了TNF诱导的骨丢失、滑膜炎和破骨细胞,并降低了ICG清除率。结论:肥大细胞是正常淋巴功能所必需的。遗传性消融和药理学抑制肥大细胞会加重TNF诱导的炎症-侵蚀性关节炎,并降低淋巴清除率。总之,这些发现支持活化/脱颗粒的PLV周围肥大细胞在关节炎进展过程中的炎症作用,以及PLV内肥大细胞的稳态作用,其中后者缺失主要继发于关节引流淋巴缺陷而加重关节炎,需要研究特定的细胞机制。

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
探究肥大细胞对TNF-tg小鼠腘窝淋巴管功能及炎症-侵蚀性关节炎进展的作用。
核心机制
肥大细胞通过脱颗粒释放炎症介质(如组胺)调节淋巴管收缩性,其中血管周围肥大细胞促炎,而血管内肥大细胞起稳态保护作用。
主要证据
遗传性肥大细胞缺失(cKit-/-)或药物抑制(色甘酸钠)导致淋巴清除率降低,加重关节炎,同时观察到脱颗粒肥大细胞比例与ICG清除率呈负相关。
研究意义
提示肥大细胞对维持正常淋巴功能至关重要,其亚群可能在关节炎中发挥双重作用,需进一步研究特定细胞机制。

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

表型鉴定PLV肥大细胞

验证PLV周围细胞是否为肥大细胞并区分亚群。

通过全组织免疫荧光显微镜(WMIFM)、甲苯胺蓝-快绿染色、扫描电子显微镜(SEM)及单细胞RNA测序分析,鉴定肥大细胞的存在和亚群。

2

评估淋巴引流功能

检测肥大细胞状态与PLV功能的关系。

对WT和TNF-tg小鼠进行近红外ICG成像,计算淋巴清除率,并与组织学分析的脱颗粒肥大细胞比例进行回归分析。

3

遗传性肥大细胞缺失实验

验证肥大细胞缺失对淋巴功能和关节炎的影响。

比较WT、cKit-/-、TNF-tg和TNF-tg x cKit-/-小鼠的淋巴功能、骨侵蚀、滑膜炎和破骨细胞。

4

药物抑制肥大细胞实验

验证药理学抑制肥大细胞脱颗粒对关节炎的影响。

4月龄雌性TNF-tg小鼠随机分配至色甘酸钠或安慰剂(PBS)治疗3周,评估淋巴功能、骨侵蚀和组织学。

5

鉴定血管内肥大细胞亚群

确认PLV内存在独特的肥大细胞群体。

通过组织学和WMIFM观察PLV壁内MCT+细胞,并比较其MCPT表达与周围细胞的不同。

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
ProLong Gold抗淬灭封片剂ThermoFisher ScientificP36930
NucBlue活细胞核染色试剂ThermoFisher ScientificR37605
正常山羊血清ThermoFisher Scientific50062Z
Triton X-100BioRad1706435
小鼠抗αSMA抗体(AlexaFluor 488偶联)ThermoFisher Scientific53-9760-82
小鼠IgG2b同型对照(AlexaFluor 555)ThermoFisher ScientificA-21428
兔抗人肥大细胞类胰蛋白酶IgGBioss AntibodiesBSM-52533R
大鼠抗小鼠Mcpt-1 IgG1ThermoFisher Scientific14-5503-80
山羊抗小鼠Mcpt-4多克隆抗体ThermoFisher ScientificPA5-142454
兔抗人CMA1(Mcpt-5) IgGThermoFisher ScientificPA5-79053
兔抗小鼠胰凝乳蛋白酶抗体Abcamab233103
抗兔IgG(H+L)F(ab')2片段(Alexa Fluor 555偶联)Cell Signaling Technology4413
F(ab')2驴抗大鼠IgG(Alexa Fluor 647偶联)Jackson ImmunoResearch Inc712-606-153
F(ab')2兔抗山羊IgG(Alexa Fluor 647偶联)Jackson ImmunoResearch Inc305-606-006
焦亚硫酸钾----
甲苯胺蓝----
固绿----
VS120玻片扫描仪Olympus--
蔡司Auriga FE扫描电子显微镜Zeiss--
IVIS活体动物成像系统Caliper Life Sciences Inc.--
VivaCT 40Scanco Medical--
Visiopharm----
Amira软件ThermoFisher Scientificversion 4.6.0
色甘酸钠----

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
动物模型
小鼠品系:TNF-tg(3647系)、cKit-/-(B6.Cg-KitW-sh/HNihrJaeBsmJ)、杂交产生TNF-tg x cKit-/-;年龄4-5月龄;性别雄性(遗传实验)或雌性(药物实验)
阅读提示:Materials and Methods: Mouse models
肥大细胞表型鉴定
PLV组织处理、抗体浓度和稀释度(MCT 1:100,MCPT1 1:20,MCPT4 1:100,MCPT5 1:50);染色步骤和试齐(TBFG)
阅读提示:Materials and Methods: Whole mount immunofluorescent microscopy, Histochemistry
淋巴功能评估
ICG浓度(0.1mg/ml)、注射体积(10μl)、给药途径(皮下)、成像时间点(1h和6h)
阅读提示:Materials and Methods: Near infrared-indocyanine imaging
药物处理
色甘酸钠剂量(3.15mg/kg/天)、给药途径(腹腔注射)、持续时间(3周)
阅读提示:Materials and Methods: Cromolyn sodium treatment
骨形态测量
μCT扫描参数(55kV,145μA,300ms积分时间,分辨率17.5μm);组织学染色(H&E、TRAP)和定量方法
阅读提示:Materials and Methods: Micro-CT quantification, Histochemistry