M2 表型小胶质细胞来源的细胞因子刺激缺血脑中内源性干细胞的增殖和神经元分化

M2 Phenotype Microglia-derived Cytokine Stimulates Proliferation and Neuronal Differentiation of Endogenous Stem Cells in Ischemic Brain.

作者信息Ja Yong Choi, Jong Youl Kim, Jae Young Kim, Joohyun Park, Won Taek Lee, Jong Eun Lee
PMID28243165
发布时间2017-02
DOI10.5607/en.2017.26.1.33

实验完整度

高

包含体外细胞极化、离体脑片培养、免疫组化、RT-PCR、ELISA 及中和抗体功能验证,多层级证据链完整。

主要模型

BV2 小胶质细胞系 小鼠短暂大脑中动脉阻塞(tMCAO)模型 离体脑片培养(含 SVZ)

重点核对

BV2 细胞经 LPS(20 ng/ml)或 IL-4(20 ng/ml)处理 72 小时诱导 M1/M2 极化 tMCAO 模型:雄性 ICR 小鼠,阻塞 1 小时,再灌注 6 小时后取脑 脑片培养于 M0、M1、M2 条件培养基中 3 天 TGF-α 中和抗体(0.2 ng/ml)处理 M2 条件培养基

摘要

小胶质细胞在缺血性中风引起的免疫反应和炎症反应中起关键作用。激活的小胶质细胞在受损脑组织中促进神经元损伤或保护。细胞外信号使小胶质细胞向 M1/M2 表型极化。M1/M2 表型小胶质细胞释放促炎和抗炎细胞因子,这些细胞因子诱导神经干/祖细胞(NSPCs)的激活。在本研究中,我们研究了小胶质细胞释放的细胞因子如何影响 NSPCs 的激活。首先,我们用脂多糖(LPS;20 ng/ml)处理 BV2 细胞以诱导 M1 表型小胶质细胞,用白介素-4(IL-4;20 ng/ml)处理 BV2 细胞以诱导 M2 表型小胶质细胞。小鼠经受 1 小时的短暂大脑中动脉阻塞(tMCAO)。在离体实验中,含有脑室下区(SVZ)的脑切片在 M1 和 M2 表型条件培养基中培养 3 天。我们通过 RT-PCR 和 ELISA 检测了条件培养基中细胞因子的表达。M2 表型小胶质细胞条件培养基在缺血性中风后促进了同侧 SVZ 中 NSPCs 的增殖和神经分化。RT-PCR 和 ELISA 结果显示,M2 表型小胶质细胞条件培养基中 TGF-α mRNA 的表达显著升高。这些数据支持 M2 表型小胶质细胞来源的 TGF-α 是增强缺血性中风后 NSPCs 增殖和神经元分化的关键因素之一。

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
M1/M2 表型小胶质细胞释放的细胞因子如何影响缺血性脑卒中后 SVZ 中神经干/祖细胞(NSPCs)的激活?
核心机制
M2 表型小胶质细胞通过释放 TGF-α,激活 SVZ-NSPCs 的增殖和神经发生(neurogenesis),但对神经元分化和少突胶质细胞分化无显著影响。
主要证据
离体脑片培养中,M2 条件培养基显著增加 Ki67+/BrdU+ 和 DCX+/BrdU+ 细胞数量;RT-PCR 和 ELISA 显示 TGF-α 在 M2 条件培养基中显著升高;TGF-α 中和抗体显著抑制增殖(1.6 倍)和神经发生(1.8 倍)。
研究意义
首次报道小胶质细胞来源的 TGF-α 在缺血性卒中后 SVZ-NSPCs 的增殖和神经发生中发挥作用,并参与神经功能恢复,提示小胶质细胞来源的细胞因子在神经发生相关脑损伤中值得进一步研究。

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

BV2 小胶质细胞极化

建立 M1 和 M2 表型小胶质细胞模型,并收集条件培养基。

BV2 细胞用 LPS(20 ng/ml)或 IL-4(20 ng/ml)处理 72 小时,收集 M1/M2 条件培养基,血清-free RPMI-1640 作为 M0 对照。

2

缺血模型及离体脑片培养

模拟缺血性脑卒中后的 SVZ 微环境,评估条件培养基对 NSPCs 的影响。

成年雄性 ICR 小鼠进行 tMCAO 1 小时,再灌注 6 小时后取脑,制作含 SVZ 的冠状脑片(200 µm),在 M0、M1、M2 条件培养基中培养 72 小时。

3

SVZ-NSPCs 增殖检测

检测 M2 条件培养基是否促进 SVZ-NSPCs 的增殖。

免疫组化检测 Ki67+/BrdU+ 双阳性细胞数量。

4

SVZ-NSPCs 分化检测

检测 M2 条件培养基对神经发生、神经元分化和少突胶质细胞分化的影响。

免疫组化检测 DCX+/BrdU+(神经祖细胞/迁移成神经细胞)、NeuN+/BrdU+(成熟神经元)和 Olig2+/BrdU+(少突胶质细胞)细胞数量。

5

关键细胞因子鉴定

鉴定 M2 条件培养基中促进 NSPCs 激活的关键细胞因子。

RT-PCR 检测 IL-10 和 TGF-α mRNA 表达,ELISA 定量 TGF-α 浓度。

6

TGF-α 功能验证

验证 TGF-α 在 NSPCs 增殖和神经发生中的作用。

在 M2 条件培养基中加入 TGF-α 中和抗体(0.2 ng/ml),检测 Ki67+/BrdU+、DCX+/BrdU+、NeuN+/BrdU+ 和 Olig2+/BrdU+ 细胞数量变化。

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
RPMI-1640 培养基Thermo Scientific--
胎牛血清Thermo Scientific--
青霉素/链霉素Thermo Scientific--
脂多糖Sigma-Aldrich--
白介素-4Cell Signaling Technology--
TGF-α 抗体----
5-溴-2′-脱氧尿苷Sigma-Aldrich--
抗 CD68 抗体Santa Cruz--
抗 CD206 抗体Santa Cruz--
Alexa-488 驴抗兔二抗Santa Cruz--
Alexa-594 驴抗山羊二抗Santa Cruz--
DAPI(4′,6-二脒基-2-苯基吲哚)Invitrogen--
低熔点琼脂糖----
人工脑脊液----
细胞培养插入小室(0.4 µm)FALCON--
抗 Ki67 抗体Abcam--
抗 BrdU 抗体Thermo Scientific--
抗 DCX 抗体Abcam--
抗 NeuN 抗体Abcam--
抗 Olig2 抗体Abcam--
LSM 700 共聚焦显微镜Carl Zeiss--
TRIzol 试剂Invitrogen--
SuperScript III 一步法 RT-PCR 系统(含 Platinum Taq DNA 聚合酶)Invitrogen--
小鼠 TGF-α ELISA 试剂盒ElabscienceE-EL-M1190

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
BV2 细胞极化
LPS 和 IL-4 浓度、处理时间、条件培养基收集方式
阅读提示:材料与方法:BV2 cell culture
动物模型
小鼠品系、周龄、性别、tMCAO 手术细节(阻塞时间、再灌注时间)
阅读提示:材料与方法:Experimental animals 和 Transient middle cerebral artery occlusion
离体脑片培养
脑片厚度、培养时间、条件培养基类型
阅读提示:材料与方法:Organotypic cultures of nervous tissue
免疫组化分析
一抗和二抗的稀释比例、孵育时间、显微镜类型
阅读提示:材料与方法:Immunohistochemistry
TGF-α 中和实验
TGF-α 抗体浓度、处理时间
阅读提示:材料与方法:BV2 cell culture 及结果部分图 5 注释
细胞因子检测
RT-PCR 引物序列、循环条件、ELISA 试剂盒货号
阅读提示:材料与方法:Reverse transcription polymerase chain reaction 和 ELISA assay