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巨噬细胞及其体内外研究策略

巨噬细胞简介
 
巨噬细胞的发现可追溯到1882年，生物学家 Ellie Metchnikoff 在研究缺乏适应性免疫机制的原始动物时发现，并将这些细胞称为吞噬细胞。巨噬细胞是具有异质性的一群免疫细胞，具有高度可塑性，具有多种功能，包括组织发育和体内平衡、清除细胞碎片、消除病原体和调节炎症反应。不同的诱导信号可激活巨噬细胞改变其自身的形态和生理特征。
图1. 巨噬细胞起源[1]

 

借用辅助性T细胞(Th)的概念，从激活方式上将巨噬细胞激活状态通常被简化为两类：经典激活的巨噬细胞(classically activated macrophages,CAMs或M1)和非经典激活的巨噬细胞(alternatively activated macrophages,AAMs或M2)两大类。M1型巨噬细胞产生促炎症细胞因子，抵抗病原入侵但也造成机体损伤；M2型分泌抗炎症细胞因子，并在组织修复与重建和肿瘤的形成过程中发挥作用。

 

图2. 巨噬细胞的不同表型、细胞表面标记和功能[2]

值得注意的是，巨噬细胞的这两种分型并没有绝对意义上的对立区分，即M1和M2表型并非相互排斥，而是经常共存的，因此不能简单地认为它们是完全不同的巨噬细胞群体。巨噬细胞极化标志物通常在不同分型的巨噬细胞上以不同水平表达，并且不同分型的巨噬细胞在特定条件下能发生相互转化。在体内伤口愈合中，巨噬细胞在早期阶段表现出促炎 M1 分泌谱，高能力呈递抗原、产生白细胞介素IL-12 和IL-23，抑制细胞增殖并造成组织损伤；在后期愈合阶段，巨噬细胞则转变为抗炎 M2 基因表达谱，通过产生血管生成介质，例如转化生长因子-β（TGF-β）、血管内皮生长因子（VEGF）和表皮生长因子（EGF）等，促进炎症消退和伤口愈合。
图3. 组织修复、再生和纤维化中主要巨噬细胞活化表型的机制[3]

 

体外研究

巨噬细胞极化的体外研究，通常使用IFN-γ和LPS等TLR激动剂诱导M1型极化，使用IL-4或IL-13等诱导M2型极化，然后检测基因表达、细胞表面标志物及蛋白质含量和活性的变化。目前人巨噬细胞的体外培养主要分为无限增殖的单核细胞系THP-1来源或者原代分离的单核细胞诱导分化而来。

体内研究

巨噬细胞是体内每个器官中唯一都存在的细胞，存在于表皮、角膜和没有血管的关节内部，其体内生物学研究的重要方法之一是巨噬细胞耗竭。体内巨噬细胞耗竭是一种采用理化或遗传学技术将巨噬细胞去除的方法。这种方法现已广泛用于研究巨噬细胞在动物疾病模型中的作用和免疫病理或炎症损伤机制研究，如炎症性疾病：过敏性哮喘、糖尿病、肥胖、动脉粥样硬化、自身免疫病相关的研究；以及其他领域疾病：肿瘤，病毒相关疾病，组织再生等相关的研究。氯膦酸盐脂质体法是目前最常用的巨噬细胞耗竭方法。
体内巨噬细胞清除剂
 
自从Nico van Rooijen教授利用巨噬细胞的内吞机制，将膜不通透性的氯磷酸（clodronate）带入细胞内，氯磷酸被释放，当达到一定的浓度时可引发巨噬细胞的凋亡，从而达到去除巨噬细胞的目的，成功开发出一款Clodronate Liposomes体内局势细胞清除剂。该试剂作为目前世界上最为成熟，便捷的巨噬细胞清除工具被广泛应用。
图4.巨噬细胞清除原理示意图

产品性质

1 mL脂质体体悬液中所含的氯磷酸大约为5 mg。所用的磷酸盐缓冲液为10 mM Na2HPO4，10 mM Na2HPO4，140 mM NaCl。

 

体内注射方案（仅供参考）

隔日尾静脉注射200 μL clodronate liposome，根据实验要求制定注射日程，通过免疫组化或流式检测巨噬细胞去除效率。

尾静脉注射方法流程

 

  • 将小鼠放在倒扣的饭盒内，从孔口拉出尾巴，小鼠的尾部有2条动脉和3条静脉，2条动脉分别在尾部的背侧面和腹侧面，3条静脉呈品字型分布，一般采用左右两侧的静脉；

  • 将纱布浸泡于约70℃温水中，拿出后包裹尾巴，以达到使尾部血管扩张及软化表皮角质的目的；

  • 行尾部静脉注射时，以左手拇指和食指前后摁住鼠尾，留出约2 cm一段，使皮肤紧张，静脉更为充盈，右手持1 mL针头注射器，使针头与静脉平行(小于30°角)，从尾巴的下1/4处进针，开始注入药物时应缓慢，仔细观察，如果无阻力，无白色皮丘出现，说明已刺入血管，可正式注入药物。

  • 有的实验需连日反复尾静脉注射给药，注射部位应尽可能从尾端开始，按次序向尾根部移动，更换血管位置注射给药。拔出针头后，用棉球按住注射部位轻压1-2 min，止血。

 

注：以上操作方法和剂量使用仅供参考，不同的实验要求需自行设计实验方案或是参考相关文献。

不同组织巨噬细胞清除的实验方法 （仅供参考）

靶向器官/细胞

实验方法

脾脏/红髓区巨噬细胞

单次给药：200 μL/小鼠（静脉注射或腹腔注射）

长期耗竭：第一次给药剂量200 μL/小鼠，之后每隔三天给药200 μL/小鼠

肝脏/Kupffer细胞

单次给药：200 μL/小鼠（静脉注射或腹腔注射）

长期耗竭：第一次给药剂量200 μL/小鼠，之后每隔三天给药200 μL/小鼠

肺/肺泡巨噬细胞

静脉注射（150-200 μL）联合气管或鼻内（50 μL）给药获得最佳效果

淋巴结

注射（100-200 μL）/小鼠，具体给药方式可参考文献

脑/小胶质细胞

脑室脑脊液注射，10 μL/小鼠，50 μL/大鼠

注：本剂量仅供参考，请根据实验需求使用或参考文献。

 

效果展示

参考案例一：
图5.左图是正常小鼠肝脏免疫细胞中Kupffer细胞的比例，右图是注射Clodronate Liposomes 48小时后Kupffer细胞的比例，可以看到Kupffer细胞基本被清除[4]。
 
参考案例二：
图6.上图是小鼠LLC细胞肺癌成瘤实验中正常肿瘤组织中的巨噬细胞（红色荧光），下图是气管灌注Clodronate Liposomes肿瘤组织中的巨噬细胞（红色荧光），可以看出肿瘤中的巨噬细胞基本被清除[5]。
 

相关产品

 

产品名称

货号

规格

Clodronate Liposomes（From Vrije Universiteit Amsterdam）
体内巨噬细胞清除剂（推荐使用阴性对照40338ES08/10）

40337ES08/10

5 mL/10 mL

Control Liposomes（PBS）
体内巨噬细胞清除剂空白脂质体对照

40338ES08/10

5 mL/10 mL
【注】40338体内巨噬细胞清除剂空白脂质体对照是相对于40337体内巨噬细胞清除剂而言的，仅在制备的过程中没有添加氯磷酸的成分，是实验过程中最好的阴性对照。

 

参考文献

[1] Gordon S. Alternative activation of macrophages. Nat Rev Immunol. 2003;3(1):23-35. doi:10.1038/nri978
[2] Wang LX, Zhang SX, Wu HJ, Rong XL, Guo J. M2b macrophage polarization and its roles in diseases. J Leukoc Biol. 2019 Aug;106(2):345-358. doi: 10.1002/JLB.3RU1018-378RR. Epub 2018 Dec 21. PMID: 30576000; PMCID: PMC7379745.
[3] Chu S, Wang J, Gao F. The Application of Chitosan Nanostructures in Stomatology. Molecules. 2021 Oct 19;26(20):6315. doi: 10.3390/molecules26206315. PMID: 34684896; PMCID: PMC8541323.
[4] Guan Z, Ding Y, Liu Y, Zhang Y, Zhao J, Li C, Li Z, Meng S. Extracellular gp96 is a crucial mediator for driving immune hyperactivation and liver damage. Sci Rep. 2020 Jul 28;10(1):12596. doi: 10.1038/s41598-020-69517-7. PMID: 32724151; PMCID: PMC7387550.
[5] Li R, Yang L, Jiang N, Wang F, Zhang P, Zhou R, Zhang J. Activated macrophages are crucial during acute PM2.5 exposure-induced angiogenesis in lung cancer. Oncol Lett. 2020 Jan;19(1):725-734. doi: 10.3892/ol.2019.11133. Epub 2019 Nov 21. PMID: 31897188; PMCID: PMC6924157.

400-6111-883