上海交通大学学报(医学版) 5l6 Journal of Shanghai Jiaotong University(Medical Science) Vo1.27 No.5 May 2007 文章编号:0258—5898(2007)05—0516—04 基础研究・ 脐血CD34+细胞体外诱导分化为树突状细胞及其扩增 陈雪华。 黎 皓。 俞焙秦。 郑 重。 柯 山。 朱正纲。 顾琴龙。 刘炳亚 (上海交通大学医学院瑞金医院外科上海消化外科研究所,上海200025) 摘 要:目的探索脐血CD34 细胞体外诱导分化为树突状细胞及其扩增、培养大量树突状细胞(DCs)的方法。方法Ficol1分 离脐血单个核细胞,免疫微磁珠法分离纯化CD34 细胞,以rhlL-4、GM.CSF、rhSCF、rhFh.3 Ligand、TGF.p,及TNF.a体外诱导培 养14 d,进行形态学观察、表型检测及上清液IL.12测定。结果体外培养14 d后,细胞呈现典型的成熟DCs形态学及表型特征: 胞体表面粗糙,可见大量突起,高水平表达CD1a、CD11 c、CD40、CD80、CD83、CD86和MHC I1类分子;同时,IL.12浓度随着培养 时间的增加而升高,且在加入TNF-d刺激成熟后,IL.12浓度较未成熟时显著升高(P<0.05)。结论体外联合运用rhlL-4、GM. CSF、rhSCF、rhFh-3Ligand、TGF-311、TNF-d,能够成功诱导脐血CD34 细胞分化为大量活力好的DCs。 关键词:树突状细胞;脐血;CD34;诱导;扩增 中图分类号:Q813 文献标志码:A Induction and ampliication of dendritfic cells derived from cord blood CD34 cells in vitro CHEN Xue—hua,LI HaD,Yu Bei-qin,ZHENG Zhong,KE Shan,ZHU Zheng-gang,GU Qin—long,LIU Bing-ya (Department of Surgery,Shanghai Institute of D噜estive SurgeD",Ruijin Hospital,School of Medicine,Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200025,China) Abstract: Objective To investigate the induction and amplification of dendritic cells derived from cord blood CD34 cells in vitro and establish an effective culture system for dendritic cells. Methods Core blood mononuclear cells were isolated by Ficol1.CD34 cells were purified from mononuclear cells by MACS and then cultured in a complete medium containing rhlL-4,GM-CSF,rhSCF,rhFh-3 Lig- and,TGF-pl and TNF-d.After 14 d of incubation,the morphology of the cells was observed,the phonotype was examined and the IL-12 level in the medium was measured. Results DCs exhibited typical morphology and phonotype after 14 d.The surface of the cell body was rough with a large number of prominence,and CD1 a,CD1 1 c,CD40,CD80,CD83,CD86 and MHC I1 molecule were in high—level expression.Meanwhile,the level of IL-12 rised with the time of culture,and was significantly increased in the cell mature state after cul- ture with TNF-d compared with that in the cell immature state(P<0.05). Conclusion The in vitro culture system with a combina- tion of cytokines,such as rhlL-4,GM-CSF,rhSCF,rhFlt一3Ligand,TGF—B1 and TNF-d can effectively induce cord blood CD34 cells to differentiate into dendritic cells. Key words:dendritic cell; cord blood; CD34; induction; amplification 树突状细胞(dendritic cells,DCs)是目前所知功 研究采用脐血微磁珠法分离纯化CD34 细胞,探索 体外细胞因子诱导分化和培养大量DCs的方法,为 今后DCs在临床上的应用提供实验基础。 1材料与方法 1.1 材料 能最强大的专职抗原递呈细胞(antigen presenting cell,APC),也是唯一能够激活未致敏T细胞的细胞, 它在发起和放大天然和获得性免疫应答方面发挥着 至关重要的作用 。更有研究 表明脐血来源 的DCs本身就能杀伤肿瘤细胞,因而无论是在机体 免疫机制的研究还是应用于免疫治疗,DCs一直是研 究的热点,特别是它在肿瘤免疫中的重要地位越来 越受到重视 。 。如何获得大量的活力好的DCs也 就成为研究的关键。如今,比较多的研究者采用外 1.1.1脐血:新鲜脐血30~40 mL,来源于上海交通 大学医学院附属国际妇婴保健院顺产后6 h内的孕 妇,每份脐血中加入浓度为25 U/mL的肝素钠PBS 溶液5 mL进行抗凝处理。 周血单个核细胞体外诱导分化的方法培养DCs , 其优点是标本来源充足,培养步骤简单、经济,但是, 最终收获的DCs数量较少且活力和纯度都不高。本 1.1.2 主要试剂:Ficoll淋巴细胞分离液(上海华精 生物高科技有限公司,上海);direct CD34 progenitor cell isolation kit(Mihenyi Biotec,德国);胎牛血清(杭 基金项目:国家自然科学基金(3Ol7O9l5、30570828、30670939)(National Nature Science Foundation of China,30170915,30570828,30670939)。 作者简介:陈雪华(1956一),女,上海人,副主任技师;电子信箱:xhchensh@yahoo.corn.ca。 通讯作者:刘炳亚,电子信箱:Liubyo@yahoo.eom.ell。 维普资讯 http://www.cqvip.com
陈雪华,等:脐血CD34 细胞体外诱导分化为树突状细胞及其扩增 州四季青生物工程材料有限公司,杭州);IMDM培养 液(吉诺生物医药技术有限公司,上海);Human IL一 1 2/IL一23 p40 Quantikine ELISA Kit(R&D Systems, 镀膜,扫描电镜观察。②透射电镜观察:收集培养第 14 d的DCs,PBS洗涤后,加入2.5%戊二醛磷酸缓 冲液固定2 h,漂洗,再加入1%锇酸固定1 h。漂洗, 乙醇梯度脱水,环氧丙烷浸透30 min,包埋剂浸透过 夜,60℃加温聚合24~36 h,500 nm半薄切片定位。 再超薄切片成50 nm。醋酸铀和枸橼酸铅双重电子染 Inc.公司,美国);荧光单抗:CD1 a—FITC、CD11 c—PE、 CD40一FITC、CD80一FITC、CD83一FITC、CD86一FITC、 HLA—DR—CY5(BD pharmingen公司,美国);细胞因 子:rhIL-4、TNF—d、GM.CSF、rhSCF、rhFit.3 Ligand、 TGF-131(R&D Systems,Inc.公司,美国)。 1.2 方法 1.2.1 脐血CD34 细胞的分选:新鲜抗凝脐血经 0.5%BSA—PBS-EDTA缓冲液按1:3稀释后,用等体 积的Ficoll淋巴细胞分离液密度梯度离心分离脐血 单个核细胞,并用2.5%冰醋酸溶液计数。根据单 个核细胞计数结果,每1×10 个单个核细胞加入 0.1 mL FcR封闭试剂。轻柔混匀,再加入0.1 mL CD34 微磁珠,轻柔混匀,4 oC孵育30 min,采用Midi MACs磁珠分选仪(Milieny Biotech公司,德国),经磁 性细胞分离柱分选,收集CD34 细胞,并用2%锥蓝 蓝染液计数。 1.2.2 CD34 细胞诱导分化DCs:DCs培养液的配 制:在15%FBS.IMDM培养液中,加入适量细胞因 子,终浓度为rhlL-4 50 ng/mL、GM-CSF 100 ng/mL、 rhSCF 100 ng/mL、rhFlt一3 Ligand 100 ng/mL、TGF—pl 5 ng/mL。根据CD34 细胞计数结果,加入适量培养 液,混匀,以每孑L 1×10 /mL培养液为标准,将细胞 悬液均分入12孑L培养板中,置37℃,5%CO:培养箱 内培养11 d,采用DCs培养液3—4 d半量换液;培养 至第12 d,在DCs培养液中加入TNF—d达到终浓度 50 ng/mL。培养至第14 d。于培养的第6、9、12、14 d, 收集细胞培养液上清,一80℃保存,待测细胞因子。 1.2.3 细胞活力检测:收集培养的细胞,计数,加 PBS缓冲液稀释至5×10 /mL,混匀,制成细胞悬液。 取9滴细胞悬液移入小试管,加入0.4%锥蓝染液, 混匀。加入计数板,在3 min内分别计数活细胞和死 细胞共200个(死细胞被染成淡蓝色,而活细胞拒 染),根据公式计算细胞活力。活细胞率=活细胞总 数/(活细胞总数+死细胞总数)×100%。 1.2.4 DCs形态观察:倒置显微镜观察细胞生长情 况。①扫描电镜观察:收集培养至第14 d的DCs, PBS洗涤后,加入0.5%戊二醛磷酸缓冲液,混匀成 细胞悬液,用0.1%多聚赖氨酸溶液包被载玻片,待 形成的多聚赖氨酸阳离子膜尚未干时将细胞悬液滴 加于膜上,静置20 min,再用1%戊二醛磷酸缓冲液 固定4℃1 h,漂洗后1%锇酸固定1 h,乙醇梯度脱 水,标本置于临界点干燥仪内完全干燥后,离子溅射 色,透射电镜观察。 1.2.5 DCs表面分子表达测定:收集细胞,按1× 10。个细胞加荧光标记单抗20 L,在每个试管中加 入相应量的荧光标记单抗,4℃避光孵育30 min,PBS 洗涤,1 500 r/min×5min×2次,最后每管加入0.5% 甲醛PBS溶液0.5 mL固定,流式细胞仪检测(FACs, BD,美国)。 1.2.6 DCs培养液上清IL.12定量测定:采用ELISA 方法。将收集的不同时间点的DCs培养上清,按 ELISA操作说明书进行检测。 1.2.7 统计学处理:所有数据均以x±s表示,应用 SPSS 13.0统计软件进行分析。未成熟组与诱导成熟 组间比较采用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。 2 结 果 2.1 细胞形态学及活力 2.1×10。~9.0×10。个 CD34 细胞经由CD34 磁珠分选,从8.3×10 一 4.1×10 个脐带血单个核细胞中阳性分选出来,得率 为3.03%±1.4%,略高于Rosenzwajg等 的报道。 将CD34 细胞置于含rhlL-4、GM-CSF、rhSCF、rhFlt一3 Ligand、TGF—p.的IMDM培养液中培养至第9 d,细 胞总数达到最高,较培养之初扩增了约18倍,第12 d 在培养液中加入TNF—d,刺激成熟。最终获得的成 熟DCs较培养之初扩增了约9倍,CD1 a DCs纯度 为62.23%±17.68%。倒置显微镜观察细胞生长发 现,培养最初5 d,细胞较小,呈圆形,无突起,散在分 布;以后细胞逐渐变大,并呈现出椭圆形、梭形、星形 或不规则形状,聚集成簇状生长;培养至第7~9 d, 细胞数量增长最为明显,表面出现细胞突起;培养至 第12 d。培养液中加入TNF-d刺激DCs成熟,48 h后 细胞数量有所减少,存留的细胞体积进一步增大,可 见明显的细胞突起(图1)。扫描电镜观察DCs胞体 基本呈圆形或不规则梭形,胞体表面粗糙,可见大量 突起和皱褶,光镜可见的毛刺在电镜下更加清晰,向 四周弯曲伸展。透射电镜下可见胞体表面的突起直 接来自胞质,胞质中线粒体丰富,细胞活力好。另外 经锥蓝染色的细胞活力观察,活细胞均>90%。 2.2细胞表型收集第6、9、12、14 d的细胞进行流 式细胞仪表型测定,在加入TNF-d刺激成熟前,细胞 维普资讯 http://www.cqvip.com
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No.5 陈雪华,等:脐血CD34 细胞体外诱导分化为树突状细胞及其扩增 Biol Blood Marrow Transplant,2006,12(8):855—867. 5l9 的分化并刺激DCs成熟Ⅲ 。 通过对细胞形态学的观察以及各个阶段细胞表 型的检测和分析,显示脐带血造血干细胞体外培养、 诱导分化树突状细胞大致可以分为三个阶段:第一 阶段培养1~6 d(细胞增殖阶段),细胞形态呈小圆 形,没有突起,细胞表型CD1a、CD83、CD40等均呈低 [7]Guo G,Chen S,Zhang J,et a1.Antitumor activity of a fusion of esophageal carcinoma cells with dendritic cells derived from cord blood[J].Vaccine,2005,23(45):5225—5230. [8]Nencioni A,Brossart P.Cellular immunotherapy with dendritic cells in cancer:current status[J].Stem Cells,2004,22(4):501—513. [9]Rosenzwajg M,Canque B,Gluckman JC.Human dendritic cell dif- ferentiation pathway from CD34 hematopoietic precursor cells[J]. Blood,1996,87(2):535—544. 水平表达;第二阶段培养7~11 d(诱导分化阶段), 细胞形态呈不规则状,表面可见突起,细胞表型表达 水平较第一阶段明显提高,具有很强的摄取抗原能 [1O]Elsas AV,Sjoerd H,Carolien E.Peptide-pulsed dendritic cells in- 力,适于基因的转染与抗原刺激;第三阶段培养加入 TNF一仅后,刺激细胞成熟,CD1a和CD83表达显著增 高,呈现典型的成熟DCs的表型,另外共刺激分子 B7—1、B7—2、CD40及黏附分子CD11c等也呈高水平 表达,具有很强的活化未致敏T和B淋巴细胞的功 能,适用于免疫治疗。 IL—l2又称为细胞毒淋巴细胞成熟因子,是抗原 递呈细胞分泌的多效的细胞因子,可以刺激CTL的 增殖和细胞因子的产生,并促进Thl亚型的发生 。 本研究在DCs培养过程中,进行上清液中IL—l2定量 检测,并与DCs表型测定同步进行。上清中IL—l2量 的增长与DCs分化成熟的进程一致,且成熟阶段的 DCs上清液中IL—l2的量较未成熟阶段有显著差异。 IL—l2量的变化也印证了DCs诱导分化的成功。 上述实验结果表明,在适当的细胞因子配伍条 件下,脐血CD34 细胞可在体外诱导分化为大量具 有典型形态、结构和功能的成熟DCs,为用于实验研 究及临床应用提供了可能。 参考文献: [1]Steinman RM.The dendritic cell system and its role in immuneoge’ nicity[J].Annu Rev Immunol,1991,9:271—296. [2]Celia M,Sallusto F,Lanzavecchia A.Origin,maturation and anti- gen presenting function of dendritic cells[J].Curt Opin Immunol, 1997,9(1):10一l6. [3]Shl J,Ikeda K,Fujii N,et a1.Activated human umbilical cord bl0od dendritic cells kill tumor cells without damaging normal hematological progenitor cells[J].Cancer Sci,2005,96(2):127— 133. [4]Liu S,Yu Y,Zhang M,et a1.The involvement of TNF’q related apiptosis.inducing ligand in the enhanced cytotoxivity of IFN’13’sti- mulated human dendritic cells to tumor cells[J].J Immunol,2001, 166(9):5407—54l5. [5] Janjic BM,Lu G,Pimenov A,et a1.Innate direct anticancer effect functi0n 0f human immarure dendritic cells.1.Involvement of an apoptosis.inducing pathway[J].J Immunol,2002,168(4):1823— 1830. [6]Hsu AK,Kerr BM,Jones KL,et a1.RNA loading ofleukemic anti- gens into cord blood derived dendritic cells for immunotherapy[J]. duce tumoricidal cytotoxic T lymphocytes from healthy donors against stable HLA-A0201-binding peptides from the Melan-A/MART-1 self antigen[J]Eur J Immunol,1996,26(8):1683~1689. [1 1]Hart DN.Dendritic cell:unique leukocyte populations which control the primary immune response[J].Blood,1997,90(9):3245— 32R7 [12] Crespo I,Paiva A,Couceiro A,et a1.Immun0phen0ty pjc and func- tional characterization of cord blood dendritic cells[J].Stem Cells Dev,2004,13(1):63—70. [13]Caux C,Dezutter・Dambuyant C,Sehmitt D,et a1.GM—CSF and TNF— alpha cooperate in the generation of dendritic Langerhans cells[J]. Nature,1992,360(6401):258—261. [14]Palucka KA,Taquet N,Sanchez-Chapuis F,et a1.Dendritic cells as the terminal stage of monocyte differentiation[J].J Immunol, 1998,160(9):4587—4595. [15]Strunk D,Rappersberger K,Egger C,et a1.Generation of human dendritic cells/Langerhans cells from circulating CD34 hemato— poietic progenitor cells[J].Blood,1996,87(4):1292—1302. [16] Szabolcs P.Moore MA,Young JW.Expansion of immun0stimulat0ry dendritic cells among the myeloid progeny of human CD34 bone marrow precursors cultured with c—kit ligand,granulocyte’macro’ phage colony-stimulating factor,and TNF—alpha[J].J Immunol, 1995,154(11):5851—5861. [17]Santiago.Schwars F,Rappa DA,Laky K,et a1.Stem cell factor augments tumor necrosis factor—granulocyte—macrophage colony—sti— mulating factor.mediated dendritic cell hematopoiesis[J].Stem Cells,1995,13(2):186—197. [18]Rosenzwajg M,Canque B,Gluckman JC.Human dendritic cell dif- ferentiation pathway from CD34 hematopoietic precursor cells[J]. Blood,1996,87(2):535—544. 『l9]Maliszewski C.Dendritic cells in models of tumor immunity[J]. Role of Flt3 ligand[J].Pathol Biol(Paris),2001,49(6):481— 483. [20]Fisher GM,Iqball S,Knight SC.Gene expression during differentia’ ti0n 0f human dendritic ce11s from cord blood CD34 stem cells[J]. Cytokine.1999,11(2):111—117. [21]Riedl E,Storbl H,Majdic 0,et a1.TGF—beta 1 promotes in vitro generation of dendritic cells by protecting progenitor cells from apop’ tosis『J].J Immunol,1997,158(4):1591—1597. [22]Chen w,Ford MS,Young KJ,et a1.The role and mechanisms of double negative regulatory T cells in the suppression of immune resp0nses[J].Cell Mol Immunol,2004,1(5):328—335. 收稿日期:2006—12—12 本文编辑:周珠风
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