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巨噬细胞工具鼠推荐


巨噬细胞是免疫系统的重要组成细胞之一,正如《工作细胞》中演示的女仆装妹子,强大也温柔。作为“清道夫”,巨噬细胞可通过吞噬细胞残片、细胞代谢物,消化病原体,清除有害物质;作为“哨兵”,巨噬细胞可通过细胞因子等信号弹提醒其它免疫细胞“有敌入侵,准备战斗”;作为“一线的战士”,巨噬细胞可以感受微环境的变化,响应器官需求,维持体内平衡。

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图1 《工作细胞》中的巨噬细胞(引自https://clickme.net/43968)


正因为巨噬细胞参与机体的众多调控环节,普遍存在于机体的所有组织中,当其出现异常时,将引起众多疾病的发生发展,例如在肿瘤发生时,肿瘤组织中的巨噬细胞(tumor-associated macrophage,TAM)由免疫活化状态转向免疫抑制状态,变相促进肿瘤生长。

如何逆转巨噬细胞的失调,让它为疾病的治疗服务,是转化医学的重要课题。搞清巨噬细胞的起源跟分类,进而利用不同巨噬细胞的特有标志基因(marker gene)构建相应的工具小鼠,可以大大方便我们的研究。


巨噬细胞的起源和分类

根据目前的研究发现,巨噬细胞主要起源于至少4个不同的组织。单核吞噬系统的巨噬细胞,起源于骨髓干细胞,经历粒-单核祖细胞、前单核细胞和成熟单核细胞,进入组织中分化为巨噬细胞,这类巨噬细胞表达F4/80,在成熟阶段发育为Ly6C+单核细胞。第二类巨噬细胞来自卵黄囊时期,主要存在于肝、脾、肺、脑、胰腺和肾等组织。第三类巨噬细胞来源于胎肝,如朗格汉斯细胞。第四类巨噬细胞可能来源于髓外造血,尤其是脾脏。


根据巨噬细胞定居的组织不同,可将其分为肝脏中的Kupffer细胞、脑中的小胶质细胞、骨组织中的破骨细胞等,不同组织的巨噬细胞具有不同的marker 基因,因此需要选择不同的工具鼠。例如肝脏Kupffer细胞特异性cre小鼠通常选择Clec4f-Cre,而破骨细胞特异性cre小鼠通常选择Ctsk-cre。

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图2 巨噬细胞的起源和分类(引自Targeting macrophages in cancer immunotherapy)

此外,根据巨噬细胞在炎症反应中的功能和活化程度可分为两个亚型:促炎的M1巨噬细胞和抗炎的M2巨噬细胞。通过不同的细胞因子组合可诱导巨噬细胞向M1型或者向M2型转化。正如前文所说,TAM多维持免疫抑制的状态,具有M2型巨噬细胞的表型和功能。然而也有证据表明TAM具有可塑性,可以在IFNγ等因子的作用下诱导TAM的M1极化,促进抗肿瘤发生。目前,巨噬细胞极化的机制仍不清晰,通过在巨噬细胞中进行相关机制的探索,将有助于肿瘤等疾病的治疗。

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图3 肿瘤微环境中的巨噬细胞具有可塑性[1]


巨噬细胞工具小鼠

巨噬细胞工具鼠主要分为3类:Cre工具鼠,荧光报告工具鼠和DTR工具鼠。这三类鼠广泛应用在探索巨噬细胞起源,极化和细胞互作等方面,均大大促进了巨噬细胞生物学研究进程。

Cre工具鼠

Cre工具鼠是通过在小鼠marker基因位点敲入Cre/CreERT2或者Dre/DreERT2元件构建而成。Cre工具鼠跟特定的flox小鼠交配,可以实现在巨噬细胞中敲除或者敲入目的基因,完成对基因在巨噬细胞中的功能研究。例如最近中山大学宋尔卫/苏士成组就通过使用Csf1r-cre鼠与IRENA-CKO鼠交配,获得在巨噬细胞中敲除IRENA lncRNA 的敲除小鼠,验证了IRENA在肿瘤巨噬细胞促肿瘤过程中的作用,提供了一个潜在治疗靶点。

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图4 巨噬细胞中特异敲除IRENA后增加了肿瘤组织的化疗敏感性[2]

此外,Cre工具鼠也可以通过与荧光报告工具鼠交配,实现谱系示踪的目的。例如Christian Schulz等利用组成性表达Cre的Csf1r-cre鼠及诱导性表达Cre的Csf1r-MeriCreMer与Rosa26-LSL-YFP小鼠交配,获得在Csf1r基因表达的细胞中表达YFP荧光蛋白的小鼠,从而对Csf1r+细胞进行追踪,发现组织定居巨噬细胞起源于卵黄囊来源的Csf1r+细胞。

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图5 组织定居巨噬细胞起源于卵黄囊来源的Csf1r+细胞[3]

南模生物可提供巨噬细胞相关的各类cre工具鼠模型供研究者使用,如表1所示。

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表1. 巨噬细胞Cre工具鼠


荧光报告工具鼠

荧光报告工具鼠是通过在小鼠marker基因处敲入报告基因构建而成,可以达到在体内标记巨噬细胞的目的。例如,Juan G等通过使用Lyz2-EGFP小鼠,区分中枢神经系统的小胶质细胞和外周血来源的浸润巨噬细胞,发现缺血性脑卒中后小胶质细胞和巨噬细胞在TNF-α,Arg-1和IL-1β等蛋白表达水平上均有较大差异,而两类细胞共同促进了脑部形态修复和再生。

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图6 CD11b+LysM-EGFP+巨噬细胞(箭头)和P2ry12+CD11b+ 小胶质细胞(楔形符号)[4]

南模生物可提供巨噬细胞相关荧光报告工具鼠模型供研究者使用,如表2所示。

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表2. 巨噬细胞荧光报告工具鼠


DTR工具鼠

DTR工具鼠则是在小鼠marker基因位点敲入DTR( diphtheria toxin receptor,白喉毒素受体)。当巨噬细胞表达DTR时,白喉毒素的注射将使细胞死亡,从而达到剔除巨噬细胞的目的。因此,DTR工具鼠可以用来研究巨噬细胞在免疫系统中的作用。Borthwick等通过构建CD11b-DTR和CD11c-DTR鼠,证明了在受感染的组织内,是巨噬细胞的剔除造成了2型炎症反应的减弱,而不是树突细胞,究其机制,是因为巨噬细胞剔除后损伤了 CD4+ T 辅助型 2类 (Th2) 细胞归巢和活化。

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图7 白喉毒素处理后,CD11b+ F4/80+巨噬细胞数量显著减少[5]

南模生物可提供巨噬细胞相关DTR工具鼠模型供研究者使用,如表3所示。

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表3. 巨噬细胞DTR工具鼠


南模生物深耕基因编辑领域,提供全方位模式生物服务,包括基因修饰成品模型供应、个性化模型定制、饲养繁育、表型分析、药效评价等,满足不同实验室需求。


Reference:

[1] Pathria P, Louis TL, Varner JA. Targeting Tumor-Associated Macrophages in Cancer. Trends Immunol. 2019 Apr;40(4):310-327. doi: 10.1016/j.it.2019.02.003. Epub 2019 Mar 17. PMID: 30890304.

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[6]Shi J, Hua L, Harmer D, Li P, Ren G. Cre Driver Mice Targeting Macrophages. Methods Mol Biol. 2018;1784:263-275. doi: 10.1007/978-1-4939-7837-3_24. PMID: 29761406; PMCID: PMC6331202.

[7]Guillot A, Tacke F. Liver Macrophages: Old Dogmas and New Insights. Hepatol Commun. 2019 Apr 22;3(6):730-743. doi: 10.1002/hep4.1356. PMID: 31168508; PMCID: PMC6545867.




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