杨明珍等小鼠CIM CD25 Foxp3 调节性T细胞体外扩增第2期 ・1O9・ doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2012.02.003 小鼠CIM CD25 Foxp3 调节性T细胞体外扩增 杨明珍刘飞宋玲刘蒙夏雷鸣 (安徽医科大学第一附属医院血液科,合肥230022) 中国图书分类号[摘R392.4 文献标识码A 文章编号1000-484X(2012)02-0109-05 要] 目的:本研究旨在探讨CD4 CD25 Foxp3 调节性T细胞体外扩增的方法。方法:采用磁珠分选小鼠CD4 T 细胞,ctCD3单克隆抗体包被24孔板,加入 ̄CD28单克隆抗体、雷帕霉素、rhlL一2,培养3周后,流式细胞仪测定培养细胞中 CD4 CD25 T细胞的含量,实时定量PCR检测CD4 CD25 T细胞Foxp3 mRNA的表达;单向混合淋 巴细胞反应和增殖抑制 试验测定扩增的CIM CD25 T细胞的增殖及其抑制功能;ELISA检测培养上清中IL一10和TGF一311的含量。结果:小鼠CIM T细胞培养3周后,CD4 CD25 T细胞达(76.05 4-2.73)%,高于未加雷帕霉素组(52.17 4-1.36)%(P<0.001),磁珠分选的 CD4 CD25 T细胞Foxp3 mRNA的表达是未加雷帕霉素组的5倍(P<0.001),增殖能力是未加雷帕霉素组的0.29倍(P< 0.001),对CIM T细胞增殖抑制能力是未加雷帕霉素组的3.6倍(P<0.001),培养上清中IL一10和TGF-131分别是对照组的 1.8倍和1.6倍(P<0.001)。结论:小鼠CD4 T细胞在含有1 g/ml的aCD28、rhlL-2 100 U/ml和终浓度为10 nmol/L雷帕 霉素的培养体系中培养3周后能有效扩增CD4 CD25 Foxp3 调节性T细胞。 [关键词]雷帕霉素;CD4 CD25 Foxp3 调节性T细胞;IL一10;TGF一311 Amplification of mouse CD4 CD25 Foxp3 regulatory T cells in vitro YANG Ming—Zhen,HU Fei,SONG nng,UU Meng,XIA Lei—M g.Department ofHematology,the First Afilfiated Hospital ofAnhui Medical University.Hcfei 230022,China [Abstract] Objective:To establish a method for amplification of mouse CIM CD25 Foxp3 regulatory T cell in vitro.Meth- ’ ods:CIM T cells were derived from C57BL/6 mouse spleen,selected by Mini MACS,and cultured in 24 wells plate for 3 weeks,the plate was coated with otCD3 monoelonal antibody,the medium system included aCD28 monoclonal antibody,rhIL-2 and Rapamycin with RPMI1640 medium and 15%FBS,under the 37%,5%CO2 and saturated humidity incubator.After 3 weeks,CD4 CD25 T cells were detected by FCM,the expression of Foxp3 mRNA was measured with real—time PCR,MLR and proliferation inhibition were used to exam the function of CD4 CD25 T cells.IL一10 and TGF一131 of supernatant were measured by ELISA.Results:CD4 CD25 T cells were de・ rived from CD4 T cells,it was(76.05 4-2.73)%,higher than the group without Rapamycin(52.17 4-1.36)%(P<0.001),the Foxp3 mRNA of CIM CD25 T cells in Rapamycin roup gwas 5 folds higher than the group without Rapamycin(P<0.001),the abili— ty of proliferation was 0.29 folds higher than the group without Rapamycin(P<0.001),the ability of inhibition to CD4 T cells was 3.6 folds higher than the group without Rapamycin(P<0.001),the IL一10 of supernatant was 1.8 f0lds higher and TGF一311 of supematnta was 1.6folds hihertghanthe groupwithoutRapamyein(P<0.001).Condusion:Mouse CD4 CD25 Foxp3 Tregswere successfully expand- ed 山otCD3.ctCIY28.rhIL-2 and Rapamyein in vitro. [Key words] Rapamyein;CD4 CD25 Foxp3 reulgatory T cell;Interleukin一10;Transforming rowtgh factor 131 调节性T细胞(regulatory T cells,Treg细胞)是 一CD4 CD25 highTreg细胞的数量与异基因造血干细胞 种具有免疫调节和抑制功能的T细胞,1995年由 移植后急性移植物抗宿主病密切相关 J。多项研 究报道Treg细胞能够诱导效应T细胞无能或凋亡, 减轻移植排斥反应,在器官移植的生物治疗中发挥 重要作用。由于CD4 CD25 Foxp3 Treg细胞数量 Sakaguchi等 首次报道。天然CD4 CD25 Treg 细胞特异性表达转录因子Foxp3,常采用CD4 CD25 Foxp3 T细胞作为CIM CD25 highTreg细胞的 标志 J。这群细胞具有免疫无能性和免疫抑制性, 在维持机体免疫稳定等方面具有重要作用,而且 很少,限制其I临床使用,建立可靠的体外扩增方法是 开展CD4 CD25 Foxp3 Treg细胞治疗的前提。本 文报道通过免疫磁珠分选技术,采用雷帕霉素(Ra— 作者简介:杨明珍(1964年一),男,博士,主任医师,硕士生导师,主要 从事造血干细胞移植及移植免疫研究,E-mail:yangmz89@ yahoo.corn.cn。 pamycin,RAPA)选择性体外扩增CD4 CD25 Foxp3 Treg细胞,对扩增的Treg进行表型和功能 ・llO・ 鉴定。 1材料与方法 1.1实验动物8~10周龄的SPF级C BL/6小 鼠(H-2b,6),体重18~22克,8~10周龄SPF级 BALB/c小鼠(H.2d,6),体重20~24克,由上海实 验动物中心提供(证书编号2001B025),饲料及垫料 均经∞co辐照处理,饮用水高温高压灭菌处理,在苏 州大学实验动物中心层流房中饲养。 1.2 主要试剂 小鼠aCD3单克隆抗体和小鼠 otCD28单克隆抗体(eBioscience),PE-cy5仓鼠抗小 鼠CD4单抗、FITC.大鼠抗小鼠CD25单抗和FITC 大鼠的IgM(同型对照,BD Pharmingen),rhlL一2(厦 门特宝生物制品公司),雷帕霉素(RAPA,Sigma), 小鼠CD4 CD25 T细胞磁珠分选试剂盒(Mihenyi Biotec),/J、鼠IL一10 ELISA试齐0盒(R&D),/J、鼠 TGF一131 ELISA试剂盒(Biosource),Trizol溶液(In— vitrogen),M-MLV(promega),dNTP(上海生工生物 工程技术公司),CCK一8试剂盒(日本同仁化学研究 所),RPMI1640培养基(Gibco)。 1.3主要仪器Mini MACS separator(Miltenyi Bio- tec),流式细胞仪(EpicsXL2型,Beckman・Coulter), 实时定量PCR仪(MJ Option 2型,MJ ResearCh Inc.),PCR扩增仪(东胜创新生物科技有限公司), 全自动酶标仪(Molecular device)。 1.4实验方法 1.4.1 CD4 T细胞的分选严格按照操作说明进 行。采用颈脱臼法处死C57BL/6小鼠,剪开腹腔, 在无菌条件下取出小鼠脾脏。制备脾细胞悬液,红 细胞裂解液裂解红细胞,按照小鼠CD4 CD25 Treg 细胞磁珠分离试剂盒说明书进行操作,通过流式细 胞仪分析获得的CD4 细胞纯度。用含10%FBS的 RPMI1640完全培养基洗涤细胞2次,并用RPMI1640 完全培养基调细胞浓度为1×10。ml~,用于后续的 培养。 1.4.2 CD4 CD25 T细胞的体外扩增及磁珠分选 将ctCD3单抗溶于灭菌的PBS中,浓度为2 g/ ml,加入24孔培养板中,1 ml/ ̄L,4 ̄C冰箱中过夜。 次日吸出etCD3单抗,用RPMI1640完全培养基冲 洗培养板2次。每孔加入1 ml(10。ml 细胞) CD4 T细胞悬液,1 g/ml etCD28单抗,共24孑L,分 为R Treg组、R—Treg组。R Treg组18孔,加入 RAPA,终浓度为10 nmol/L,R—Treg组6孔,不加 RAPA,培养3个周期,每个周期为7天,第二个周期 开始加入rhIL.2 100 U/ml。每个周期结束后流式细 中国免疫学杂志2012年第28卷 胞仪检测每组CD4 CD25 T细胞的比例,3周培养 结束后收集细胞及培养上清。按照小鼠CD4 CD25 Treg细胞磁珠分离试剂盒说明书进行CD4 CD25 T细胞的分选。 1.4.3 Foxp3 mRNA的实时定量PCR检测 提取总 RNA,逆转录为cDNA,置一20℃保存备用。小鼠Foxp3 mRNA的实时定量PCR的引物、探针、质粒标准品制备 以及实时定量PCR检测按文献[8]所述操作。 1.4.4单向混合淋巴细胞反应和增殖抑制试验 反应细胞:磁珠分选的C BIM6小鼠脾细胞获得的 CD4 T细胞,R Treg组和R—Treg组细胞;刺激细 胞:经3OGy照射后的BALB/c小鼠的脾细胞。用 RPMI1640完全培养基调整细胞浓度为5× 10 ml一,反应细胞:滋养细胞为1:2,加入96孔板 中,每个实验组分别做3个复孔,对照孔只加反应细 胞,不加滋养细胞,本底只加培养基,37 ̄C 5%CO 饱和湿度条件下培养5天,每孔加入CCK一8 10 l, 继续培养4小时,置酶标仪读取OD 如值(A)。根据 公式计算刺激指数:刺激指数=A(实验孔一对照孔)/A(对照 孔一本底孔)×100%。 增殖抑制试验:在与上述混合淋巴细胞反应类 似的体系中,在CIM T细胞孔中分别加入2:1的 R Treg细胞和R—Treg细胞,均做3个复孔。37℃ 5%CO 饱和湿度条件下培养72小时后,每孔加人 CCK一8 l0 l,继续培养4小时,置酶标仪读取OD 。 值(A)。根据公式计算抑制率,抑制率=A(对照孔一实验 孑L)/A(对照孑L一本底)×100%。 1.4.5 IL一10和TGF.B的检测采用ELISA方法检 测培养上清中IL一10和TGF一131的含量,比较R Treg组和R—Treg组培养上清中上述两种细胞因子 的差异。采用双抗体夹心ELISA法,严格按照小鼠 IL.10和TGF一131 ELISA试剂盒说明书操作。 1.5统计学处理 以上各组实验至少独立重复三 次,数据以y-±s表示,结果采用SPSS13.0统计软件 进行统计学处理。两组间比较采用t检验,P< 0.05为差异有显著性。 2结果 2.1 CD4 T细胞的分选 小鼠脾细胞分选前 CD4 T细胞占脾细胞的19.8%,经磁珠分选后 CD4 T细胞纯度高于95%,见图1。 2.2 CD4 CD25 T细胞体外扩增CD4 T细胞经 过dCD3、 CD28、IL-2和RAPA联合刺激培养3个 周期,每一周期为7天,在每一个周期结束时进行流 式检测CD4和CD25的表达,结果见表1和图2。 杨明珍等小鼠CD4 CD25 Foxp3 调节性T细胞体外扩增第2期 图1分选前后CD4 T细胞占脾细胞的百分比 Fig.1 The percentage of CD4 T cells accounted for spleen cells before and after sorting Note:A.Before sorting;B.After sorting. 表1 RAPA对CD4 CD25 T细胞体外扩增的结果 ( -i-S)% Tab.1 The results of CD4 CD25 T cells ampliifcation th RAPA in vitro( ±S)% Note:1)P<0.05,there was signiifcant diference between R group and R—group after culture three weeks. Bef ̄ re culmre R-Treg 誊- -豢 潼 委 CD4PC5 图2培养3周后CD4 CD25 T细胞流式检测 Fig.2 CIM CD25 T cells detected with FCM after cul・ ture three weeks 104 10e 图3磁珠分选CD4 CD25 T细胞(A)和CD4 CD25一T 细胞(B) Fig.3 CD4 CD25 T cells(A)and CD4 CD25一T cells (B)sorted by MACS bead 2.3 CIM CD25 T细胞的磁珠分选经3周体外 培养后,分选R Treg细胞和R—Treg细胞,阳性选 择的CD4 CD25 T细胞纯度为95%以上,阴性选 表2实时定量PCR检测培养3周Treg细胞Foxp3 mRNA 结果 Tab.2 The results of Treg cells Foxp3 mRNA detected by real time PCR after culture three weeks Note:1)P<0.05,the Foxp3 mRNA was signiifcant difference between R Treg group and R—Treg group. .表3培养72小时单向混合淋巴细胞反应结果(2-±S) Tab.3 One-way mixed lymphocyte reaction after culture 72 hours( ±S) Note:1)P<0.05.It was singiifcant difference to inhibit CIM T cells proliferation between R Treg group and R—Treg group. 表4培养上清中IL-10和TGF-阻含量( ± ) Tab.4 The level of IL-10 and TGF・131 in supernatant Note:1)P<0.05.There was significant diference in IL-10 and TGF-Bl between R Treg group and R—Treg group. 择的CD4 CD25一T细胞纯度为99%,见图3。阳性 选择的CD4 CD25 T细胞用于后续的实验。 2.4 Foxp3 mRNA的实时定量PCR检测将1O倍 系列稀释的质粒标准品,用建立的该方法测定,结果 显示本方法具有较好的检测灵敏度(10 copies/ ̄1)。 ct值和模板起始拷贝数的对数lg值之间具有较好的 线性关系(HPRT:r =0.997、Y:一0.29x+12.12, Foxp3:r =1.00,Y=一0.29x+11.42)。本研究所 选的内参照基因为HPRT,经标化计算,培养后细胞 Foxp3 mRNA的表达明显高于未加雷帕霉素组,基 因表达水平是未加雷帕霉素组的5.013倍(见表 2),经t检验,P<0.001,差异有显著性。 2.5单向混合淋巴细胞反应和增殖抑制试验单 向混合淋巴细胞反应显示,R Treg细胞的增殖能力 仅为29.17%,明显低于CD4 T细胞组(172.92%) 和R—Treg细胞(100.16%),经方差分析,各组间差 异有显著性,说明雷帕霉素扩增的CIM CD25 T细 胞对异原性抗原的刺激具有低增殖性(见表3)。 增殖抑制试验:当R Treg和R—Treg细胞与 CD4 T细胞比例为1:2时,R Treg细胞能显著抑 制CD4 T细胞的增殖,抑制率为76.6%,而R—Treg 细胞对CD4 T细胞的抑制程度很弱,仅为21.2%, R Treg对CD4 T细胞抑制率与R—Treg细胞对 CD4 T细胞抑制率相比,差异有显著性(P< 0.005),表明雷帕霉素扩增的Treg对T细胞具有免 疫抑制性。 2.6 IL一10和TGF—B的检测结果根据ELISA试 剂盒提供的标准品制作标准曲线,IL一10的标准曲线 符合直线回归方程:Y=0+bx,0=0.022 636,b= 0.001 881,r2=0.999 131,残差平方和=0.010 352。 TGF-131的标准曲线符合二次曲线回归方程:Y=n+ b+ ,0=0.051 315,b=0.000 371,c=0.000 002, 残差平方和=0.024 603。R Treg培养上清中IL. 10、TGF一131含量明显高于R—Treg培养上清中的含 量,结果见表4。 3讨论 调节性T细胞根据来源、细胞特性和作用机制 大致分为两类,一类是来源于胸腺的固有CIM CD25 调节性T细胞;另一类是外周诱导产生的具 有抑制免疫应答功能的CD4 T细胞和CD8 T细 胞,包括外周经诱导生成的CD4 CD25 调节性T 细胞、Trl、Th3及CD8 抑制性T细胞等。叉头状转 录因子Foxp3是固有CD4 CD25 Treg特异的标志 物之一。 CD4 CD25 T细胞具有免疫无能性和免疫抑 制性两大功能特征。其免疫无能性表现在对高浓度 IL.2的单独刺激,固相包被或可溶性抗CD3单抗, 以及抗CD3单抗、抗CD28单抗的联合作用呈无应 答状态,也不分泌IL-2。CD4 CD25 T细胞的免疫 抑制性表现在经TCR介导的信号刺激活化以后能 够抑制CD4 和CD8 T细胞的活化和增殖,在器官 移植和自身免疫性疾病中能发挥免疫调节作 用 。由于固有CD4 CD25 Treg在体内含量极 少,而CD4 CD25 Treg的体外扩增仍然面临着扩 增效率不高,或者扩增的细胞为活化的CD4 T细 胞,因而不具有免疫抑制作用或者抑制作用较弱。 有作者采用CD37CD28单抗包被的Dynalbeads作为 人工抗原递呈细胞,以及高浓度的IL-2进行人 CD4 CD25 调节性T细胞体外扩增¨ 。 本文研究证实,雷帕霉素能够选择性扩增 CD4 CD25 Treg,可以避免非特异性的体外扩增。 采用雷帕霉素终浓度为10 nmol/L、otCD3、ctCD28和 中国免疫学杂志2012年第28卷 小剂量的IL-2的培养体系,结果显示,无论从表型 的检测、特异性Foxp3 mRNA的定量分析,还是体外 的抑制实验以及培养上清中细胞因子的检测,雷帕 霉素扩增出CD4 CD25 T细胞均明显地高于未加 雷帕霉素扩增的CD4 CD25 T细胞,而且体外的抑 制能力也明显增强,说明雷帕霉素扩增出的CD4 CD25 T细胞具有免疫抑制性和低反应性,而未加 雷帕霉素扩增出的CD4 CD25 T细胞具有较低的 免疫抑制性和较强的增殖反应性,多为效应性T细 胞,与Strauss等¨ ” 结果基本一致。 雷帕霉素与FK506结合蛋白(FKBP12)结合后 形成FKBP12一雷帕霉素复合物,进而抑制雷帕霉素 的靶基因(TOR),而IL.2受体的信号传导依赖 TOR,可以抑制效应型T细胞的增殖,用于自身免疫 性疾病和移植物抗宿主病的预防和治疗。由于 CD4 CD25 Treg增殖的信号通路不同于CD4 CD25 效应型T细胞,可能通过JAK/STAT5途 径 ,因此雷帕霉素不抑制CD4 CD25 Treg的增 殖,在雷帕霉素存在的条件下,CD4 T细胞受到抗 原和第二信号的刺激,CD4 CD25 效应型T细胞的 增殖受抑制,导致选择性CIM CD25 Treg的增殖。 雷帕霉素在体外能选择性扩增CD4 CD25 Foxp3 调节性T细胞,与天然CD4 CD25 Treg细胞的功 能相似,具有低增殖性和低反应性,为临床开展细胞 治疗提供可行体外扩增的方法。 4参考文献 1 Sakaguehi S,Sakaguchi N,Asano M et a1.Immunologic self-tolerante maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha chains (CD25).Breakdown of a single mechanism of self—tolerance cause v ̄rious autoimmune diseases[J] J Immunol,1995;155(3):1151— 1164. 2 Baecher—Allen C.Brown JA.FreemanG J et a1.CD4 CD25 regula— tory cellsin human peripheral blood[J].JImmunol,2001;167:1245- l253. 3 Shevach E M.CD4 CD25 suppressor T cells:more questions than an- swers[J].Nat Rev Immunol,2002;2(6):389400. 4 Ito T,Hanabuchi S,Wang Y H et a1.Two functional subsets of FOXP3 regulatory T cells in human thymus and periphery[J].Immunity, 2008;28(6):870-88O. 5牛燕燕,马梁明,周英et a1.CD4 CD25 调节性T细胞和细胞 因子与异基因造血干细胞移植后aGVHD的相关性研究[J].中 国实验血液学杂志,2010;18(3):735-739. 6杨明珍,吴德沛,陈广华et a1.CD4 CD25 foxp3 调节性T细胞 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