في الجسم الحي أسلوب التصوير لتميز الالتهاب الحاد والمزمن
Summary
نحن تصف طريقة التصوير غير الغازية للتمييز مراحل التهابات. تسليم النظامية من كسيماترين يكشف مجالات التهاب حاد تعتمد على النشاط MPO في العدلات. في المقابل، حقن lucigenin يسمح التصور من التهاب مزمن تعتمد على النشاط Phox في الضامة.
Abstract
الالتهاب هو أحد الجوانب الأساسية لكثير من الأمراض التي تصيب الإنسان. في هذا التقرير الفيديو، ونحن لشرح تقنيات التصوير تلألؤ بيولوجي غير الغازية التي تميز الالتهاب الحاد والمزمن في نماذج الماوس. مع تلف الأنسجة أو غزو الممرض، العدلات هي خط الدفاع الأول، ولعب دورا رئيسيا في التوسط في الاستجابة الالتهابية الحادة. كما تقدم رد فعل للالتهابات، وحيدات تعميم تهاجر تدريجيا إلى موقع الإصابة وتفرق في الضامة ناضجة، الذي توسط الالتهابات المزمنة وتعزيز إصلاح الأنسجة عن طريق إزالة الحطام الأنسجة وإنتاج السيتوكينات المضادة للالتهابات. حقن داخل الصفاق من كسيماترين (5-الأمينية-2 ،3-ثنائي هيدرو-1 ،4-phthalazinedione، ملح الصوديوم) تمكن من الكشف عن التهاب حاد توسط إلى حد كبير من الأنسجة تسلل العدلات. كسيماترين يتفاعل على وجه التحديد مع الفائق المتولدة داخل phagosomes من العدلات منذ النتائج تلألؤ بيولوجي من الميلوبيروكسيديز (MPO) رد فعل بوساطة. Lucigenin (مكرر-N-methylacridinium نترات) يتفاعل أيضا مع الفائق من أجل توليد تلألؤ بيولوجي. ومع ذلك، lucigenin تلألؤ بيولوجي مستقل من الخطة الرئيسية للعمليات وأنها تعتمد فقط على أوكسيديز NADPH بلعمية (Phox) في الضامة أثناء الالتهابات المزمنة. معا، وكسيماترين وlucigenin سماح التصور غير الغازية وتقييم طولية من مجموعات سكانية مختلفة بلعمية عبر مراحل التهابات حادة ومزمنة. ونظرا للدور المهم من التهاب في مجموعة متنوعة من الأمراض التي تصيب الإنسان، ونحن نعتقد أن هذا الأسلوب التصوير غير الغازية يمكن أن تساعد في التحقيق في أدوار الفرق من العدلات والبلاعم في مجموعة متنوعة من الحالات المرضية.
Introduction
الالتهاب هو استجابة بيولوجية درجة عالية من التنظيم تشارك في مجموعة متنوعة من الأمراض التي تصيب الإنسان، بما في ذلك العدوى الميكروبية 1، 2 التئام الجروح، ومرض السكري 3، 4 السرطان، القلب والأوعية الدموية 5، 6 الاعصاب، وأمراض المناعة الذاتية 7. يتطلب التهاب الأنسجة التنسيق السليم لمختلف الخلايا المناعية من أجل تحقيق إزالة العوامل المسببة للأمراض، وإصلاح الأنسجة، وقرار المرض. العدلات والضامة وسطاء المناعة مفتاح من التهاب الأنسجة. في المرحلة الحادة من الالتهاب، والعدلات هي أول المستجيبين لمختلف المنبهات الضارة وتلف الأنسجة 8. العدلات يتسرب بسرعة من التداول إلى موقع الإصابة، حيث إبطال نشاط الخلايا الغازية الميكروبات عن طريق الإفراج عن حبيبات مضادة للميكروبات والبلعمة. خلال البلعمة، العدلات تبتلع الميكروبات الغازية في phagosomes، ضمن الخلايا التي تنتج مستويات عالية من superoxIDE (O 2 · -). الفائق Phagosomal هو المصدر الأساسي للعديد من أنواع الاكسجين التفاعلية المصب (ROS). على سبيل المثال، يمكن dismutated الفائق لبيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2) بواسطة تطافر عفوية أو عن طريق ديسموتاز الفائق (الاحمق) 9، 10. في العدلات، الميلوبيروكسيديز (MPO) تحويل مزيد من بيروكسيد الهيدروجين إلى حمض تحت الكلور المضادة للميكروبات (HOCL) 11. كما تواصل الاستجابات الالتهابية، وحيدات تعميم تهاجر تدريجيا إلى موقع الإصابة وتفرق في الضامة ناضجة 2، التي تساعد على إزالة مسببات الأمراض المعطل والحطام الخلية وظيفة البلعمة. وبالإضافة إلى ذلك، كمنظم رئيسي في مرحلة لاحقة من الالتهاب، والبلاعم يعزز إصلاح الأنسجة من خلال إنتاج السيتوكينات المضادة للالتهابات 12 وعن طريق توليد ROS خارج الخلية في انخفاض مستوى 9. وROS ولدت في هذه المرحلة في وقت لاحق تنظيم إعادة عرض الأنسجة، وتشكيل سفينة جديدة، وreepithelialization 13.
بلعمية أوكسيديز NADPH (Phox) هو المصدر الرئيسي للإنتاج الأكسيد في كل من العدلات والبلاعم 9. Phox عبارة عن مجمع متعدد الوحيدات الذي ينظم بإحكام 9 الجمعية. وعميم الإنزيم يحتوي على عدة مفارز التنظيمية عصاري خلوي (P67 phox، P47 phox، P40 phox، وRAC) وغشاء محدد مغاير السيتوكروم ب 558 (تتألف من الوحيدات صبا وCYBB). السيتوكروم ب 558 هو جوهر رد فعل من خلاله الوحيدات CYBB (المعروف أيضا باسم P91 phox وNOX2) ينفذ الأولية الأكسدة سلسلة من ردود الفعل 9. ومن المثير للاهتمام، مواقع التجميع تختلف بين العدلات والضامة. في العدلات يستريح، السيتوكروم ب 558 هي في معظمها موجودة في غشاء من حبيبات تخزين داخل الخلايا 14. خلال البلعمة، العدلات تجميع حoloenzymes في phagosomes 9، حيث مستويات عالية من النشاط MPO موجودة أيضا. والعدلة Phox يستهلك بسرعة الأكسجين وتمارس قوتها ميكروبات التي كتبها الإنتاج ROS، ووصف ظاهرة انفجار الجهاز التنفسي 11. في المقابل، الضامة لديها مستوى أدنى من التعبير MPO والسيتوكروم ب 558 تم العثور على معظمها في غشاء البلازما 15 و 16. وهكذا العدلات تنتج مستويات عالية من النشاط الفائق لمكافحة الجراثيم، في حين الضامة توليد أقل الفائق للوظائف التنظيمية 15.
منذ التهاب هي معقدة في عملية الجسم الحي، وأساليب التصوير غير الغازية محددة لمراحل مختلفة من التهاب تسمح التقييم الكمي ونماذج طولية من المرض. باستخدام دراسات الآلي، وقد أثبتنا سابقا استخدام اثنين من وكلاء chemiluminescent، كسيماترين (5-الأمينية-2 ،3-ثنائي هيدرو-1 ،4-phthalazinedione) وlucigenin (مكرر-N-methylacridinium نترات)، للتصوير غير الغازية من المراحل الحادة والمتأخرة (المزمنة) من الالتهاب، على التوالي 17. كسيماترين يمكن تصور النشاط MPO العدلة في المرحلة الحادة من التهاب 18-20، في حين تلألؤ بيولوجي lucigenin يمكن استخدامها لتقييم نشاط البلاعم بالتعاون مع المرحلة في وقت متأخر أو الالتهابات المزمنة 17. في هذا المخطوط، استخدمنا نموذجين التهاب التجريبية (SC سلطة النقد الفلسطينية والشوري LPS) لإثبات هذه التقنيات التصوير.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا التقرير، ونحن يبرهن على وجود طريقة للتصوير تلألؤ بيولوجي غير الغازية من التهاب في الحيوانات الحية. الاستفادة من الانارة اثنين من ركائز، كسيماترين وlucigenin، لا يمكن للطريقة تمييز مراحل مختلفة من الالتهابات. ويرتبط تلألؤ بيولوجي كسيماترين مع العدلات في المرحلة ا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل مؤسسة نانسي لوري ماركس. نشكر الدكتور نانسي E. كول لقراءة نقدية للمخطوطة. نشكر كين K. ونغ لمساعدته في إعداد هذا التقرير الفيديو.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO | P8139 | |
| Lipopolysaccharide from Salmonella enterica serotype enteritidis | Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO | L2012 | |
| Luminol (5-amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione, sodium salt) | Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO | A4685 | |
| Lucigenin (bis-N-methylacridinium nitrate) | Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO | M8010 | |
| IVIS Spectrum imaging system with Living Imaging 4.2 software package | Caliper LS/Perkin Elmer, Hopkinton, MA |
References
- Premack, B. A., Schall, T. J. Chemokine receptors: gateways to inflammation and infection. Nat. Med. 2, 1174-1178 (1996).
- Singer, A. J., Clark, R. A. Cutaneous wound healing. N. Engl. J. Med. 341, 738-746 (1999).
- Wellen, K. E., Hotamisligil, G. S. Inflammation, stress, and diabetes. J. Clin. Invest. 115, 1111-1119 (2005).
- Weitzman, S. A., Gordon, L. I. Inflammation and cancer: role of phagocyte-generated oxidants in carcinogenesis. Blood. 76, 655-663 (1990).
- Ridker, P. M., Cushman, M., et al. Inflammation, aspirin, and the risk of cardiovascular disease in apparently healthy men. N. Engl. J. Med. 336, 973-979 (1997).
- Wyss-Coray, T., Mucke, L. Inflammation in neurodegenerative disease–a double-edged sword. Neuron. 35, 419-432 (2002).
- Hamilton, J. A. Colony-stimulating factors in inflammation and autoimmunity. Nat. Rev. Immunol. 8, 533-544 (2008).
- Harlan, J. M. Leukocyte-endothelial interactions. Blood. 65, 513-525 (1985).
- Bedard, K., Krause, K. H. The NOX family of ROS-generating NADPH oxidases: physiology and pathophysiology. Physiol. Rev. 87, 245-313 (2007).
- Rest, R. F., Spitznagel, J. K. Subcellular distribution of superoxide dismutases in human neutrophils. Influence of myeloperoxidase on the measurement of superoxide dismutase activity. Biochem. J. 166, 145-153 (1977).
- Hampton, M. B., Kettle, A. J., et al. Inside the neutrophil phagosome: oxidants, myeloperoxidase, and bacterial killing. Blood. 92, 3007-3017 (1998).
- Serhan, C. N., Savill, J. Resolution of inflammation: the beginning programs the end. Nat. Immunol. 6, 1191-1197 (2005).
- Jiang, F., Zhang, Y., et al. NADPH oxidase-mediated redox signaling: roles in cellular stress response, stress tolerance, and tissue repair. Pharmacol. Rev. 63, 218-242 (2011).
- Calafat, J., Kuijpers, T. W., et al. Evidence for small intracellular vesicles in human blood phagocytes containing cytochrome b558 and the adhesion molecule CD11b/CD18. Blood. 81, 3122-3129 (1993).
- Johansson, A., Jesaitis, A. J., et al. Different subcellular localization of cytochrome b and the dormant NADPH-oxidase in neutrophils and macrophages: effect on the production of reactive oxygen species during phagocytosis. Cell. Immunol. 161, 61-71 (1995).
- Kumar, A. P., Piedrafita, F. J., et al. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma ligands regulate myeloperoxidase expression in macrophages by an estrogen-dependent mechanism involving the -463GA promoter polymorphism. J. Biol. Chem. 279, 8300-8315 (2004).
- Tseng, J. C., Kung, A. L. In vivo imaging of inflammatory phagocytes. Chem Biol. 19, 1199-1209 (2012).
- Gross, S., Gammon, S. T., et al. Bioluminescence imaging of myeloperoxidase activity in vivo. Nat. Med. 15, 455-461 (2009).
- Kielland, A., Blom, T., et al. In vivo imaging of reactive oxygen and nitrogen species in inflammation using the luminescent probe L-012. Free Radic. Biol. Med. 47, 760-766 (2009).
- Zhou, J., Tsai, Y. T., et al. Noninvasive assessment of localized inflammatory responses. Free Radic. Biol. Med. 52, 218-226 (2012).
- Karlsson, A., Nixon, J. B., et al. Phorbol myristate acetate induces neutrophil NADPH-oxidase activity by two separate signal transduction pathways: dependent or independent of phosphatidylinositol 3-kinase. J. Leukoc. Biol. 67, 396-404 (2000).
- Taylor, R. G., McCall, C. E., et al. Histopathologic features of phorbol myristate acetate-induced lung injury. Lab Invest. 52, 61-70 (1985).
- Fukaya, S., Matsui, Y., et al. Overexpression of TNF-alpha-converting enzyme in fibroblasts augments dermal fibrosis after inflammation. Lab Invest. 93, 72-80 (2013).
- Lu, Y. C., Yeh, W. C., et al. LPS/TLR4 signal transduction pathway. Cytokine. 42, 145-151 (2008).
- Aitken, R. J., Buckingham, D. W., et al. Reactive oxygen species and human spermatozoa: analysis of the cellular mechanisms involved in luminol- and lucigenin-dependent chemiluminescence. J. Cell. Physiol. 151, 466-477 (1992).
- Allen, R. C., Loose, L. D. Phagocytic activation of a luminol-dependent chemiluminescence in rabbit alveolar and peritoneal macrophages. Biochem. Biophys. Res. Commun. 69, 245-252 (1976).
- Caldefie-Chezet, F., Walrand, S., et al. Is the neutrophil reactive oxygen species production measured by luminol and lucigenin chemiluminescence intra or extracellular? Comparison with DCFH-DA flow cytometry and cytochrome c reduction. Clin. Chim. Acta. 319, 9-17 (2002).
- Dahlgren, C., Aniansson, H., et al. Pattern of formylmethionyl-leucyl-phenylalanine-induced luminol- and lucigenin-dependent chemiluminescence in human neutrophils. Infect. Immun. 47, 326-328 (1985).
- Dahlgren, C., Karlsson, A. Respiratory burst in human neutrophils. J. Immunol. Methods. 232, 3-14 (1999).
- Aerts, C., Wallaert, B., et al. Release of superoxide anion by alveolar macrophages in pulmonary sarcoidosis. Ann. N.Y. Acad. Sci. 465, 193-200 (1986).
- Zhang, N., Francis, K. P., et al. Enhanced detection of myeloperoxidase activity in deep tissues through luminescent excitation of near-infrared nanoparticles. Nat Med. , (2013).
