Summary

肠上皮细胞通透性的体外体内测定方法

Published: October 19, 2018
doi:

Summary

本文提出了两种方法来确定肠道屏障功能。在组织培养井中, 使用上皮表 (伏特/欧姆) 直接测量培养的上皮细胞的测定电阻。在小鼠中, 采用 FITC-葡聚糖灌胃法测定体内肠道通透性。

Abstract

肠道屏障抵御致病微生物和微生物毒素。其功能由紧密的结通透性和上皮细胞完整性调节, 而肠道屏障功能的破坏有助于胃肠道和系统性疾病的发展。本文介绍了两种简单的方法来测量小肠上皮的通透性。在体外, Caco-2BBe 细胞被镀在组织培养井作为单层和测定电阻 (三) 可以用上皮 (伏/欧姆) 计测量。这种方法是令人信服的, 因为它的用户友好的操作和重复性。在体内,小鼠孕期 4 kDa 荧光素异硫氰酸酯 (FITC)-葡聚糖, 在采集的小鼠血清样本中测定 FITC-葡聚糖浓度, 以确定上皮通透性。口服灌胃提供准确剂量, 因此是测定体内肠道通透的首选方法。这两种方法可以在体外体内测量小肠上皮的通透性, 从而用于研究疾病与屏障功能的关系。

Introduction

肠道上皮细胞不仅负责养分的吸收, 而且是抵御致病微生物和微生物毒素的重要屏障。此肠屏障功能由紧密的结通透性和上皮细胞完整性123和上皮屏障功能功能障碍与炎症性肠相关调节疾病 (IBD)。perijunctional 肌动球蛋白环 (PAMR) 位于与紧密交汇点紧密相连的细胞内。PAMR 的收缩是由肌球蛋白光链 (MLC) 调节的, 对于紧密接合渗透率45678的调节至关重要. 9,10。肿瘤坏死因子 (TNF) 是上调肠上皮 MLC 激酶 (拿) 表达和诱导 occludin 内化111213的肠道屏障丢失的中枢。

离子, 如 Na+和 Cl可以通过孔隙或泄漏通路14跨越旁细胞空间。在 “漏” 上皮中, 三的变化主要反映改变的紧密结通透性。测量是一种常用的电生理学方法, 用于根据细胞膜的阻抗来量化紧密结通透, 主要是 Na+和 Cl。不同的细胞类型, 包括肠道上皮细胞, 肺上皮细胞和血管内皮细胞, 已经报告了三的测量。这种方法的优点是, 测量是非侵入性的, 可用于实时监测活细胞。此外, 该方法对药物毒性研究15有参考价值。

Caco-2BBe 细胞是人上皮性大肠腺癌细胞, 其结构和功能类似于分化的小肠上皮细胞: 例如, 这些细胞有微绒毛和与小肠刷相关的酶边境。因此, 培养的 Caco-2BBe 单层膜被用作检测屏障功能的体外模型。

在小鼠中, 研究肠道旁细胞通透性的一种方法是通过测量 FITC-葡聚糖从腔内向血液中交叉的能力。因此, 肠道通透性可以通过 gavaging FITC-葡聚糖直接对小鼠进行评估, 并测量血液中的荧光。下面的协议描述了两种简单的方法来评估小肠上皮通透性的体外体内

Protocol

本研究获得了苏州大学剑桥-苏达基因组资源中心 (CAM) 动物护理与使用协议的批准。 1. Caco-2bbe 在多孔聚碳酸酯膜上的电镀和维护 在带有培养基的 T75 烧瓶中生长细胞 (DMEM 含有 10% FBS)。烧瓶应定期喂养, 具体取决于细胞密度。注意: 为了获得最佳电镀, 细胞应迅速分裂, 并具有扁平的 “煎蛋” 形状, 这表明细胞处于生长阶段。 一旦细胞80% 汇合, 从孵化器中取出烧?…

Representative Results

在培养中, Caco-2BBe 细胞作为单层生长, 慢慢分化为具有画笔边界的成熟吸收 enterocytes。在本协议中, Caco-2BBe 细胞在聚碳酸酯膜上镀上高密度, 细胞在播种后一天达到100% 融合。然而, 细胞在这个阶段是未分化的: 要完全区分细胞, 介质每2-3 天更换3周。细胞被细胞核和 F 肌动蛋白染色, 以显示未分化和分化细胞之间的差异。应力纤维在未分化细胞中明显可见。与未分化细胞相比…

Discussion

协议中有几个关键步骤。Caco-2BBe (画笔边框表示) 细胞始终用于测量, 从 Caco-2 细胞系中选择, 用于表达画笔边界蛋白。Caco-2BBe 细胞有一个绒毛吸收表型时完全分化 (经过大约3周的文化后汇合)17。在测量过程中, 必须避免污染, 并对电极进行灭菌。由于该过程是非无菌的, 在大多数情况下, 测量只能在8小时内执行。在测量过程中, 我们确定了刀片内外两点的电阻值。不同部位的电阻测…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们感谢哈佛医学院的杨百翰和女子医院的杰罗尔德博士, 他对完成这项研究的慷慨帮助。这项工作由中国国家自然科学基金 (赠款号81470804、31401229和 81200620)、江苏省自然科学基金 (赠款编号 BK20180838 和 BK20140319) 支持, 研究创新计划江苏省大学毕业生 (赠款编号 KYLX16-0116)、东吴大学高级研究项目 (赠款编号 SDY2015_06)、克罗恩 & 结肠炎基金会研究奖学金 (赠款号 310801)。

Materials

22G gavage needle VWR 20068-608
4 kDa FITC-dextran Sigma 46944
Avertin Sigma T48402
Black 96-well plates for fluorescence Fisher 14-245-197A
C57/B6 mice Nanjing Biomedical Research Institute of Nanjing University
Caco-2BBe cells ATCC CRL-2102
Dextran sulphate sodium MP Biomedicals 2160110
DMED with high glucose and sodium pyruvate  Hyclone SH30243.01B
Epithelial (Volt/Ohm) Meter  Millicell-ERS MERS00002
Ethanol Sinopharm ChemicalReagent 10009218
Falcon tube (15 mL) Corning 430791
FBS Gibco 10437-028
Fluorescence microscope Olympus  FV1000
Fluorometer Biotek Synergy 2
HBSS 138 mM NaCl, 0.3 mM Na2HPO4, 0.4 mM MgSO4, 0.5 mM MgCl2, 5.0 mM KCl, 0.3 mM KH2PO4, 15.0 mM HEPES, 1.3 mM CaCl2, 25 mM glucose 
IFNg PeproTech 315-05-20
Modular Tissue Embedding Center  Leica EG1150H
Serum collection tubes Sarstedt 41.1378.005
T75 flask  corning 430641
TNF PeproTech 315-01A
Parraffin Sigma A6330-1CS
Polycarbonate membranes (Transwell) Costar 3413
Pressure pump AUTOSCIENCE AP-9925
Rotary Microtomy Leica RM2235
Trypsin-EDTA Gibco 25200-056
Xylene Sinopharm ChemicalReagent 10023418

References

  1. Turner, J. R. Intestinal mucosal barrier function in health and disease. Nature reviews. Immunology. 9, 799-809 (2009).
  2. Odenwald, M. A., Turner, J. R. The intestinal epithelial barrier: a therapeutic target?. Nature reviews. Gastroenterology & hepatology. 14, 9-21 (2017).
  3. Clarke, H., Soler, A. P., Mullin, J. M. Protein kinase C activation leads to dephosphorylation of occludin and tight junction permeability increase in LLC-PK1 epithelial cell sheets. J. Cell Sci. 113 (Pt 18), 3187-3196 (2000).
  4. Clayburgh, D. R., et al. A differentiation-dependent splice variant of myosin light chain kinase, MLCK1, regulates epithelial tight junction permeability. J.Biol. Chem. 279, 55506-55513 (2004).
  5. Su, L., et al. TNFR2 activates MLCK-dependent tight junction dysregulation to cause apoptosis-mediated barrier loss and experimental colitis. Gastroenterology. 145, 407-415 (2013).
  6. Su, L., et al. Targeted epithelial tight junction dysfunction causes immune activation and contributes to development of experimental colitis. Gastroenterology. 136, 551-563 (2009).
  7. Zha, J. M., et al. Characterization of isoform expression and subcellular distribution of MYPT1 in intestinal epithelial cells. Gene. 588, 1-6 (2016).
  8. He, W. Q., et al. Altered contractile phenotypes of intestinal smooth muscle in mice deficient in myosin phosphatase target subunit 1. Gastroenterology. 144, e1451-e1455 (2013).
  9. He, W. Q., et al. Myosin light chain kinase is central to smooth muscle contraction and required for gastrointestinal motility in mice. Gastroenterology. 135, 610-620 (2008).
  10. Li, H. S., et al. Myosin regulatory light chain phosphorylation is associated with leiomyosarcoma development. Biomed. Pharmacother. 92, 810-818 (2017).
  11. Clayburgh, D. R., et al. Epithelial myosin light chain kinase-dependent barrier dysfunction mediates T cell activation-induced diarrhea in vivo. J. Clin. Invest. 115, 2702-2715 (2005).
  12. Wang, F., et al. Interferon-gamma and tumor necrosis factor-alpha synergize to induce intestinal epithelial barrier dysfunction by up-regulating myosin light chain kinase expression. Am. J. Pathol. 166, 409-419 (2005).
  13. Ye, D., Ma, T. Y. Cellular and molecular mechanisms that mediate basal and tumour necrosis factor-alpha-induced regulation of myosin light chain kinase gene activity. J. Cell Mol. Med. 12, 1331-1346 (2008).
  14. Turner, J. R., Buschmann, M. M., Romero-Calvo, I., Sailer, A., Shen, L. The role of molecular remodeling in differential regulation of tight junction 300 permeability. Semin. Cell Dev. Biol. 36, 204-212 (2014).
  15. Srinivasan, B., et al. TEER measurement techniques for in vitro barrier model systems. J. Lab. Autom. 20 (2), 107-126 (2015).
  16. Wang, F., et al. IFN-gamma-induced TNFR2 expression is required for TNF-dependent intestinal epithelial barrier dysfunction. Gastroenterology. 131, 1153-1163 (2006).
  17. Peterson, M. D., Mooseker, M. S. Characterization of the enterocyte-like brush border cytoskeleton of the C2BBe clones of the human intestinal cell line Caco-2. J. Cell Sci. 102 (Pt 3), 581-600 (1992).
  18. Wang, L., et al. Methods to determine intestinal permeability and bacterial translocation during liver disease. J. Immunol. Methods. 421, 44-53 (2015).
check_url/57032?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Li, B., Wu, J., Li, H., Jiang, Z., Zhou, X., Xu, C., Ding, N., Zha, J., He, W. In Vitro and In Vivo Approaches to Determine Intestinal Epithelial Cell Permeability. J. Vis. Exp. (140), e57032, doi:10.3791/57032 (2018).

View Video