一种成人调节性T细胞体外扩增培养基及其使用方法
技术领域
本发明属于细胞培养技术领域,具体涉及一种成人Treg细胞体外扩增培养基及使用方法
背景技术
调节性T细胞是一类控制体内自身免疫反应性的细胞群,是机体维持自身耐受的重要组成部分。Treg细胞是目前已知人体内功能最强大的发挥免疫抑制功能的CD4+T细胞亚群,虽然在外周血细胞所占的比例低,仅占正常人外周血、脾脏组织CD4+T细胞中的5%~10%,但是与肿瘤、自身免疫病、移植物的接受性等有密切的关系。Treg细胞除表达CD4分子和CD25分子外,还高表达Foxp3,CD127也可作为该群细胞的一个特异性标志,Foxp3高表达和CD127低表达之间有很好的相关性。Foxp3是叉状头转录因子家族中的一个成员,被认为是调节性T细胞的标志性分子,Foxp3作为一个转录调控因子,通过直接调控多种基因来调节Treg的活性,在Treg细胞发育过程和功能起着关键的作用。无论是mRNA或蛋白水平,Foxp3均高表达于CD4+CD25+Treg细胞,离体的活化刺激可以提高CD4+C D25-T细胞表达CD25、GITR、CTLA-4,但对Foxp3的表达却无影响,然而经刺激活化的CD4+CD25+Treg细胞却可进一步上调Foxp3水平。因此Foxp3不仅能作为CD+4CD+25Treg的标志分子,还是决定CD+4CD+25Treg功能的关键基因。CD127是白细胞介素(IL)-7受体α链,其表达对T淋巴细胞的成熟、维持及免疫应答发挥着重要作用。Foxp3mRNA不仅在CD25+T细胞上表达,在CD25-T细胞活化后也可短暂表达。CD127与Foxp3表达呈负相关,Seddiki等发现CD4+T细胞活化后高表达CD127,即CD4+CD25+CD127high,而真正有活化效应的调节性T细胞仅低表达CD127。
Treg细胞在临床的应用方面可用于治疗自身免疫性疾病、变态反应性疾病及抑制同种异体移植排斥。例如肝脏移植后,调节性T细胞在免疫抑制存在的情况下可以增加移植肝脏的成活率,糖尿病的发生受致病性T细胞和调节性T细胞的调节。调节性T细胞数量减少或者功能缺陷打破了机体自身反应性T细胞和调节性T细胞之间的平衡,使平衡向着自身反应性T细胞的激活和扩增方向倾斜,进而导致疾病发生,在这种情况下则需要体外扩增调节性T细胞回输来参与改善疾病的进展。然而体内存在的调节性T细胞数量很少,仅占正常人外周血CD4+T细胞中的5%~10%,体外获取后数量少,纯度不高,且细胞增殖能力低,尤其是患者在疾病的某些病程阶段调节性T细胞的不稳定性,给体外扩增增加难度。因此,探索体外诱导和扩增高纯度调节性T细胞,建立更有效快速的细胞增殖培养方法,使短期内获得高纯度及足够数量的调节性T细胞,是开展Treg细胞治疗的重要途径。而如何选择确定合适细胞因子、协同刺激分子及化学试剂来促进Treg细胞增殖,确保扩增后细胞的纯度和功能,同时保证临床使用的安全性,是目前急待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种体外快速扩增成人调节性T细胞的培养基,及如何使用该培养基对其扩增培养及诱导分化,缩短扩增、分化时间,获得高纯度的Foxp3CD4+CD25+CD127-Treg。
一种成人调节性T细胞体外扩增培养基,在无酚红1640培养基中添加转化生长因子-β1-4ng/ml、骨形态发生蛋白-48-12ng/ml、重组人白介素-2300-500U/ml、雷帕霉素80-100nM、全反式维甲酸1-4uM/mL、4-羟乙基哌嗪乙磺酸20-30mM、L-谷氨酰胺2mM、2-巯基乙醇40-50uM、人AB型血清5%、CD3CD28磁珠、青霉素50U/ml、链霉素50ug/ml。
上述培养基优选在无酚红1640培养基中添加转化生长因子-β2ng/ml、骨形态发生蛋白-410ng/ml、重组人白介素-2300-500U/ml、雷帕霉素100nM、全反式维甲酸2uM/mL、4-羟乙基哌嗪乙磺酸25mM、L-谷氨酰胺2mM、2-巯基乙醇50uM、人AB型血清5%、CD3CD28磁珠、青霉素50U/ml、链霉素50ug/ml。
所述的成人调节性T细胞体外扩增培养基在初始培养时加入3倍于细胞数量的CD3CD28磁珠。继代培养时保证CD3CD28磁珠与细胞数量的比例为1:1。初始培养3-4天后开始继代培养,之后每隔1-2天继代培养一次。
所述的成人调节性T细胞体外扩增培养基的使用方法,采用免疫磁珠法从正常成人外周血分离Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞,将所获得的细胞重悬于体外扩增培养基中,加入3倍于细胞数量的CD3CD28磁珠刺激培养,第3-4天继代培养,之后每隔1-2天继代培养一次,每次往细胞中加入含CD3CD28磁珠的培养基培养,并保证CD3CD28磁珠与细胞数量的比例为1:1。
具体是采用免疫磁珠法从成人外周血分离Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞,将所获得的细胞重悬于体外扩增培养基中,按2x105-1x106/孔置于U型底96孔板,加入3倍于细胞数量的CD3CD28磁珠刺激培养,第3-4天分孔继代,每孔细胞一分为二,之后每隔1-2天分孔一次,每孔细胞一分为二,每次分孔后补加含CD3CD28磁珠的体外扩增培养基。
上述方法中细胞于37℃,5%CO2,培养箱中扩增培养至3周。
本发明从成人外周血获得Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞后用上述培养基培养,培养基中的TGF-β将诱导Treg细胞持续高表达Foxp3,BMP-4联合TGF-β可增强调节性T细胞抵抗细胞凋亡的能力。起始Treg细胞数量与CD3/CD28Dynabeads(CD3CD28磁珠)数量比为1:3,于培养第3天进行分孔,细胞一分为二,其后每隔1-2天分孔一次,每次分孔,加入CD3/CD28Dynabeads数量使之与Treg细胞数量比为1:1。细胞于37℃,5%CO2,培养箱中扩增培养至3周后收集细胞并计数,计算扩增倍数,同时流式细胞仪检测扩增Treg细胞的纯度及表型。
本发明选用的各种原料作用如下:
1.转化生长因子-β:是TGF-β超家族的成员一多功能蛋白质,可以影响多种细胞的生长,分化、细胞凋亡及免疫调节等功能对于诱导Foxp3的表达具有重要作用。TGF-β联合T细胞抗原受体的刺激可以诱导Foxp3在CD4+CD25-T细胞中的表达,使这些细胞变成具有Treg细胞活性的CD4+CD25+T细胞。TGF-β可诱导CD4+细胞表达CD25,诱导后的细胞具有调节性T细胞典型特征,不仅高表达Foxp3,同时具有免疫的低反应性和抑制免疫应答功能,。
2.骨形态发生蛋白:作为TGF-β超家族的成员可在多种脏器中表达。BMP-4主要作用于未分化间叶组织细胞,对多种细胞的增殖分化具有调控作用。BMP-4本身不能单独扩增Treg细胞,但联合TGF-β诱导后能够增加TGF-β体外诱导细胞向Treg细胞分化的能力,并可增强Treg细胞抗凋亡能力。
3.雷帕霉素:是一种大环内酯类免疫抑制剂,对Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞的体外增殖起促进作用,抑制细胞向非Treg细胞分化,维持Treg细胞的纯度及抑制功能,亦能够联合TGF-β在体外诱导出类似于Treg表型的Foxp3+T细胞。
4.重组人白介素-2:为多肽类免疫增强剂。能够诱导干扰素和多种细胞因子的分泌。主要生理作用是刺激和维持T细胞的增殖。
5.全反式维甲酸:是动物体内维生素A的代谢中间产物,全反式维甲酸和重组人白介素-2单独作用不能诱导Foxp3的表达,但与TGF-β共同作用下,能提高调节性T细胞的诱导比例,并使Treg细胞高表达IL-10、CTLA-4等功能相关基因。
6.2-巯基乙醇:是一种硫醇类的化合物,能够非特异性的刺激活化多克隆细胞,抗氧化作用使蛋白质不被氧化掉,从而降低氧对细胞产生的氧化损伤。
本发明的有益效果(以下数据来源于大量试验结果,并具有统计学意义):
从健康成年自愿者静脉抽取外周血后,用淋巴细胞分离液密度梯度离心后获得外周血单个核细胞(PBMC),用免疫磁珠法从PBMC分离获得Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞。此方法获得的细胞纯度在90%-93%,将此起始细胞2x105-1x106个与CD3/CD28Dynabeads按照1:3的比例初始培养3-4天,通过继代分孔培养,每孔一分为二,以后每1-2天分孔一次,每次补加含CD3/CD28Dynabeads的培养基,并保证每孔细胞与CD3/CD28Dynabeads的数量比例为1:1,第21-23天扩增500-800倍,第26-28天培养800-1500倍。
本发明优势总结如下:
1.扩增速率高。
2.扩增后的CD4+CD25+T细胞具有较高的纯度和特征性的表型。经流式细胞仪检测,扩增后的CD4+CD25+T细胞高达96.5±2.1%以上,其中双阳性细胞中同时又有Foxp3+表达的细胞为97.2±1.6%以上,并且CD127在CD4CD25双阳性细胞上的表达量很低,CD4CD25双阳性T细胞的CTLA-4表达为79.4±1.9%,CD62L的表达为76.8±2.4%,GITR的表达为24.0±1.3%。
3.体外扩增的Tregs能抑制多克隆刺激的免疫应答。
附图说明
图1为本发明培养基体外扩增Treg的纯度及表型;
图2为不加转化生长因子-β、骨形态发生蛋白-4和全反式维甲酸的普通培养基体外扩增Treg的纯度;
图3为体外扩增Treg对多克隆刺激免疫应答的抑制作用;
图4为本发明扩增后的CD4+CD25+T细胞的纯度;
图5不加骨形态发生蛋白-4和全反式维甲酸的普通培养基培养的CD4+CD25+T细胞纯度。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明,而非限制本发明。
实施例1本发明培养基及培养方法试验
本发明针对成年人的外周血在体外分离Treg细胞后培养,并将起始的Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞和CD3CD28磁珠以1:3的比例混合(CD3CD28磁珠购自Invitrogen公司),培养基无酚红1640中添加转化生长因子-β(TGF-β)1-4ng/ml(优选2ng/ml)、骨形态发生蛋白4(BMP-4)8-12ng/ml(优选10ng/ml)、全反式维甲酸(ATRA)1-4uM/mL(优选2uM/mL)、重组人白介素-2300-500U/ml、雷帕霉素80-100nM(优选100nM)、4-羟乙基哌嗪乙磺酸20-30mM(优选25mM)、L-谷氨酰胺2mM、2-巯基乙醇40-50uM(优选50uM)、人AB型血清5%、青霉素50U/ml、链霉素50ug/ml。
将分离的起始细胞重悬于上述培养基中置于U型底96孔板培养,第3天分孔(一分为二),之后每隔1-2天分孔一次,每分孔一次加上述培养基100ul,并保证每孔细胞与CD3/CD28Dynabeads的数量比例为1:1;扩增3周后收集细胞并计数。
将收集的细胞经流式细胞仪检测扩增Treg细胞的纯度及表型,检测扩增后的CD4CD25双阳性T细胞百分率,双阳性细胞中Foxp3+表达的细胞百分率,CD4CD25双阳性T细胞的CTLA-4,CD62L的表达。
实施例2本发明培养基和本发明不加转化生长因子-β、骨形态发生蛋白-4和全反式维甲酸的普通的调节性T细胞培养基的培养效果对比。
采集自愿献血的成年红斑狼疮病人外周血,系统性红斑狼疮是一种典型的自身免疫性疾病。虽然病因复杂,但是免疫调节功能紊乱在狼疮的发病中起着重要的作用。由于机体的免疫调节功能受损,正常的自身免疫耐受不能维持,因此很多自身抗原成为靶抗原,自身反应性的T细胞和B增加,产生过多的自身抗体,导致器官和组织的损伤,比较正常人的调节性T细胞的比率下降,TGF—β水平较正常人降低,因此用自愿献血的患者外周血培养为开展临床细胞治疗起了关键作用。外周血体外分离Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞,将分离的细胞一分为二,加入上述两种不同培养基,按照实施例1的方法进行培养。本发明培养基培养3周后比普通培养基培养三周后的细胞扩增数量要多50倍。
本发明扩增后的Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞的纯度(图1)比普通培养基培养的纯度(图2)高,本发明培养后CD4+CD25+T细胞高达97.8%,其中双阳性细胞中Foxp3+表达的细胞为97.7%(图1),普通培养基培养CD4+CD25+T细胞87%,其中双阳性细胞中Foxp3+表达的细胞为94%(图2)。
本发明培养基扩增后Treg细胞CD127在CD4CD25双阳性细胞上的表达量很低,CD4CD25双阳性T细胞的CTLA-4表达为81.2%,CD62L的表达为78.0%,GITR的表达为22.8%(见图1)
混合淋巴细胞反应结果显示CD4+CD25-T细胞单独培养时没有明显增殖,但当CD4+CD25-效应性T细胞与CD3CD28磁珠共培养,使效应性T细胞显著增殖。而在CD4+CD25-T细胞与磁珠培养体系里加入体外扩增的Treg后,CD4+CD25-效应性T细胞的增殖受到明显的抑制,因此在本发明培养基下培养扩增的Treg能显著抑制效应T细胞对多克隆刺激的免疫应答(见图3)。
实施例3本发明培养基和本发明不加骨形态发生蛋白-4和全反式维甲酸的普通调节性T细胞培养基的培养效果对比。
同样用成年红斑狼疮病人外周血体分离Foxp3CD4+CD25+CD127-调节性T细胞,培养方法如实施例1,培养三周后本发明比不加BMP-4和ATRA的培养基的细胞数量多20倍,
本发明扩增后的CD4+CD25+T细胞的纯度(图4)比普通培养基培养的纯度(图5)高,本发明培养后CD4+CD25+T细胞94.3%,其中双阳性细胞中Foxp3+表达的细胞为98.7%(图4),不加BMP-4和ATRA的培养基培养的CD4+CD25+T细胞90.8%,其中双阳性细胞中Foxp3+表达的细胞为93.0%(图5)。