技术资料分享
Basic Scientific Research
您当前的位置:首页  > 技术资料分享
难道所有炎症模型都默认测同一套炎性因子就行?
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

做炎症相关实验时,有一套指标几乎已经成了“默认配置”:

TNF-α、IL-1β、IL-6。

做肠炎测这三个,做脑损伤还是这三个。换成皮肤炎症、关节炎、肝损伤、肺损伤,很多方案依然沿用同样的组合。

如果模型组这几个因子升高,干预以后下降,最后就很容易得到一句结论:

“候选干预通过抑制炎症反应发挥保护作用。”

这套实验不能说没有价值。

TNF-α、IL-1β和IL-6确实是很多炎症过程中非常重要的介质,也经常能够帮助判断组织是否处于明显炎症状态。

真正的问题是:

它们并不能代表所有炎症。

过敏性炎症、病毒相关炎症、无菌损伤、自身免疫炎症、代谢性炎症以及中性粒细胞主导的急性炎症,虽然最后都可以被统称为“炎症”,真正驱动疾病的细胞和分子却可能完全不同。

有的疾病关键在IL-17和中性粒细胞募集,有的关键在IL-4、IL-5和IL-13,有的突出I型干扰素,有的依赖炎症小体,还有一些疾病到了后期,真正决定组织结局的已经不再是最初那几个促炎因子,而是持续的细胞死亡、纤维化和异常修复。

这意味着炎症实验真正应该避免的,不是检测TNF-α、IL-1β和IL-6。

而是无论什么疾病、什么阶段、什么机制,都默认只检测这一套。

一个更合理的炎症方案,应该先回答几个问题:

这个疾病属于哪一种炎症背景?主要参与细胞是谁?候选机制位于炎症链的哪一层?当前实验取的是疾病早期、中期还是晚期?最终准备证明的是炎症减轻,还是组织功能真正恢复?

把这些问题想清楚以后,炎症指标才有选择依据。

导读

一、为什么TNF-α、IL-1β和IL-6会变成炎症实验“默认三件套”

二、这三个指标到底能够证明什么,又不能证明什么

三、感染性炎症为什么不能只看几个促炎因子

四、无菌炎症为什么尤其要关注损伤信号和炎症小体

五、过敏性炎症为什么需要换成另一套指标

六、IL-17型炎症为什么不能只测IL-6和TNF-α

七、I型干扰素相关炎症为什么很容易被常规指标漏掉

八、代谢性炎症为什么更不能只靠几种细胞因子判断

九、同一种疾病在不同阶段,炎症指标为什么也应该变化

十、血清正常,为什么局部组织仍然可能存在明显炎症

十一、同一个炎症因子升高,为什么还要继续追它来自哪一种细胞

十二、炎症因子到底应该测转录、蛋白还是分泌水平

十三、炎症因子下降,为什么仍然不能直接等于疾病改善

十四、炎症指标到底应该测几个,怎样避免“指标越多机制越散”

十五、一套更合理的炎症指标选择流程应该怎么设计

十六、炎症研究最容易出现哪些实验设计问题

十七、博恩生物可以为炎症机制研究提供哪些实验支持

SECTION 01

01

为什么TNF-α、IL-1β和IL-6会变成炎症实验“默认三件套”

1、它们确实覆盖了很多常见炎症反应

TNF-α、IL-1β和IL-6都参与多种感染、组织损伤和免疫激活过程。

很多模型在炎症发生以后,这几个因子的表达或释放都会明显增加,因此它们具有很高的普适性。

对于一个课题的早期筛查来说,如果只是想确认模型里有没有明显炎症反应,这几个指标确实很实用。

问题在于,它们的普适性很容易被误解成特异性。

一个指标在很多疾病里都会升高,只能说明它适合做广义炎症评价,并不意味着它能够告诉你这个疾病最核心的炎症机制是什么。

2、实验习惯也在不断强化这套指标

炎症研究中存在明显的路径依赖。

前一篇文献测了TNF-α、IL-1β和IL-6,后一篇继续沿用。实验室以前购买过对应抗体和试剂盒,新项目就继续使用同一套体系。

久而久之,这几个指标很容易从“常见选择”变成“默认必测”。

结果就是很多项目在设计阶段并没有真正回答:

为什么这个模型要测这几个因子?

只是因为以前大家都这样做。

3、真正的问题不是“三件套不好”,而是只有三件套

如果疾病真正存在明显TNF、IL-1β和IL-6相关炎症,这几个指标当然可以保留。

更合理的做法,是把它们放进一条疾病特异的炎症链里。

例如把TNF-α作为广义炎症输出,再根据疾病增加真正的上游驱动、主要细胞募集信号以及组织功能终点。

这样“三件套”是证据链的一部分,而不是整条证据链。

SECTION 02

02

这三个指标到底能够证明什么,又不能证明什么

1、它们能够支持“炎症状态发生了变化”

如果模型组TNF-α、IL-1β、IL-6明显升高,干预以后又下降,可以支持局部或者系统性炎症环境发生了变化。

这一结论通常没有问题。

但到这里为止,能够证明的主要还是“炎症水平改变”。

2、它们不能单独告诉你炎症由谁启动

例如IL-1β升高以后,不能直接倒推出一定是NLRP3炎症小体被激活。

TNF-α增加以后,也不能只根据这一个结果判断究竟是哪一种免疫细胞驱动了炎症。

IL-6同样可能来自多种免疫细胞、基质细胞和组织细胞。

所以从下游细胞因子直接倒推唯一上游机制,是炎症研究里非常常见的逻辑跳跃。

3、它们也不能单独定义炎症类型

两个疾病都可以出现IL-6升高。

一个可能主要由Th17和IL-17轴驱动,另一个可能是组织坏死以后形成的无菌炎症。

最终都出现IL-6,不代表两个疾病可以使用完全相同的机制解释。

因此,炎症因子更应该被放在病理链的位置上理解。

需要先知道它处在上游、中间还是下游。

SECTION 03

03

感染性炎症为什么不能只看几个促炎因子

1、感染性炎症必须同时考虑病原体清除

感染模型和普通无菌炎症最大的差异之一,是炎症本身还承担着清除病原体的任务。

如果一个干预让TNF-α、IL-1β和IL-6全部下降,看起来炎症减轻了,但同时细菌或者病毒负荷明显增加,这种结果很难简单定义成“治疗有效”。

因为炎症下降也可能来自宿主免疫反应被过度抑制。

所以感染模型真正需要同时回答两个问题:

炎症损伤有没有减轻,以及病原体控制能力有没有被保住。

2、不同病原体会启动不同免疫程序

细菌感染、病毒感染、真菌感染并不会产生完全一样的免疫反应。

细菌模型中可能更加突出中性粒细胞募集、趋化因子和吞噬杀菌。

病毒模型中则可能出现明显的干扰素反应、抗病毒基因表达以及细胞毒性淋巴细胞参与。

所以感染模型真正需要根据病原体类型重新选择指标。

如果做病毒感染仍然只测TNF-α、IL-1β和IL-6,很可能会错过最关键的抗病毒免疫程序。

SECTION 04

04

无菌炎症为什么尤其要关注损伤信号和炎症小体

1、没有病原体,也可以形成非常强的炎症

脑缺血、心肌缺血、急性肾损伤、创伤、晶体沉积以及大量细胞坏死都属于典型无菌炎症背景。

这类疾病没有细菌和病毒,却会因为组织损伤释放大量损伤相关信号,进一步激活先天免疫。

所以无菌炎症真正值得追的是:

细胞为什么释放危险信号,哪些受体识别了这些信号,以及后面是哪一条炎症通路被启动。

2、炎症小体研究不能只停在IL-1β

例如一个课题准备证明NLRP3炎症小体参与疾病。

只做NLRP3表达升高和IL-1β增加,证据仍然不够完整。

因为NLRP3表达增加与炎症小体真正完成组装和活化不是同一件事。

更完整的研究通常还需要根据课题关注炎症小体活化、caspase-1相关变化、成熟IL-1β释放以及必要时的焦亡相关过程。

也就是说,如果科学问题已经具体到炎症小体,指标就必须从广义炎症进一步升级到通路功能。

SECTION 05

05

过敏性炎症为什么需要换成另一套指标

1、过敏性炎症的主轴往往不是传统“三件套”

在哮喘、特应性皮炎以及部分过敏性疾病中,真正核心的免疫背景往往涉及2型免疫反应。

这时IL-4、IL-5、IL-13以及上皮来源的TSLP、IL-33等信号,通常比单纯检测TNF-α更接近疾病机制。

与此同时,嗜酸性粒细胞、肥大细胞和2型辅助性T细胞等细胞组成也需要被纳入考虑。

2、如果只测TNF-α和IL-6,可能只看到“有炎症”

这种结果并不一定错。

问题是它很难解释:

为什么会有嗜酸性粒细胞浸润,为什么会产生IgE相关反应,为什么屏障功能发生异常,以及候选干预究竟有没有改变2型炎症本身。

所以过敏性炎症需要围绕疾病主轴重新构建指标,而不是在常规促炎因子后面简单再加一个IL-4。

SECTION 06

06

IL-17型炎症为什么不能只测IL-6和TNF-α

1、IL-17可以把免疫细胞和组织细胞直接连接起来

在银屑病、部分自身免疫疾病和黏膜炎症中,IL-23/IL-17相关通路具有很高研究价值。

IL-17不仅是一个T细胞因子,还可以直接作用于角质形成细胞、上皮细胞以及其他组织细胞,诱导进一步的趋化和炎症放大。

所以如果疾病主轴本身就是IL-17相关,实验只看IL-6和TNF-α会缺少最关键的一层。

2、IL-17型炎症还应该看下游细胞募集

一个真正完整的机制,不应该只做到“IL-17下降”。

更值得继续回答的是,IL-17下降以后,中性粒细胞相关趋化信号有没有改变,组织中的中性粒细胞浸润有没有下降,以及最终病理表型有没有改善。

这样才能建立从上游免疫信号到组织炎症的完整链条。

SECTION 07

07

I型干扰素相关炎症为什么很容易被常规指标漏掉

1、部分疾病最突出的并不是TNF-α,而是干扰素程序

病毒感染、系统性自身免疫以及部分中枢神经炎症中,可以出现明显I型干扰素相关反应。

这类状态的典型特点之一,是一系列干扰素刺激基因持续升高。

如果仍然只测TNF-α、IL-1β和IL-6,很可能会得到一个很普通的“存在炎症”结论,却看不到真正主导疾病的信号轴。

2、这时应该根据科学问题增加干扰素相关指标

例如可以围绕干扰素受体、JAK/STAT以及ISG15、MX1、IFIT等干扰素刺激程序进行评价。

如果候选干预能够降低这些指标,并进一步改善疾病表型,才更接近“候选机制调控I型干扰素相关炎症”这一结论。

所以炎症指标真正需要围绕疾病机制改变,而不是永远围绕几个经典细胞因子不变。

SECTION 08

08

代谢性炎症为什么更不能只靠几种细胞因子判断

1、代谢性炎症往往是长期、低度而持续的

肥胖、脂肪肝、胰岛素抵抗等疾病中的炎症,通常不像急性感染那样短时间大幅释放大量炎症因子。

它往往伴随脂质堆积、细胞器应激、代谢重编程和免疫细胞组成变化长期存在。

因此,只比较血清TNF-α和IL-6,有时很难完整反映组织内部的病理。

2、真正需要把代谢异常和免疫状态连接起来

例如在脂肪组织炎症中,需要进一步判断巨噬细胞组成和功能是否发生变化。

在脂肪性肝病中,则需要结合脂毒性、肝细胞损伤、Kupffer细胞或浸润髓系细胞以及纤维化过程。

如果只测几个细胞因子,容易把“代谢疾病中的慢性组织重塑”过度简化成普通急性炎症。

SECTION 09

09

同一种疾病在不同阶段,炎症指标为什么也应该变化

1、炎症不是一个固定不动的过程

很多疾病都会经历启动、放大、组织损伤、炎症消退以及修复等不同阶段。

早期可能以TNF、IL-1和中性粒细胞募集为主。

进入中后期以后,巨噬细胞状态、T细胞反应、细胞死亡、纤维化和组织重塑的重要性可能逐中后期以后,巨噬细胞状态、T细胞反应、细胞死亡、纤维化和组织重塑的重要性可能逐渐增加。

所以一个疾病并不存在永远适用的固定炎症指标。

2、单一终点很容易把病程压扁

假设一个急性损伤模型只在第7天检测TNF-α。

即使早期第1天TNF-α曾经剧烈升高,到第7天也可能已经基本恢复。

这时候得到“TNF-α没有明显变化”,不能说明这个疾病没有发生TNF相关炎症。

只是取样时间错过了窗口。

3、时间曲线本身就是机制证据

如果能够看到某个上游炎症信号最早升高,随后出现细胞募集,最后才发生组织损伤,这种时间顺序本身就能够帮助建立机制。

因此炎症研究最好先通过预实验确定病程窗口,再选择正式取样点。

SECTION 10

10

血清正常,为什么局部组织仍然可能存在明显炎症

1、局部炎症不一定会形成系统性变化

脑、皮肤、肠道、关节以及局部肿瘤组织,都可能形成非常强的局部炎症,而血液中的细胞因子变化并不明显。

所以“血清IL-6没升高”不能直接推导成“组织没有炎症”。

2、不同样本回答的问题不同

血清更适合反映系统性循环炎症。

组织匀浆反映的是整个局部组织中的总体炎症环境。

细胞培养上清更接近某一细胞体系真实释放到胞外的炎症介质。

关节液、支气管肺泡灌洗液等局部液体,则能够提供特定器官腔隙中的炎症信息。

所以采什么样本,本身就应该由科学问题决定。

3、局部疾病优先保证局部证据

如果研究的是结肠炎,却只有血清炎症因子,没有结肠局部炎症和组织损伤证据,机制会显得非常空。

同样,如果研究脑炎症,只测外周血TNF-α,也很难准确代表脑内小胶质细胞和其他神经免疫变化。

SECTION 11

11

同一个炎症因子升高,为什么还要继续追它来自哪一种细胞

1、整块组织检测只能告诉你“这里变多了”

假设结肠组织IL-1β明显升高。

这个结果能够证明局部IL-1β相关炎症增强,却不能告诉你究竟是哪一种细胞在产生。

可能是浸润髓系细胞,也可能是组织驻留免疫细胞,或者其他受损组织细胞参与。

如果文章准备继续做细胞机制,就必须向来源追踪。

2、同一个因子由不同细胞产生,机制意义可能不同

例如同样是IL-6,如果主要由巨噬细胞产生,说明上游可能是髓系免疫激活。

如果主要来自成纤维细胞或者上皮细胞,则可能说明组织细胞本身已经成为炎症放大器。

所以“谁分泌”不是一个额外的细节。

它直接决定了后面的上游机制应该去哪里找。

3、机制做到一定深度以后,要从组织水平进入细胞来源

可以根据课题选择流式分群、细胞分选、免疫共定位、细胞特异性干预或者体外验证。

真正完整的路径应该从“组织中某因子升高”,逐渐推进到“哪一类细胞因为哪一个上游信号产生了这个因子”。

SECTION 12

12

炎症因子到底应该测转录、蛋白还是分泌水平

1、信使RNA升高只能证明转录增加

实时荧光定量PCR非常适合判断炎症基因转录有没有变化。

但转录增加并不自动等于成熟蛋白已经大量形成,更不能直接等于细胞已经把这些因子释放到胞外。

所以如果实验只做mRNA,不适合把结果写成“炎症因子分泌增加”。

2、蛋白表达和真正释放也不是完全一回事

有些细胞因子需要经过翻译、加工和分泌,才能真正发挥胞外作用。

IL-1β就是很典型的例子。

前体表达增加与成熟IL-1β释放不是同一个层级。

如果研究炎症小体,仅仅检测总IL-1β表达往往不足以说明通路完成了功能激活。

3、检测方式应该和结论层级匹配

如果准备证明基因转录被激活,可以做mRNA。

如果准备证明细胞内蛋白变化,可以进行蛋白检测。

如果准备证明细胞真正向外释放炎症因子,就应该尽量评价上清、局部液体或者其他分泌层面的结果。

实验方法本身应该服务于最终准备写出的结论。

SECTION 13

13

炎症因子下降,为什么仍然不能直接等于疾病改善

1、炎症下降和组织恢复可能存在明显时间差

一个候选干预能够快速降低TNF-α和IL-1β,不代表已经形成的组织损伤能够立即恢复。

例如关节骨侵蚀、肝纤维化、神经元死亡和屏障破坏,一旦形成以后,都可能需要更长时间恢复。

所以炎症改善和组织功能恢复应该分开评价。

2、某些疾病到了后期,主要问题已经发生转移

急性炎症过后,疾病可能进入纤维化、瘢痕、异常修复或者长期功能障碍阶段。

此时即使炎症因子已经回落,疾病仍然可能继续发展。

如果仍然只盯着TNF-α、IL-1β和IL-6,很容易得出“炎症已经恢复,所以疾病应该恢复”的错误判断。

3、最终必须回到疾病相关功能

研究肠炎,需要回到屏障、组织损伤和肠功能。

研究肺损伤,需要关注肺结构和呼吸相关功能。

研究神经炎症,需要进一步判断神经元、突触和行为学有没有恢复。

炎症因子是机制证据的一部分,不应该代替真正的疾病结局。

SECTION 14

14

炎症指标到底应该测几个,怎样避免“指标越多机制越散”

1、炎症指标并不是越多越专业

很多项目为了显得“炎症检测完整”,一次测十几个甚至几十个细胞因子。

最后结果就是:

这个升高,那个下降,还有几个没有变化。

数据很多,却没有形成明确机制。

问题不在检测数量,而在指标之间没有逻辑关系。

2、一个更实用的方法是覆盖三个层级

第一层应该选择疾病真正的上游驱动或者候选靶点相关指标。

第二层选择能够反映主要免疫细胞募集和炎症效应的指标。

第三层再回到组织损伤或者真实功能。

例如研究IL-17型炎症,不需要为了“全面”把所有细胞因子都测一遍。

更合理的是围绕IL-23/IL-17相关驱动、中性粒细胞募集以及对应组织表型形成一条完整链。

3、指标少一点,但每一个都有位置,机制反而更清楚

一个由5个有明确上下游关系的指标组成的方案,往往比20个互不相关的细胞因子更容易解释。

科研文章真正需要的是逻辑密度,而不是检测数量。

SECTION 15

15

一套更合理的炎症指标选择流程应该怎么设计

1、第一步先明确这是什么类型的炎症

首先判断当前疾病更接近感染性炎症、无菌损伤、过敏性炎症、自身免疫炎症、IL-17相关炎症、干扰素相关炎症,还是代谢性慢性炎症。

如果连疾病主轴都没有先判断,后面的指标选择就很容易变成机械套用。

2、第二步明确主要参与细胞

需要进一步判断疾病主要涉及中性粒细胞、巨噬细胞、T细胞、嗜酸性粒细胞,还是某种组织细胞本身。

这一步会直接决定应该增加哪些细胞募集和功能指标。

3、第三步找到真正的上游驱动

如果研究NLRP3,就应该围绕炎症小体功能建立证据。

如果研究IL-17,就应该围绕对应的免疫轴和组织反应设计。

如果研究I型干扰素,就需要增加干扰素响应程序。

不能所有不同靶点最终都只落到TNF-α下降。

4、第四步保留少量广义炎症指标

TNF-α、IL-1β和IL-6仍然可以保留其中一部分,作为广义炎症背景或者支持性证据。

但它们不应该代替疾病特异指标。

5、第五步加入细胞募集或者局部效应证据

例如中性粒细胞浸润、巨噬细胞变化、T细胞状态或者其他与疾病主轴对应的细胞证据。

这样可以把“细胞因子变化”真正落到组织免疫反应。

6、第六步加入疾病相关功能

最后需要评价组织病理、屏障、细胞死亡、纤维化或者其他真实功能。

这样才能建立从炎症驱动到疾病表型的完整逻辑。

SECTION 16

16

炎症研究最容易出现哪些实验设计问题

1、任何疾病都默认检测TNF-α、IL-1β和IL-6

这三个指标可以作为基础炎症证据,但不能代替疾病特异机制。

2、根据某一个下游因子直接倒推唯一上游通路

例如IL-1β升高以后直接写成NLRP3激活,而没有通路层面的进一步验证。

3、过敏性炎症仍然只看传统促炎因子

这样容易漏掉2型免疫主轴。

4、病毒相关炎症不检测干扰素程序

只测TNF-α,很可能抓不到最关键的抗病毒免疫变化。

5、无菌炎症不考虑损伤相关信号

最后只能得到“炎症升高”,却解释不了为什么没有病原体也会出现强炎症。

6、只测血清,不看病变组织

局部疾病尤其容易因此漏掉真正的炎症变化。

7、整块组织检测以后,直接声称某一种细胞分泌增加

组织结果不能自动证明细胞来源。

8、信使RNA升高以后直接写“分泌增加”

转录、蛋白加工和胞外释放是不同层级。

9、只看促炎因子,不看疾病阶段

到了修复期仍然使用完全相同的早期炎症指标,容易错过病程转换。

10、炎症因子下降以后就直接写疾病恢复

如果组织损伤和功能没有恢复,这个结论并不完整。

11、一次测很多因子,却没有提前提出主轴

最后容易变成结果堆积。

12、根据哪个因子显著,就临时围绕哪个因子讲机制

这种做法很容易形成事后解释。

更合理的是在实验前根据疾病和机制提前确定核心指标。

SECTION 17

17

博恩生物可以为炎症机制研究提供哪些实验支持

1、可以根据疾病类型重新设计炎症指标

很多项目现在的问题并不是“没有炎症数据”,而是已经做了TNF-α、IL-1β和IL-6,却发现文章继续往下很难推进。

这时候继续补更多同类型炎症因子,未必能够解决问题。

博恩生物可以根据疾病模型、现有实验结果和候选机制,帮助重新判断当前研究属于哪一种炎症背景,再选择真正有机制价值的指标。

例如过敏相关模型可以更多关注2型免疫,中性粒细胞主导疾病可以增加对应趋化和募集证据,干扰素相关疾病可以围绕干扰素响应程序继续推进,无菌损伤则可以进一步拆损伤信号、炎症小体和细胞死亡。

2、可以把“炎症因子升高”继续追到细胞来源

如果组织中已经发现某个炎症因子明显升高,可以进一步通过细胞实验、组织共定位、流式分群或者其他适合的方法判断主要来源细胞。

这样可以把“组织炎症增强”进一步推进到“哪一类细胞通过什么机制产生了炎症”。

3、可以根据结论选择合适的检测层级

如果研究转录调控,可以重点评价基因表达。

如果准备证明蛋白通路激活,则需要增加相应蛋白证据。

如果研究真正的细胞因子释放,就需要考虑细胞上清、局部组织液或者其他分泌层面的检测。

避免用一个检测层级承担超出它能力范围的结论。

4、可以把炎症变化和真实疾病功能连接起来

炎症研究真正做深以后,最终仍然需要回到疾病。

博恩生物可以根据具体模型,把炎症指标与组织病理、细胞死亡、屏障功能、纤维化、免疫细胞浸润以及相应疾病功能连接起来。

这样才能判断候选干预究竟只是“让几个炎症因子下降”,还是确实改变了疾病病理。

所以炎症实验真正需要避免的,并不是检测TNF-α、IL-1β和IL-6。

这几个因子依然很重要。

真正需要避免的是:

无论什么疾病、什么时间点、什么候选机制,都只用这一套指标解释所有炎症。

炎症不是一个单独指标,也不是一个固定套餐。

不同疾病可能由不同免疫轴驱动,同一个疾病在不同阶段也可能发生炎症主导机制转换。

所以设计炎症指标时,更值得先问:

这个疾病最核心的炎症类型是什么?主要是哪一类细胞参与?候选机制位于哪一个环节?这个时间点最应该看到什么变化?最终这些炎症变化有没有真正改变组织功能?

当这几个问题被逐渐才从一套常规检测,真正变成可以支撑机制的实验设计。

联系我们
Contact us
地址:南京市雨花台区长虹路445号6号楼
电话:86-025-52169496
传真:86-025-52169496
业务咨询专线:17302579479
邮编:210000
邮箱:biornservice@163.com
微信扫码关注
我们的公众号
文字内容为主
小红书APP扫码关注
我们的小红书官方号
短视频博客形式为主
基础科研入口:
聚焦前沿生命科学研究方向、研究热点、科研思路、思维、 研究方案设计指南分享
如您是医药企业,请切换至医药企业界面
E-mail
biornservice@163.com
Tel
86-025-52169496
17302579479
微信扫描二维码
快捷添加售前技术
返回顶部
Contact us