自身免疫性疾病(Autoimmune Diseases,ADs)是由免疫系統對自身抗原發起攻擊,導致細胞破壞、組織損傷或器官功能障礙而引起的慢性疾病。目前已確定的自身免疫性疾病有近100種,其中常見的有再生障礙性貧血、類風濕性關節炎、系統性紅斑狼瘡、銀屑病。由于ADs可能造成嚴重而廣泛的器官損害,ADs患者的健康相關生活質量和勞動能力可能會降低。因此建立與人類自身免疫性疾病相似的動物模型是研究ADs的有效方法,有助于研究疾病的發病機制和有效的治療藥物。常見的自身免疫性疾病動物模型包括:
1 再生障礙性貧血模型
再生障礙性貧血(Aplastic Anemia,AA)是一類由多種原因造成骨髓細胞破壞、骨髓造血功能受損從而導致外周血全血細胞減少,臨床上出現貧血、感染、出血等特征的獲得性骨髓衰竭性綜合征。目前認為T淋巴細胞異常活化、功能亢進造成骨髓損傷在原發性獲得性AA發病機制中占主要地位。新近研究顯示輔助性T細胞亞群Th1/Th2分化偏移、調節性T細胞、NK細胞、Th17、樹突狀細胞(DC細胞)以及巨噬細胞等功能異常參與了AA發病。
1.1 異體淋巴細胞輸注聯合全身輻照的免疫介導AA模型
使用供鼠淋巴細胞輸注和全身輻照(TBI)聯用的方法建立免疫介導的AA模型。實驗通過將親代雄性和雌性DsRed轉基因小鼠配種后的子一代雌性小鼠(8~12周齡,體質量18~22 g)的淋巴結單細胞懸液以5×106/只的劑量,通過尾靜脈注射注入經過5 Gy的TBI 4 h后的雌性C.B10小鼠進行造模。
將DBA/2小鼠胸腺淋巴結混合細胞按照1×106/只的劑量由尾靜脈注入經4Gy137銫-γ射線全身照射的雌性BALB/c小鼠進行造模。實驗小鼠的一般情況(小鼠精神狀況、死亡狀況、運動、外部形態及解剖后內臟變化)和體質量變化以及外周血(紅細胞、白細胞及血小板)及骨髓有核細胞數等指標均符合AA的表現。
將雷帕霉素注入全身輻照聯合異體淋巴細胞輸注誘導的AA模型中發現,雷帕霉素可抑制T細胞中磷酸化S6和AKT的活性,表明雷帕霉素是通過調節mTOR的活性來發揮免疫抑制功能。
1.2 重組γ-干擾素聯合白消安的AA模型
使用小鼠源性重組γ-干擾素聯合白消安建立AA模型。實驗通過予以近交系雌性BALB/c小鼠2 mg/mL的白消安懸液灌胃10 d,并同時腹腔注射小鼠源性重組γ-干擾素(IFN-γ)7 500 U/d進行造模。
人和小鼠的γ-干擾素有65%同源性,且重組人γ-干擾素價格低廉,容易獲得,穩定性好。使用重組人γ-干擾素聯合白消安建立AA模型。實驗通過用18 mg/(kg·d)的劑量予以雌性昆明小鼠2 g/L的白消安生理鹽水懸液灌胃7 d,并同時腹腔注射重組人γ-干擾素1×104U/d進行造模。
既往研究發現再生障礙性貧血患者骨髓和外周血中γ-干擾素明顯增多并且是導致AA最重要的細胞因子。一定濃度(750~1 000 U/mL)IFN-γ可提高造血祖細胞對凋亡的敏感性從而抑制造血祖細胞生長并且引發骨髓細胞和CD34+細胞凋亡,最終導致AA。
白消安可以導致造血干細胞增殖缺陷并造成骨髓間質損傷,從而誘導AA。
2 類風濕性關節炎模型
類風濕性關節炎(Rheumatoid Arthritis,RA)是一種與慢性炎癥過程相關的系統性自身免疫病,目前認為是由于瓜氨酸失調導致產生抗瓜氨酸蛋白抗體導致的。RA的主要臨床表現為對稱性、侵襲性小關節炎性反應,可累及到關節外器官,導致關節畸形和強直。RA發病涉及滑膜細胞增殖和纖維化、血管翳形成、軟骨和骨侵蝕等過程,TNF-α、IL-6和IL-1等炎性因子參與其發病。
2.1 佐劑誘導性關節炎(Adjuvant-Induced Arthritis,AA)模型
AA又稱弗氏佐劑關節炎,弗氏佐劑分為完全弗氏佐劑(CFA)和不完全弗氏佐劑(IFA),其作用機制是結核分枝桿菌致關節炎抗原為熱休克蛋白,RA患者軟骨內具有與熱休克蛋白相似的蛋白多糖橋聯蛋白抗原成分,弗氏佐劑注入激活T細胞,從而參與RA發病機制。
實驗通常將100μL的完全弗氏佐劑通過皮下注射的方式注入雄性Wistar大鼠跖下區域來構建AA模型。性別差異對佐劑誘導的RA模型有一定影響,雌性大鼠對體液免疫有較強的反應,炎癥反應更加強烈。
2.2 膠原誘導性關節炎(Collagen-Induced Arthritis,CIA)模型
CIA主要由Th1、Th2兩種T細胞共同調節,原本處于平衡的Th1/Th2亞群會出現失衡狀態,血清中IL-1β、TNF-α水平會持續升高。
在小鼠尾部基部遠端2 cm處皮內注射牛Ⅱ型膠原蛋白和CFA混合乳劑,第21天加強注射IFA混合乳劑也構建出了CIA小鼠模型。在小鼠選擇方面,有實驗發現B10·RIII、C57BL/6(H-2b)等小鼠均可以構建CIA模型,但是造模率不如DBA/1J小鼠。
將1 g/L的牛Ⅱ型膠原蛋白冰乙酸溶液混合制成乳液,在實驗的第1周和第2周分別向Wistar大鼠的趾或尾注射0.2 mL和0.1 mL的乳液構建CIA模型。有研究顯示,將牛Ⅱ型膠原蛋白和CFA 1∶1(V∶V)配制成乳化劑,向大鼠尾部皮下注射0.2 mL,6 d后加強注射0.1 mL的IFA混合乳劑,也可制備關節炎模型。
3 系統性紅斑狼瘡模型
系統性紅斑狼瘡(Systemic Lupus Erythematosus,SLE)是一種多因素導致的復雜自身免疫性疾病,涉及多系統,涵蓋了表觀遺傳、遺傳、生態和環境因素,激活先天免疫和適應性免疫,引發T細胞激活自身反應性B細胞并導致免疫復合物在組織中沉積,從而觸發自身免疫級聯反應,可能單一器官受損也可能導致全身性免疫反應。目前尚不清楚SLE的確切病因,已知導致該病的主要因素包括日曬、懷孕、治療性流產、感染以及多種藥物。SLE的癥狀表現多種多樣,涵蓋了從輕微自愈的癥狀到嚴重威脅生命的器官受損的廣泛臨床表現。SLE的特征在于產生針對細胞核和細胞質抗原的抗體。
3.1 慢性移植物抗宿主病(cGVHD)引發的狼瘡模型
將親代小鼠的淋巴細胞注射到C57BL/6-DBA/2 F1雜交體中,會引起持續性淋巴組織增生、產生高丙種球蛋白血癥和類似SLE的疾病,即慢性移植物抗宿主病(cGVHD)。使用7~8周齡的雌性(C57BL/6-DBA/2J)F1雜交小鼠作為雌性DBA/2J供體淋巴細胞的受體,通過將含有來自供體胸腺、脾臟和淋巴結混合細胞的細胞懸液進行靜脈注射,成功建立了cGVHD模型的狼瘡性腎炎。
3.2 咪喹莫特(IMQ)誘發的狼瘡模型
IMQ屬于咪唑喹啉家族,最初被批準用于作為一線合成治療藥物,用于治療人乳頭瘤病毒(HPV)感染引起的生殖器尖銳濕疣。TLR信號傳導的改變會在人類和小鼠模型中導致狼瘡的發生和/或惡化。漿細胞樣樹突狀細胞(pDC)在SLE的發病機制中扮演關鍵角色,其通過TLR7激活后產生IFN-α。一項針對TLR-7轉基因小鼠的研究指出,增加TLR-7的特定劑量足以必要地促進具有RNA特異性的自身反應性B細胞和骨髓細胞的增殖。目前,除了涉及pDC的機制外,IMQ誘導的狼瘡模型中TLR7刺激與狼瘡樣疾病發展之間的潛在關系尚不清楚。
3.3 降植烷誘導的系統性狼瘡小鼠模型
降植烷是一種天然存在的烴類化合物,已知在小鼠模型中無論其遺傳背景如何,都是觸發狼瘡特異性自身抗體的最有效化學物質。類似于人類狼瘡受試者,單次腹腔內施用碳氫化合物降植烷(TMPD)會引發干擾素特征、異常B細胞刺激和凋亡細胞清除缺陷。這個疾病的病理學包括自身抗核抗體(ANA)、免疫復合物介導的腎小球腎炎、貧血、肺毛細血管炎和關節炎的發展。
4 銀屑病模型
銀屑病(Psoriasis)是由T細胞控制的全身性疾病。銀屑病產生皮膚破損是由于淋巴細胞、中性粒細胞、巨噬細胞大量的浸潤皮膚。銀屑病斑塊產生的IFN-α導致髓質細胞活化,DC細胞與T細胞相互作用的APC產生大量的細胞因子如TNF-α、IL-23、IL-12、IL-6。這類細胞因子促進角質形成細胞不斷增殖促使激活炎癥反應。T細胞在銀屑病發病中起十分重要的作用:T細胞包括CD8+和Th1識別皮膚中的APC,并與真皮的DC細胞相互作用而釋放細胞因子IL-23、IL-12,促進Th1、Th17、Th22反應使表皮細胞凋亡。其中Th1型CD4+T細胞誘發銀屑病過程中會釋放大量IFN-γ和TNF-α。TNF-α能夠與其他細胞因子相互作用放大炎癥作用,還可以誘導DC細胞產生IL-23促進Th17細胞增殖分化從而分泌IL-17,刺激角質形成細胞增殖分化受損。角質形成細胞受損釋放炎癥趨化因子和抗菌肽,招募免疫細胞聚集,進一步加重銀屑病。
4.1 局部使用IMQ小鼠模型
IMQ局部涂抹小鼠造模的原理是利用IMQ可以誘導IL-23/IL-17軸表達,增加脾臟Th17細胞。Alsabbagh提出,IMQ誘導小鼠產生于銀屑病相似的免疫反應,是由于IL-23/IL-17軸和TNF-α免疫誘導而發病。
Van der Fits等將8~12周大的BALB/c和C57BL/6剃光小鼠背上和右耳上連續5到6 d涂抹62.5 mg 5%IMQ乳膏,即每天接受3.125 mg的活性化合物。同時對照組涂抹凡士林拉奈特乳膏。通過改良后的客觀評分系統對小鼠背部的炎癥嚴重程度進行評分。BALB/c小鼠在涂抹了5%的IMQ乳膏2~3 d后背部皮膚出現紅斑、脫屑。2種使用了咪喹莫特品系的小鼠均在實驗2~3 d后銀屑病炎癥癥狀逐漸出現,病情逐漸加重。實驗組小鼠的組織病理學特征顯示,小鼠的表皮分化紊亂;HE染色顯示有大量單核細胞浸潤。免疫組織化學分析顯示,經IMQ處理的小鼠皮膚中IL-23/IL-17軸促炎細胞因子短暫增加,表明IL-23/IL-17軸參與銀屑病發病。
4.2 皮內注射細胞因子小鼠模型
皮內注射細胞因子小鼠模型是為探究銀屑病發病機制中的IL-23/IL-17通路開發的一種簡單快捷的誘導小鼠模型,可以在灌洗過程中快速讀出并檢測小鼠細胞因子水平。實驗采用5~8周齡雌性C57BL/6,建立小鼠氣袋腔6 d后注射抗CD3、IL-23和IL-17β銀屑病炎癥觸發混合物,結果表明小鼠氣袋腔的T細胞被激活。
對上述幾種常見ADs的造模方法及機制進行歸納總結如下表(參考文獻略):
表1 自身免疫性疾病造模方法及機制
Table 1 Modeling Methods and Mechanisms of Autoimmune Diseases

5 總結
目前,很多ADs的發病機制和治療藥物效果并不明確,因此動物模型依舊是深入研究ADs的有效且必要工具。在AA的研究中,通常使用異體淋巴細胞輸注聯合全身輻照以及白消安聯合重組γ-干擾素構建動物模型;對于RA的研究,佐劑誘導性關節炎模型(AA)和膠原誘導型關節炎模型(CIA)因為具有操作簡單、造模速度快等優點而被廣泛使用;在對SLE有關的研究中,通常使用c GVHD誘導的狼瘡模型、IMQ誘導型狼瘡模型和降植烷誘導型SLE模型;在構建銀屑病的模型時,局部使用IMQ進行造模是最常見的。然而,很多ADs的相關模型還不能準確模擬人類ADs的發病和臨床表現,例如目前大部分AA模型仍不符合人類再生障礙性貧血中T淋巴細胞過度活化的特征,因此仍然需要進一步探尋更加符合人類ADs的動物模型。
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