胶原抗体诱导Balb/c小鼠等RA - 中析研究所生物检测中心

胶原抗体诱导Balb/c小鼠关节炎模型：原理与应用

摘要：
胶原抗体诱导关节炎（Collagen Antibody-Induced Arthritis, CAIA）模型是利用外源性抗胶原蛋白II型抗体诱导Balb/c小鼠产生急性关节炎的有效方法。该模型具有发病迅速、重复性好、病理特征与人类类风湿性关节炎（RA）相似等优点，是研究RA发病机制、病理进程及药物疗效筛选的重要工具。

一、模型原理

CAIA模型的核心机制基于被动免疫诱导：

核心抗体： 注射高浓度的抗II型胶原蛋白（CII）单克隆抗体混合物（识别CII特定表位），直接靶向关节软骨中的CII成分。
炎症放大： 低剂量细菌脂多糖（LPS）作为激发剂，激活补体系统和固有免疫细胞（如巨噬细胞、中性粒细胞），放大抗体介导的炎症反应。
病理过程： 抗体结合软骨CII → 补体激活 → 炎症细胞浸润 → 释放炎症因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）和蛋白酶 → 滑膜炎、软骨破坏、骨质侵蚀。

二、关键材料与方法（无商业名称）

实验动物：
- 品系：雌性Balb/c小鼠（此品系对CAIA高度敏感）。
- 年龄：通常6-10周龄。
- 饲养：SPF级环境，自由饮食饮水，实验前适应性饲养≥7天。
主要试剂：
- 抗II型胶原蛋白单克隆抗体混合物： 包含多种识别鸡、鼠或牛CII不同表位的单克隆抗体，按说明书混合后使用（关键试剂）。
- 脂多糖 (LPS)： 大肠杆菌来源，用于激发炎症。
- 磷酸盐缓冲液 (PBS)： 用于稀释抗体和LPS。
- 组织固定液（如4%多聚甲醛）。
- 石蜡包埋、苏木素-伊红（H&E）染色、番红O-固绿染色试剂。
- 微型计算机断层扫描（micro-CT）固定液（如需）。
操作流程：
- Day 0：关节炎诱导
  1. 抗体混合：按要求混合不同克隆的抗CII单克隆抗体。
  2. 小鼠腹腔注射：一次性注射上述抗体混合物（通常剂量范围为50-100 mg抗体混合物/kg小鼠体重，溶于PBS）。 对照组注射等体积PBS。
- Day 3：炎症激发
  1. 腹腔注射LPS（通常剂量范围为25-50 μg LPS/只小鼠，溶于PBS）。 对照组注射等体积PBS。
- Day 4 开始：关节炎发作与进展监测
  - 关节炎通常在LPS注射后24-48小时内（Day 4-5）开始发作，并在随后数天（Day 7-10）达到高峰。
  - 发病后症状可能持续1-3周逐渐缓解（急性模型），或通过特定方法延长病程研究慢性期。
疾病评估：
- 临床评分 (每日)：
  - 评估四肢（双前爪 + 双后爪）共计四个爪子。
  - 每个爪子评分标准（0-4分）：
    - 0分：无红肿。
    - 1分：轻微红肿，局限于指/趾关节或踝/腕关节。
    - 2分：中度红肿，累及指/趾关节及掌/跖关节。
    - 3分：重度红肿，累及整个爪子。
    - 4分：关节强直/变形。
  - 单个动物总分为四肢评分之和（最高16分）。
- 爪肿胀度测量 (隔日)： 使用游标卡尺或专用测厚仪测量踝关节厚度。
- 组织病理学分析 (终点)：
  - 取材：安乐死小鼠，取下肢踝关节或膝关节。
  - 固定、脱钙、石蜡包埋、切片。
  - H&E染色：评估滑膜增生、炎症细胞浸润（评分）。
  - 番红O-固绿染色：评估软骨破坏（软骨丢失、蛋白聚糖减少）、骨质侵蚀（评分）。
- 影像学分析 (可选，终点)：
  - Micro-CT： 无创、高分辨率三维成像，精确量化骨侵蚀体积（骨破坏区域）和骨赘形成（新生骨）。
- 血清/组织样本分析 (终点)： ELISA检测血清中促炎因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）水平；关节组织匀浆也可用于检测。

三、模型特点与优势

发病快速、同步性好： 通常在LPS激发后1-2天内急性发作，同批小鼠发病时间集中，个体差异相对较小。
病理特征高度模拟人类RA： 显著滑膜炎、大量中性粒细胞和巨噬细胞浸润、血管翳形成（后期）、关节软骨破坏（蛋白聚糖丢失、软骨表层破坏）、骨侵蚀。
不依赖适应性免疫： 主要由抗体、补体和固有免疫细胞介导，排除了T/B细胞活化增殖过程的复杂性，便于研究固有免疫在RA中的作用。
适用性强： 广泛应用于：
- RA致病机制研究（炎症通路、骨侵蚀机制）。
- 潜在治疗靶点验证（如靶向细胞因子、趋化因子、信号通路分子的药物或抗体）。
- 新型抗炎药、缓解病情抗风湿药（DMARDs）、生物制剂及小分子抑制剂的药效学筛选和评估。
- 预防性或治疗性给药方案研究。

四、结果预期

临床： 注射后第4-5天开始出现爪子红肿、活动受限，第7-10天临床评分和踝关节厚度达到峰值。
影像（Micro-CT）： 显示关节周围骨侵蚀（骨表面凹陷、缺损）和可能的骨赘形成（骨增生）。
病理（H&E）： 滑膜组织显著增生、肥厚，大量炎症细胞（主要为中性粒细胞、巨噬细胞）浸润，关节腔内可见炎性渗出。血管翳形成（后期表现为滑膜组织向关节软骨侵袭）。
病理（番红O-固绿）： 关节软骨表层破坏、结构紊乱，番红O着色减弱甚至缺失（提示蛋白聚糖大量丢失），软骨下骨暴露或侵蚀。
血清学： 血清促炎因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）水平显著升高。

五、讨论与注意事项

Balb/c品系的优势： Balb/c小鼠对CAIA高度敏感，发病率高且病变严重，重现性好，是建立此模型的优选品系。
抗体与LPS的选择： 抗体混合物需覆盖关键表位，不同来源或批次抗体效价需标准化。LPS剂量需优化，过高可能导致系统性炎症反应甚至死亡，过低则可能激发不足。
模型的局限性：
- 急性模型为主，慢性化程度不如其他模型（如CIA）。
- 自身免疫特征不如CIA模型显著（缺少适应性免疫启动过程）。
- 病变程度可能较重，需严密监控动物福利。
伦理与动物福利： 需遵循实验动物伦理规范，设定明确的人道终点（如体重下降>20%、严重跛行无法自主取食饮水、临床评分≥12分等）。提供充足的食物、饮水和柔软的垫料，必要时提供湿粮或营养补充剂。镇痛方案应酌情考虑。
标准化操作： 抗体剂量、LPS剂量、注射时间、动物品系、性别、年龄、评分标准均需严格保持一致，以保证实验结果的可比性和可重复性。

六、结论

胶原抗体诱导关节炎（CAIA）模型利用Balb/c小鼠的高度敏感性，通过联合应用抗CII单克隆抗体和LPS，快速、可靠地诱导出与人类RA病理特征高度相似的急性关节炎。其在发病机制研究、药物靶点验证及疗效评价方面具有显著优势，是RA研究领域不可或缺的重要工具。严格的操作规范、准确的评估方法和充分的伦理考量是成功运用该模型的关键。

附图说明 (典型病理表现)：