佐剂诱导小鼠/大鼠/转基因鼠RA

发布时间：2025-06-30 14:18:31 阅读量：3 作者：生物检测中心

佐剂诱导的小鼠、大鼠及转基因鼠类风湿性关节炎模型：原理、应用与评价

类风湿关节炎（RA）是一种病因未明的慢性自身免疫性疾病，主要累及滑膜关节，导致进行性关节破坏和功能障碍。为了更好地理解其复杂的发病机制并评估潜在的治疗策略，研究人员发展了多种动物模型。其中，佐剂诱导的关节炎（AIA）模型因其操作相对简便、重现性好且病理特征与人类RA具有相似性，成为广泛应用的工具。该模型不仅适用于常规的小鼠和大鼠，也常在特定基因修饰的转基因鼠中应用，以深入探究特定基因或通路在RA中的作用。

一、 佐剂诱导关节炎（AIA）模型的核心原理

AIA模型的建立依赖于向易感动物皮下注射弗氏完全佐剂（CFA）。CFA的核心成分是矿物油（石蜡油）和灭活或减毒的分枝杆菌（如结核分枝杆菌）。其诱导关节炎的机制涉及复杂的免疫反应：

  1. 固有免疫激活： 分枝杆菌的细胞壁成分作为强效的固有免疫激动剂，通过Toll样受体（TLR）等模式识别受体激活抗原呈递细胞（如巨噬细胞、树突状细胞）。
  2. 炎症反应爆发： 活化的APC产生大量促炎细胞因子（如TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-17, IL-23）和趋化因子，募集并激活中性粒细胞、单核细胞等炎症细胞。
  3. 自身免疫反应启动： 佐剂中的分枝杆菌抗原以及局部组织损伤释放的自身抗原被APC摄取、加工并呈递给T细胞（尤其是Th1和Th17细胞）。同时，佐剂强大的佐剂效应打破了机体对自身抗原的免疫耐受。
  4. 交叉反应与旁观者激活： 分枝杆菌抗原中的某些表位可能与关节组织中的自身抗原（如热休克蛋白）存在分子模拟，导致针对自身抗原的T细胞和抗体产生（类风湿因子RF、抗瓜氨酸化蛋白抗体ACPA在某些模型中也可能升高）。
  5. 靶向关节损伤： 活化的T细胞、B细胞、巨噬细胞、中性粒细胞大量浸润滑膜组织，形成血管翳。这些细胞及其产生的细胞因子、趋化因子、金属蛋白酶（MMPs）等效应分子共同作用，导致滑膜衬里层增生、血管生成、软骨侵蚀、骨破坏以及全身性炎症反应。
 

二、 不同动物种类在AIA模型中的应用特点

  1. 大鼠AIA模型：

    • 经典模型： Lewis、Wistar、SD等品系大鼠对CFA高度敏感。
    • 发病特点：
      • 通常在注射后10-14天发病。
      • 呈现急性、单相过程，关节炎症状（多发性关节肿胀、红斑、僵硬）持续数周后逐渐消退。
      • 原发性炎症通常出现在注射部位对侧的足爪（非注射侧），继发性炎症可累及多个关节（爪、踝、腕）。显著的踝关节肿胀是主要临床指标。
      • 病理特征包括显著的滑膜炎症、血管翳形成、软骨侵蚀和骨破坏（骨膜炎、骨侵蚀）。
      • 常伴随全身症状（体重减轻、发热、脾肿大）。
    • 优势： 发病快、症状重、个体间差异相对小，关节尺寸较大便于操作和观察（如测量肿胀度、影像学、组织学），成本相对较低。
    • 局限性： 急性单相病程与人类RA的慢性、进行性、反复发作特点不完全吻合；模型发生机制中针对分枝杆菌抗原的直接免疫反应成分较大；自身免疫特征（如RF、ACPA）不一定显著。

  2. 小鼠AIA模型：

    • 常用品系： DBA/1, C57BL/6, BALB/c等。不同品系敏感性不同。
    • 发病特点：
      • 发病时间稍晚于大鼠（约14-21天），但个体差异和品系差异可能更大。
      • 病程通常呈慢性、持续性，持续时间较长（可达数月），更接近人类RA的慢性病程特点。
      • 炎症常累及四肢小关节（趾、踝、腕），有时也累及尾巴椎关节。
      • 病理特征包括滑膜炎、血管翳形成、软骨破坏和骨侵蚀，但严重程度可能因品系和佐剂配方而异。
      • 自身免疫反应（如自身抗体）在某些品系和条件下可能更为明显。
    • 优势： 基因背景清晰，品系丰富，易于进行基因操作（建立转基因或基因敲除模型），更适合长期药效观察（慢性病程），可获得大量同基因型动物。免疫学和分子生物学研究工具极其丰富。
    • 局限性： 关节较小，操作（如注射、测量、影像学、组织学处理）技术难度稍高；个体间关节炎严重程度差异可能比大鼠大；对特定佐剂配方敏感性不一。

  3. 转基因鼠AIA模型：

    • 核心价值： 在常规小鼠或大鼠AIA模型基础上，引入或删除特定基因，用于精确解析特定基因、分子或信号通路在佐剂诱导的关节炎发生、发展及治疗反应中的作用。
    • 常用类型：
      • 基因敲除鼠： 例如，敲除关键促炎细胞因子（TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-17A, IL-23）或其受体基因的小鼠，接种CFA后关节炎严重程度通常显著降低，明确证实这些因子在疾病中的驱动作用。敲除调控T细胞（Treg）功能的关键基因（如FoxP3）可能加重疾病。
      • 基因过表达/条件性敲除鼠： 在特定细胞类型（如T细胞、巨噬细胞、成纤维样滑膜细胞）中过表达致病基因（如hTNF-α）或条件性敲除保护性基因，可以更精确地模拟特定细胞在疾病中的作用。
      • 人源化转基因鼠： 表达人源RA相关分子（如HLA-DR4/DR1等位基因、人源TCR、人源细胞因子），用于研究人类易感基因的作用或评估靶向人源分子的治疗药物。
    • 发病特点及评价： 关节炎的发病率、严重程度、病程和病理特征高度依赖于所修饰的基因及其功能。通过与同窝野生型对照比较，可以定量评估该基因在AIA中的作用（加重、减轻或无影响）。
    • 优势： 提供无与伦比的机制研究深度，能够建立明确的因果关系。是验证潜在治疗靶点分子机制的关键工具。
    • 局限性： 成本和复杂性高（需要建立和维持转基因品系），结果有时可能受到遗传背景补偿效应的影响；单个基因的修饰可能无法完全模拟人类疾病的多基因复杂本质。
 

三、模型建立的关键技术与评价指标

  1. 模型建立：

    • 佐剂制备： 准确配制CFA（如将灭活分枝杆菌粉末充分悬浮于矿物油中），确保乳化充分（油包水状态）。
    • 注射方案： 常用尾根部皮下或足垫皮内注射（大鼠常用）。注射剂量和体积（如0.1-0.2ml）需根据动物种类和品系优化。足垫注射可更快诱发局部炎症，但可能导致溃疡影响动物活动；尾根注射更常用（全身性疾病模型）。
    • 动物管理： 提供标准饲料和水，适应性饲养后进行操作。密切监测动物状态（疼痛、体重、活动度），必要时提供止痛等支持护理。

  2. 评价指标：

    • 临床评分： 定期（如每2-3天）评估四肢关节的红肿程度，采用评分量表（如0-4分/爪，0正常，4严重红肿僵硬）。计算累积评分或平均评分。测量踝关节或足爪厚度。
    • 体重监测： 关节炎常导致体重减轻，是重要的全身性疾病指标。
    • 影像学评估（X光，Micro-CT）： 评估骨破坏（骨侵蚀、关节间隙狭窄）、骨膜炎、关节畸形和软组织肿胀。是评估骨关节损伤的金标准之一。
    • 组织病理学评估： 取踝关节等病变关节进行固定、脱钙、石蜡包埋、切片、染色（H&E观察炎症浸润、滑膜增生、血管翳；番红O/固绿或甲苯胺蓝评估软骨丢失；TRAP染色观察破骨细胞）。进行半定量或定量病理评分（滑膜炎症、血管翳、软骨破坏、骨侵蚀）。
    • 血清学/免疫学指标： 检测血清中促炎细胞因子（TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-17）、自身抗体（RF, ACPA - 在部分AIA模型中可诱导产生）、急性炎症标志物（如CRP）水平。
    • 分子生物学分析： 取滑膜组织进行RNA或蛋白提取，分析特定基因表达（qRT-PCR）或蛋白水平（Western blot, ELISA, 免疫组化）。
 

四、AIA模型在RA研究中的应用与价值

  1. 发病机制研究： 深入解析固有免疫和适应性免疫在关节炎启动、放大和维持中的作用；研究特定细胞因子、趋化因子、信号通路（如NF-κB, JAK/STAT）、细胞（Th17, Treg, B细胞, 巨噬细胞, 成纤维样滑膜细胞, 破骨细胞）的功能；探讨炎症与骨破坏的关联机制。
  2. 药物/治疗策略评估：
    • 预防性研究： 在诱导关节炎前给药，评估药物阻止疾病发生的能力。
    • 治疗性研究： 在关节炎症状出现后给药（即发病后干预），评估药物对已发生炎症和关节破坏的改善作用（减轻临床评分、抑制骨破坏、改善组织病理）。这是更接近临床应用的评价方式。
    • 评估范围： 传统DMARDs（甲氨蝶呤）、生物制剂（抗TNF-α, 抗IL-6R, 抗IL-17A, 抗IL-23/IL-12p40, B细胞耗竭剂）、小分子靶向药物（JAK抑制剂）、新型靶向疗法（靶向特定通路分子或细胞）以及天然产物、细胞治疗等。
  3. 生物标志物发现： 鉴定与疾病活动度、分型或治疗反应相关的潜在血清或组织生物标志物。
  4. 转基因鼠验证靶点： 利用转基因鼠AIA模型确证特定基因/蛋白作为治疗靶点的有效性和安全性（概念验证）。
 

五、局限性与注意事项

  1. 并非完美的人类RA： AIA是诱导性模型，有明确的触发因素（分枝杆菌抗原），而人类RA病因不明。其自身免疫特征（如RF/ACPA的普遍性和水平）通常不如胶原诱导关节炎（CIA）模型或某些自发性模型（如K/BxN）显著。急性模型（如大鼠）的慢性化不足。
  2. 佐剂特异性反应： 针对佐剂中分枝杆菌抗原的强烈免疫反应是模型的基础，这可能与人类RA中针对未知自身抗原的反应不完全相同。
  3. 动物福利： AIA模型可导致动物明显的疼痛和不适（关节肿胀、僵硬、行动困难）。研究者必须严格遵守动物伦理规范，实施细致的监测并提供必要的镇痛和护理措施，将动物痛苦降到最低。研究方案需经伦理审查委员会批准。
  4. 选择合适模型： 应根据研究的具体目的（急性机制 vs 慢性病理/治疗；特定基因功能；骨破坏研究）仔细选择动物种类（大鼠 vs 小鼠）、品系和模型类型（常规 vs 转基因）。有时需要结合使用多种模型（如AIA+CIA）。
 

结论：

佐剂诱导的关节炎模型，特别是应用于小鼠、大鼠及其转基因品系，是研究类风湿关节炎发病机制和治疗策略不可或缺的工具。大鼠AIA模型以其急性、高发病率和高重复性适用于快速筛选和急性机制研究；小鼠AIA模型的慢性病程更贴近人类RA特征，且基因修饰资源丰富，广泛用于机制探索和药物评价；转基因鼠AIA模型则提供了在分子水平上精确剖析特定基因或通路功能的强大能力。尽管存在局限性，通过严谨的实验设计（包括合适的对照组、盲法评估、综合多指标评价）和严格的动物伦理考量，AIA模型在推动我们对RA的理解和开发新型疗法方面持续发挥着关键作用。它在阐明免疫细胞活化、细胞因子风暴、滑膜炎症和骨关节破坏的级联反应中贡献卓著，为转化医学研究奠定了坚实基础。