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【摘 要】 类风湿关节炎是以关节滑膜慢性炎症为主的自身免疫性疾病,病因及发病机制尚未完全清楚,具有易复发、难治愈、致残率高等特点。动物模型在RA机制研究、药物筛选等方面具有重要的作用,文章对现阶段较常用的类风湿关节炎的造模方法、发病过程、机制及其优缺点进行阐述,以期为今后的实验、临床研究提供依据。
【关键词】 关节炎,类风湿;动物模型;自身免疫性疾病;综述
类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种以关节滑膜慢性炎症病变为主要特征的自身免疫性病变。我国的患病率为0.32 %~0.36 %,是造成我国人群丧失劳动力和致残的主要病因之一[1]。国内外学者对RA进行了大量的动物实验研究,并形成了一些较为成熟的动物模型,本文对现阶段较常用的关节炎模型进行简要阐述,以期借鉴。
1 佐剂性关节炎(adjuvant arthritis,AA)模型
AA模型最先由细菌学家Freund于20世纪50年代创立,是建立免疫性关节炎动物模型的常用方法[2]。多数是在大鼠足趾皮内注射弗氏完全佐剂(CFA)0.1 ml致炎;但另有研究表明,0.15 ml注射量可能是RA模型复制中的最佳注射量[3,4]。其发病机制主要为分子模拟理论,CFA皮内注射延缓机体吸收,造成对机体不断刺激而产生继发性自身免疫应答反应。
AA大鼠模型的原发病变属急性应激反应,致敏后即可出现致炎侧的关节、足跖红肿。18~24天达峰值,持续3天后逐渐减轻;致炎后10天左右发生继发病变,属自身免疫应答反应,20天左右达高峰,一般表现为造模后出现的致炎侧、非致炎侧(对侧) 及双前肢的关节和足跖肿胀,耳、尾“关节炎”结节等[5]。
该模型是目前应用最广泛的模型复制方法,具有耗费少、方法简单易行、病理表现类似于RA等优点;但AA缺乏慢性病理过程,病变具有一定自限性。
2 胶原性(collagen-induced arthritis,CIA)关节炎模型
CIA模型是Trentham等1977年首次建立的实验性关节炎模型[6],在大鼠背部、尾根部多点皮下注射CII胶原乳剂(1 mg·ml-1),每只大鼠1.0 ml。初次免疫10天后加强免疫,再在鼠背部、尾根部皮下注射1 ml乳剂(尽量避免与初次免疫注射位置相同) [7]。CIA的发生、发展是个复杂的免疫过程,由细胞免疫、体液免疫以及相关的细胞因子共同参与,且受控于主要组织相溶性复合体。CIA模型具有典型的关节炎体征,小鼠在致炎后24天左右出现,36天左右最严重;大鼠14天左右出现,21天左右最严重。后足踝关节最常受累,肿胀一般持续5~8周,最终导致关节的畸形。CIA的关节炎发病率比单独使用弗氏完全佐剂注射显著提高,且CIA模型临床症状、病理学改变等类似RA [8]。但CIA在同种属、同周龄、相同诱发因素和生活环境下,发病时间相差较大,临床表现轻重不一。
3 卵蛋白诱导的关节炎模型
最早由Dumonde和Glynn于1962年首次建立[9]。用卵蛋白溶解于生理盐水配成浓度为20 mg·ml-1的溶液,与等量弗氏佐剂混匀,注入动物背部皮下,每周1次,连续3周致敏,末次注射后1周于关节内注入5 mg卵蛋白[10]。其机制为关节内抗原持续存在,刺激滑膜细胞出现抗体并形成抗原-抗体-C3复合物,激活补体产生局部炎性反应,诱导 T 细胞介导的免疫反应,使大量淋巴细胞、单核-巨噬细胞及中性粒细胞浸润于滑膜间质,逐渐形成血管翳,其覆盖软骨后导致其变性和降解[11,12]。
关节内注入抗原后,24 h出现关节红肿热痛等急性炎症的表现,随后关节肿胀有所减轻,至14~21天达到平台期;1~4周内,关节滑膜明显增生,血管翳形成,部分动物可出现早期软骨破坏;4周后出现不可逆的关节软骨及骨破坏,最后可出现骨变形,最长到6个月时能够观察慢性炎症仍存在。
该模型成功率高,可在兔、羊等动物上复制,关节相对较大,适合需观察较大病变关节的研究,但免疫学指标及病程特点与RA具有一定的差异性[13-16]。
4 病症结合模型
中医根据其临床特征,病症结合模型主要分为风寒湿痹阻症模型、风湿热痹证模型和肾虚痹证模型。
风寒湿痹阻症动物模根据“风、寒、湿三气杂至,合而为痹”的中医学理论,在造模的第1天,于大鼠右后足跖皮内注射CFA 0.1 ml,同时将大鼠置于5~7 ℃冰水中,水深2 cm,站立20 min,同时伴以4级风力吹,每天1次,连续14天[17]。其他如将Wistar雄性大鼠尾根部、颈背部皮内多点注射小牛Ⅱ型胶原,其间每天在造模箱中给予风寒湿三种外界因素刺激的,为改良的胶原诱导性关节炎动物模型[18,19]。风湿热痹证模型同上述风寒湿痹证动物模型,只是将风寒湿刺激改为风湿热刺激。肾虚痹证模型由艾景录等[20]建立,具体方法为Ⅱ型胶原免疫注射制作实验性痹证模型,复加雄鼠雌激素应用法和雌鼠卵巢切除法所致肾虚。
病症结合模型比单用CFA 或CIA等炎症周期长、模型稳定,且模型效果显著,更能体现中医学“证”的特色,适应中医辨证论治的需要。但该模型尚不完善,如只是简单地将中医证的动物模型与西医病的动物模型相叠加;环境刺激条件上没有统一的标准,刺激时间及频率也各异;证候属性评价困难;模型稳定性、可靠性差等问题[21,22]。因此,在研制包含病因和中医证候在内的中医动物模型时,要借鉴现代科学技术和方法引入到中医学理论体系中来,对中医学理论进行验证,并通过实验去发现新的现象和本质,提出新的问题和假设,形成新的科研思路,从简单的外部造模手段的病证结合,向病证本质的内在联系发展,构建从临床到基础研究模式。
5 其 他
除以上四种疾病模型外,常用的RA动物模型还有蛋白多糖诱导的关节炎模型、软骨低聚体基质蛋白诱导的关节炎模型、Avridine诱导的关节炎模型、降植烷诱导的关节炎模型、链球菌细胞壁成分诱导关节炎模型、佐剂角叉菜胶诱导的关节炎模型等。但它们一般用于特定的研究,比如Avridine诱导的关节炎模型侧重于研究辅剂和先天免疫系统在侵蚀性关节中的作用;佐剂角叉菜胶诱导的关节炎动物模型主要用于炎性药物的筛选等[23-25]。 6 总 结
理想的类风湿关节炎动物模型应具备以下特点:①临床症状、病理和影像学的特点与人类RA相似,尽可能少的非RA特点;②易感的品系容易得到且价格便宜、可高效繁殖;③可模拟类风湿关节炎患者的治疗作用;④易检测疾病和免疫功能的变化;⑤可缩短疾病的自然发生过程。但是,RA是由环境、免疫、遗传、感染等多种复杂因素共同作用的结果,而目前的RA动物模型只是在特定条件下,选取其中某一个或某几个侧重因素而建立起来的,并不能完全反映RA的所有属性,不同的类风湿关节炎动物模型可能只代表了RA发病特点的某一个或某几个方面。因此,选择RA动物模型时,应根据药物特点,结合发病机制及其与临床的关系,选择适合的动物模型进行研究。
7 参考文献
[1] Williams RO. What Have We Learned about the Pathogenesis of Rheumatoid Arthritis from TNF-Targeted Therapy[J].ISRN Immunology,2012,9(1):1-15.
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[20] 艾景录,吕爱平,徐世杰,等.性腺功能异常型肾虚痹证发生机理的实验研究[J].中国中医基础医学杂志,1995,1(1):42-44.
[21] 柴铁玲.类风湿性关节炎动物模型在中医药研究中的进展及思考[J].环球中医药,2011,4(3):215-217.
[22] 纪冬琛,李昌煜.病证结合动物模型的制作、评价与展望[J].浙江中医药大学学报,2010,34(4):615-616.
[23] 熊英琼,程绍民,刘端勇,等.类风湿性关节炎中医研究思路探讨[J].辽宁中医杂志,2011,38(3):458-461.
[24] 肖百全,朱少璇,杨威,等.角叉菜胶致大鼠足肿胀模型探讨及其机制研究[J].中国实用医药,2008,23(3):63-65.
[25] Nagate T,Tamura T,Sato F,et al.Tranilast Suppresses the Disease Development of the Adjuvant and Streptococcal Cell Wall –Induced Arthritis in Rats [J].Journal of Pharmacological Sciences,2007,105(1):48-56.
【关键词】 关节炎,类风湿;动物模型;自身免疫性疾病;综述
类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种以关节滑膜慢性炎症病变为主要特征的自身免疫性病变。我国的患病率为0.32 %~0.36 %,是造成我国人群丧失劳动力和致残的主要病因之一[1]。国内外学者对RA进行了大量的动物实验研究,并形成了一些较为成熟的动物模型,本文对现阶段较常用的关节炎模型进行简要阐述,以期借鉴。
1 佐剂性关节炎(adjuvant arthritis,AA)模型
AA模型最先由细菌学家Freund于20世纪50年代创立,是建立免疫性关节炎动物模型的常用方法[2]。多数是在大鼠足趾皮内注射弗氏完全佐剂(CFA)0.1 ml致炎;但另有研究表明,0.15 ml注射量可能是RA模型复制中的最佳注射量[3,4]。其发病机制主要为分子模拟理论,CFA皮内注射延缓机体吸收,造成对机体不断刺激而产生继发性自身免疫应答反应。
AA大鼠模型的原发病变属急性应激反应,致敏后即可出现致炎侧的关节、足跖红肿。18~24天达峰值,持续3天后逐渐减轻;致炎后10天左右发生继发病变,属自身免疫应答反应,20天左右达高峰,一般表现为造模后出现的致炎侧、非致炎侧(对侧) 及双前肢的关节和足跖肿胀,耳、尾“关节炎”结节等[5]。
该模型是目前应用最广泛的模型复制方法,具有耗费少、方法简单易行、病理表现类似于RA等优点;但AA缺乏慢性病理过程,病变具有一定自限性。
2 胶原性(collagen-induced arthritis,CIA)关节炎模型
CIA模型是Trentham等1977年首次建立的实验性关节炎模型[6],在大鼠背部、尾根部多点皮下注射CII胶原乳剂(1 mg·ml-1),每只大鼠1.0 ml。初次免疫10天后加强免疫,再在鼠背部、尾根部皮下注射1 ml乳剂(尽量避免与初次免疫注射位置相同) [7]。CIA的发生、发展是个复杂的免疫过程,由细胞免疫、体液免疫以及相关的细胞因子共同参与,且受控于主要组织相溶性复合体。CIA模型具有典型的关节炎体征,小鼠在致炎后24天左右出现,36天左右最严重;大鼠14天左右出现,21天左右最严重。后足踝关节最常受累,肿胀一般持续5~8周,最终导致关节的畸形。CIA的关节炎发病率比单独使用弗氏完全佐剂注射显著提高,且CIA模型临床症状、病理学改变等类似RA [8]。但CIA在同种属、同周龄、相同诱发因素和生活环境下,发病时间相差较大,临床表现轻重不一。
3 卵蛋白诱导的关节炎模型
最早由Dumonde和Glynn于1962年首次建立[9]。用卵蛋白溶解于生理盐水配成浓度为20 mg·ml-1的溶液,与等量弗氏佐剂混匀,注入动物背部皮下,每周1次,连续3周致敏,末次注射后1周于关节内注入5 mg卵蛋白[10]。其机制为关节内抗原持续存在,刺激滑膜细胞出现抗体并形成抗原-抗体-C3复合物,激活补体产生局部炎性反应,诱导 T 细胞介导的免疫反应,使大量淋巴细胞、单核-巨噬细胞及中性粒细胞浸润于滑膜间质,逐渐形成血管翳,其覆盖软骨后导致其变性和降解[11,12]。
关节内注入抗原后,24 h出现关节红肿热痛等急性炎症的表现,随后关节肿胀有所减轻,至14~21天达到平台期;1~4周内,关节滑膜明显增生,血管翳形成,部分动物可出现早期软骨破坏;4周后出现不可逆的关节软骨及骨破坏,最后可出现骨变形,最长到6个月时能够观察慢性炎症仍存在。
该模型成功率高,可在兔、羊等动物上复制,关节相对较大,适合需观察较大病变关节的研究,但免疫学指标及病程特点与RA具有一定的差异性[13-16]。
4 病症结合模型
中医根据其临床特征,病症结合模型主要分为风寒湿痹阻症模型、风湿热痹证模型和肾虚痹证模型。
风寒湿痹阻症动物模根据“风、寒、湿三气杂至,合而为痹”的中医学理论,在造模的第1天,于大鼠右后足跖皮内注射CFA 0.1 ml,同时将大鼠置于5~7 ℃冰水中,水深2 cm,站立20 min,同时伴以4级风力吹,每天1次,连续14天[17]。其他如将Wistar雄性大鼠尾根部、颈背部皮内多点注射小牛Ⅱ型胶原,其间每天在造模箱中给予风寒湿三种外界因素刺激的,为改良的胶原诱导性关节炎动物模型[18,19]。风湿热痹证模型同上述风寒湿痹证动物模型,只是将风寒湿刺激改为风湿热刺激。肾虚痹证模型由艾景录等[20]建立,具体方法为Ⅱ型胶原免疫注射制作实验性痹证模型,复加雄鼠雌激素应用法和雌鼠卵巢切除法所致肾虚。
病症结合模型比单用CFA 或CIA等炎症周期长、模型稳定,且模型效果显著,更能体现中医学“证”的特色,适应中医辨证论治的需要。但该模型尚不完善,如只是简单地将中医证的动物模型与西医病的动物模型相叠加;环境刺激条件上没有统一的标准,刺激时间及频率也各异;证候属性评价困难;模型稳定性、可靠性差等问题[21,22]。因此,在研制包含病因和中医证候在内的中医动物模型时,要借鉴现代科学技术和方法引入到中医学理论体系中来,对中医学理论进行验证,并通过实验去发现新的现象和本质,提出新的问题和假设,形成新的科研思路,从简单的外部造模手段的病证结合,向病证本质的内在联系发展,构建从临床到基础研究模式。
5 其 他
除以上四种疾病模型外,常用的RA动物模型还有蛋白多糖诱导的关节炎模型、软骨低聚体基质蛋白诱导的关节炎模型、Avridine诱导的关节炎模型、降植烷诱导的关节炎模型、链球菌细胞壁成分诱导关节炎模型、佐剂角叉菜胶诱导的关节炎模型等。但它们一般用于特定的研究,比如Avridine诱导的关节炎模型侧重于研究辅剂和先天免疫系统在侵蚀性关节中的作用;佐剂角叉菜胶诱导的关节炎动物模型主要用于炎性药物的筛选等[23-25]。 6 总 结
理想的类风湿关节炎动物模型应具备以下特点:①临床症状、病理和影像学的特点与人类RA相似,尽可能少的非RA特点;②易感的品系容易得到且价格便宜、可高效繁殖;③可模拟类风湿关节炎患者的治疗作用;④易检测疾病和免疫功能的变化;⑤可缩短疾病的自然发生过程。但是,RA是由环境、免疫、遗传、感染等多种复杂因素共同作用的结果,而目前的RA动物模型只是在特定条件下,选取其中某一个或某几个侧重因素而建立起来的,并不能完全反映RA的所有属性,不同的类风湿关节炎动物模型可能只代表了RA发病特点的某一个或某几个方面。因此,选择RA动物模型时,应根据药物特点,结合发病机制及其与临床的关系,选择适合的动物模型进行研究。
7 参考文献
[1] Williams RO. What Have We Learned about the Pathogenesis of Rheumatoid Arthritis from TNF-Targeted Therapy[J].ISRN Immunology,2012,9(1):1-15.
[2] 王楷文,周成林,王胜军,等.Ⅱ型胶原诱导的小鼠关节炎模型 IL-25 表达水平的变化及意义[J].免疫学杂志,2010,26(7): 561.
[3] 彭传玉,罗磊,胡玲,等.不同剂量弗氏完全佐剂对类风湿关节炎模型大鼠复制的影响[J].中国医药指南,2012,10(1): 1-3.
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[16] 魏东明,赵学,刘敬珍.卵蛋白性关节炎模型的诱导及研究[J].河北中医,2011,33(1):114-116.
[17] 薛盟举.类风湿关节炎的中医实验动物模型及评价[J]. 中医杂志,2012,3(17):1512-1515.
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[19] 陈勇,卢芳国.从类风湿性关节炎风寒湿痹阻证模型思考中西医结合病证动物模型[J].湖南中医药大学学报,2012,32(2):3-4.
[20] 艾景录,吕爱平,徐世杰,等.性腺功能异常型肾虚痹证发生机理的实验研究[J].中国中医基础医学杂志,1995,1(1):42-44.
[21] 柴铁玲.类风湿性关节炎动物模型在中医药研究中的进展及思考[J].环球中医药,2011,4(3):215-217.
[22] 纪冬琛,李昌煜.病证结合动物模型的制作、评价与展望[J].浙江中医药大学学报,2010,34(4):615-616.
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