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炎症性肠道疾病小鼠模型

2019-11-06

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综述目前常用的小鼠肠道炎症模型、各种模型特点和适用的研究类型。

选择合适的IBD小鼠模型

选择合适的炎症性肠病(IBD)小鼠模型进行临床前研究并非易事。目前,有大量不同类型和子类型可用(关键模型如下表所示),每种类型都有各自的优缺点。

常用的IBD小鼠模型

  模型举例 发病器官 反应类型
化学诱导 DSS 结肠 上皮损伤
TNBS 结肠 上皮损伤 免疫介导
Oxazolone 结肠 上皮损伤 免疫介导
自发突变 SAMP1/Yit 免疫介导 免疫介导
C3H/HeJBir 结肠 免疫介导
过继性T细胞转移 CD4+CD45RBhi 结肠 免疫介导
基因工程 IL-10-/- 结肠 免疫介导
微生物诱发 无菌IL-10-/- +/- 微生物转移 结肠 免疫介导


不同的模型在组织学、疗效、疾病发生部位等方面,不同程度上再现了不同的IBD特征。本文回顾了现有的主要IBD模型类型,探讨了它们的特征和潜在用途。

化学诱导的IBD小鼠模型

使用最广泛的IBD临床前小鼠模型是化学诱导疾病模型,例如葡聚糖硫酸钠(DSS)、三硝基苯磺酸(TNBS)、恶唑酮等。化学诱导的IBD模型的主要优点是造模成本相对低且易于开发。此类中模型中,基于其不同的疾病诱导方法,不同模型具有特定的用途。

DSS诱导的结肠炎模型

DSS是带负电荷的硫酸化多糖,当施用于小鼠时会破坏上皮细胞。然后,非特异性免疫细胞释放细胞因子,导致结肠发炎,其特征在于溃疡和粒细胞浸润。

DSS诱发结肠炎模型的常见用途包括研究先天免疫系统如何参与肠道炎症,以及寻找在损伤期间/之后维持或重建上皮完整性的重要环节。

DSS诱导的小鼠结肠炎模型也对环孢菌素A有响应,因此可以用来评估针对相同免疫机制的新药,例如新的免疫抑制剂。

TNBS诱导的结肠炎模型

TNBS它是一个小分子,本身不具有抗原性,但与宿主蛋白结合后会引起免疫反应,因此属于半抗原。TNBS处理小鼠可建立模拟临床克罗恩氏病(CD)的临床前模型,其产生的免疫反应是Th1介导的,特征在于CD4+T细胞、嗜中性粒细胞和巨噬细胞的浸润。形成横向进展的炎症,导致透壁结肠炎。

TNBS诱导的结肠炎模型非常适合研究CD的免疫学,也可以用于测试新免疫疗法的疗效。

恶唑酮诱导的结肠炎模型

恶唑酮也属于半抗原,但会引起与TNBS诱导不同的炎症反应。它是一种包括免疫发病机理在内、与临床溃疡性结肠炎更具相似性的模型。它诱导的免疫反应是Th2介导的,会导致弥漫性结肠炎症。

该模型曾用于研究皮肤中的迟发型超敏反应,也用于评估靶向Th2介导机制的药物。

化学诱导的IBD模型的局限性

当您使用任何化学诱导的IBD模型时,都要考虑几个变量。研究中,应始终使用相同的方案,并且要确保实验可重复性,您应密切关注化学品批次、动物品系、性别、来源、化学供应商、剂量、频率和持续时间。这种类型的模型症状可能很严重,其中TNBS的症状重于DSS模型。

自发突变的IBD小鼠模型

这类模型由于自发突变发展了IBD,且不是由于转基因过表达或基因抑制。常用的自发突变模型包括SAMP1/Yit和C3H/HeJBir,两者均能产生慢性肠道炎症。

SAMP1/Yit肠道炎症

根据其疾病位置、组织学特征和对治疗的响应,SAMP1/Yit小鼠用于建立模拟临床CD的模型。在SAMP1/Yit小鼠上可以发现回肠末端的自发性炎症(这也是临床CD病变的主要部位),而且活化的CD4+和CD8α+TCRαβ+ T细胞大量浸入固有层。

SAMP1/Yit品系中的IBD发展和病程遵循非常明晰的时间过程,可以用于评估新疗法在不同疾病阶段疗效模型。该亚品系也以与临床患者相似的方式对anti-TNF的治疗有响应,显示出用于评估相似新药的实用性和转化能力。

C3H/HeJBir结肠炎

C3H/HeJBir亚品系的小鼠发展以急性和慢性炎症为特征的右半结肠炎。该亚品系为IBD发病的免疫机理研究提供了十分有价值的模型,揭示出B和T细胞的对肠道细菌菌群抗原的反应性增强,以及对特定细菌抗原的血清IgG抗体水平升高。

自发突变模型的局限性

自发性IBD模型的一个主要局限是疾病完全显现所需的时间长。例如,对于SAMP1/Yit品系,100%的外显率大约需要30周。这可能会导致较长科研时间、且昂贵费用。

过继性T细胞转移小鼠模型

过继性T细胞移植模型会引起小肠和结肠慢性炎症,这与人类IBD的一些关键方面非常相似。从供体BALB/c脾细胞中分离获得CD4+CD45RBhi T细胞(CD25-),这些细胞转移到同基因免疫缺陷的SCID或RAG2-/-鼠可建立原发性结肠炎症模型。

这种炎症是由于naïve T细胞群中缺乏Treg细胞所致。因此,采用过继性T细胞移植模型来研究致病性T细胞在黏膜炎症中的作用,并在该模型中进行了大量的Tregs和其他T细胞群研究。

过继性T细胞转移模型的局限性

应该注意的是,由于这种模型使用的是免疫缺陷小鼠,所以很难对结肠炎的发展有全面的了解。

基因编辑的IBD小鼠模型

基因工程小鼠IBD模型可以自然发展出结肠炎和/或回肠炎。许多模型含有在人类IBD中鉴定出的易感基因。这种类型模型中,最著名的是敲除IL-10-/-小鼠,在首次开发的25年后仍用于各种研究。

IL-10-/-敲除小鼠

因为IL-10 KO小鼠的Treg细胞不能产生IL-10,在IL-10 KO小鼠中会出现自发性肠炎,尤其是结肠炎症,其特征是淋巴细胞、巨噬细胞和中性粒细胞的炎症浸润。疾病的严重程度可以通过所使用的背景菌株来调节。与C57BL/6小鼠相比,BALB/c小鼠的疾病更严重。

结肠炎的发展超过24周,其结果有助于研究IBD的不同免疫机制。Treg也可以被研究,因为它们在IL-10被清除的条件下,仍保留了一些功能。

IL-10-/- KO小鼠的局限性

该模型的局限性是,在不同设施之间,结肠炎的发展可能会有很大差异。这是因为该模型高度依赖于微生物组的差异。这个模型虽然可以通过使用吡罗昔康加速结肠炎发病,但仍需要较长的疾病发展时间。这个模型需要在剂量、配方、年龄和小鼠的微生物状态方面进行仔细验证。

在这个模型中没有观察到体重减轻,可以监测其他临床指标,但其中一些指标只出现在严重疾病时。一种更有效、更敏感、更有效的监测炎症水平的方法是测量粪便中的脂蛋白2(lipocalin 2)。

微生物诱发的IBD小鼠模型

在IBD模型中,肠道细菌与免疫介导的肠道炎症有关。例如,在IL-10 KO小鼠(和其他IBD模型)中,微生物组对粘膜免疫系统的刺激对于结肠炎的发展至关重要。

目前微生物组在人类IBD中的确切致病机制仍然不明确,部分原因是对微生物组进行了分析的时候IBD往往已经发生。肠道共生细菌和菌群失调在IBD发病机理中的重要性已被广泛研究。

有证据表明,抗生素可改善和减轻IBD患者的粘膜炎症。另外,最近正在进行一项新的粪便微生物菌群移植(FMT)的IBD疗法的临床前和临床研究。FMT旨在通过调节肠道菌群紊乱并恢复宿主与肠道微生物之间的体内平衡来逆转疾病。

将选择的细菌(例如,肝幽门螺杆菌,或者与其他细菌组合)或微生物混合物菌群引入无菌的IL-10-/-动物会导致结肠炎发展加速为2-4周内。因此,微生物诱发的小鼠模型是一种评估抗菌疗法、研究有益或致病的微生物或微生物群落的有效模型。

微生物诱发模型的局限性

IBD模型的局限性包括微生物定植是可变的,并且诱导之前所需的无菌条件难以控制。无菌小鼠在模型开发过程中还需考虑到食物消化问题。

结论

IBD小鼠模型是临床前研究和药物开发的宝贵工具。虽然没有单一模型与临床完全一致,但是可以使用不同模型来研究特定疾病机制。 通过了解目前可用的IBD模型之间的差异、优缺点,研究人员可以根据研究目的选择最合适的小鼠模型。

Topics: Inflammation

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