类风湿关节炎(RA)是一种慢性炎症性关节疾病,以持续性滑膜炎、全身炎症、骨和软骨侵蚀为特征,最终可导致关节强直和畸形。RA动物模型被广泛应用于发病机制和治疗方法的研究。已建立了各种动物模型用于研究RA的病因、发病机制、影响因素,以及研究新的治疗靶点和评估新的疗法。

类风湿关节炎动物模型大致可分为诱导性模型和转基因模型两大类,常见的诱导性模型有胶原诱导性关节炎(CIA)、佐剂诱导性关节炎(AA),转基因小鼠模型有人类TNF-α转基因模型等。

弗氏佐剂是20世纪40年代由弗伦德(Jules Freund)发明的,是将抗原水溶液与油剂混合,加入乳化剂制成的油包水抗原乳剂,是动物实验中最常用的佐剂。

弗氏佐剂分为含结核杆菌的完全弗氏佐剂(CFA)和不含结核杆菌的不完全弗氏佐剂(IFA),主要用于诱发小鼠胶原性关节炎(CIA)和佐剂性关节炎(AA)模型。

图 1. 人类类风湿性关节炎

图2. 小鼠类风湿性关节炎

1 胶原性关节炎(CIA)(仅供参考)

1.1 小鼠模型

CIA模型是目前应用最为广泛的RA小鼠模型之一,用异源II型胶原对动物进行免疫,可诱发关节软骨中针对II型胶原的自身免疫反应,临床表现为多关节周围关节炎。

模型构建方法:将牛Ⅱ型胶原(CII)溶于冰醋酸中,4℃过夜溶解,再将热灭活的结核杆菌(BCG)置于液体石蜡中配制完全弗氏佐剂(CFA),二者混合乳化,制成Ⅱ型胶原乳剂。将此乳剂0.1-0.2mL皮下注射于小鼠尾根部,以诱发炎症。初次免疫后第21天,腹腔注射Ⅱ型胶原乳剂0.1-0.2mL加强注射。初次免疫后小鼠会出现局部炎症反应,约一周内痊愈;使用佐剂后,小鼠从第24天开始出现关节肿胀,由后足发展到前足,再到尾部。

1.2 大鼠模型

模型建立方法:将牛Ⅱ型胶原(CII)与不完全弗氏佐剂(IFA)等体积混合乳化,第一天给大鼠进行多点皮内注射,一周后腹腔加强注射,第二次免疫后3-7天制模。致敏后7天踝关节轻度肿胀、发红,3周后症状加重,可出现皮肤溃烂;5-6周后病理改变进一步加重,关节软骨及软骨下骨被血管翳侵蚀破坏。

2 佐剂性关节炎(AA)(仅供参考)

AA模型是目前应用最广泛的大鼠RA模型,有不完全弗氏佐剂(IFA)和完全弗氏佐剂(CFA)两种。

模型构建方法:对大鼠进行皮内注射以诱发炎症。模型一般在造模后10-20天出现持续炎症症状,20天左右达高峰,炎症主要在踝关节,可影响足底及整个足部,关节肿胀症状与临床类风湿关节炎患者相似,但可出现免疫功能紊乱现象。

3 胶原诱导性关节炎(CIA)建模步骤(仅供参考)

  • 将牛 II 型胶原蛋白 (CII) 溶解于冰醋酸溶液中,浓度为 2 mg/mL,并在 4°C 下放置过夜。
  • 不完全弗氏佐剂中添加了热灭活的结核杆菌,浓度为2-5mg/mL,益生生物提供的60718ES完全弗氏佐剂中结核杆菌浓度小于10mg/mL。
  • 将牛II型胶原蛋白醋酸溶液与完全弗氏佐剂等体积混合、乳化。
  • 每只实验小鼠背部皮下注射4~6次,总计0.1~0.2 mL。
  • 三周后将不完全弗氏佐剂与牛II型胶原乙酸溶液等体积混合并乳化,每只小鼠尾根部皮下注射3~5次,总计0.1~0.2mL。

4 佐剂性关节炎(AA)建模步骤(仅供参考)

  • 准备相关试剂,注意实验组和对照组的设置。
  • 观察记录:一般在第二次免疫后7-12天,80%以上的小鼠会出现关节炎症状。临床症状根据小鼠关节红肿、活动度进行分级,分别在实验前和实验后第3、5、7、12天进行观察记录,分级标准如下:

表 1 评分标准

年代

年代症状

0

活动正常,无红斑和肿胀的迹象。

1

活动正常,仅皮肤发红,无明显肿胀。

2

活动能力轻微受到影响,爪子、脚垫或膝关节有发红现象。

3

活动受到影响,爪趾及关节轻微变形、肿胀。

4

运动不畅,脚趾、关节严重红肿、僵硬或变形。

  • 小鼠测量:用小鼠爪体积测量仪在实验前后测量小鼠后肢关节体积。测量每只小鼠后腿膝关节下方约5mm处的体积三次,记录平均值,体积与关节红肿程度成正比。每三天检测一次。
  • 病理检查:取实验组及对照组小鼠,剥去皮肤,用4%甲醛固定48小时以上,用5%硝酸脱钙2小时,二甲苯浸泡,石蜡包埋,制成6mm厚切片,HE染色,常规光学显微镜观察,建立病理诊断评分标准。

5 实验病例图片(摘自文献)

数字 3不同时间点大鼠滑膜及踝膝关节HE染色结果

综上所述,图片显示IFA+CII组病理改变与CFA+CII组同样明显,但CFA+CII组病理改变更严重、更明显。

6 常见问题

  • 弗氏完全佐剂(CFA)与弗氏不完全佐剂(IFA)有何区别?

弗氏完全佐剂(CFA)中含有热杀死的无活性结核杆菌,可刺激强烈的免疫反应;弗氏不完全佐剂(IFA)缺乏结核杆菌,可刺激较弱的免疫反应。

  • 动物治疗类风湿关节炎时,如何选择弗氏完全佐剂(CFA)与弗氏不完全佐剂(IFA)?

因为大鼠一般比小鼠敏感,所以小鼠通常使用CFA,大鼠也可以使用IFA,但最好使用CFA。

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