Die Entwicklung von RA ist eng mit einer abnormalen Infiltration von Immunzellen im Synovialgewebe verbunden, wo die fehlregulierte Aktivierung dieser Immunzellen zur Freisetzung verschiedener entzündungsfördernder Zytokine führt, die weiter zur Schädigung von Synovial- und Gelenkstrukturen beitragen18,19. Mehrere RA-Tiermodelle wurden umfassend bewertet, darunter das CIA-Modell, das K/BxN-Modell und SKG-Mäuse 13,20,21. Obwohl diese Modelle die Immunmechanismen und klinischen Manifestationen der RA erfolgreich replizieren, weisen sie alle erhebliche Einschränkungen auf. Zum Beispiel hat das CIA-Modell in C57BL/6-Mäusen eine niedrigere Erfolgsquote, eine längere Wirkungsdauer und wird erheblich von Umwelt- und Versuchsbedingungen beeinflusst, was es in bestimmten Versuchsumgebungen weniger praktikabel macht. SKG-Mäuse stellen ein RA-Mausmodell dar, das auf einer ZAP-70-Genmutation basiert, die eine abrupte Anomalie in der Signalübertragung des T-Zell-Rezeptors (TCR) verursacht und Autoimmunarthritis induziert22. Dieses Modell ist jedoch teuer, und die Reproduzierbarkeit der experimentellen Ergebnisse wird leicht durch die Induktionsbedingungen beeinträchtigt. K/BxN ist ein erbliches Arthritismodell, das durch die kooperative Aktivität von T- und B-Zellen ausgelöst wird und eine ausgeprägte Immunantwort aufweist23. Die Erstellung dieses Modells ist jedoch kostspielig und seine Spezifität ist eingeschränkt, was zu einer begrenzten Immunantwort führt, die den vielschichtigen pathologischen Prozess der menschlichen RA nicht vollständig erfassen kann. Daher ist es von großer Bedeutung, ein Tiermodell zu entwickeln, das die wichtigsten pathologischen Merkmale der RA repliziert, verschiedene experimentelle Anforderungen erfüllt und eine hohe Reproduzierbarkeit gewährleistet.
In dieser Arbeit stellen wir eine Methode zur Etablierung eines RA-Modells durch den adoptiven Transfer von adaptiven CD4+ T-Zellen aus SKG-Mäusen vor. Die Konstruktion dieses Modells beruht auf der Selektion von CD4+ T-Zellen aus SKG-Mäusen mit einem C57/BL6-Hintergrund und der Induktion von Mannan, ein Prozess, der den Erfolg des Modells sicherstellt. Es ist weithin bekannt, dass SKG-Mäuse auf einem BALB/c-Hintergrund eine spontane ZAP70-Genmutation (W163C) tragen, die eine abnormale Selektion des TCR-Signalwegs verursacht, was zu hochgradig selbstreaktiven T-Zellen führt24. Dies führt zu einer übermäßigen T-Zell-Aktivierung und dem Auftreten von Synovitis und Gelenkzerstörung, wodurch wichtige pathologische Prozesse der RA wie die Synovialreparatur und die Aktivierung von Immunzellen nachgeahmtwerden 25,26. Die klinischen Merkmale von SKG-Mäusen ähneln stark denen von humanen RA-Patienten.
Um diese Mutation in den C57BL/6-Hintergrund einzuführen, haben wir die CRISPR/Cas9-Technologie eingesetzt, um erfolgreich ein C57BL/6-Hintergrund-SKG-Mausmodell zu generieren, das die ZAP70 (W163C)-Mutation trägt. CRISPR/Cas9 bietet eine hohe Präzision und Effizienz und ermöglicht die gezielte Einführung der gewünschten Mutation bei gleichzeitiger Beibehaltung einer geringen Rate an Off-Target-Insertion oder unerwünschten genetischen Modifikationen, die mit herkömmlichen zufälligen Induktionsmethoden verbunden sind, wodurch die Stabilität und Einzigartigkeit des Modells gewährleistetwird 27,28. Noch wichtiger ist, dass diese Technik auch den Zeitaufwand für den Modellbau erheblich reduziert, was sowohl die Kontrollierbarkeit als auch die Effizienz der Modellentwicklung verbessert. Mit diesem Modell können wir die T-Zell-vermittelte Synovitis und Gelenkzerstörung der RA vor einem C57BL/6-Hintergrund präzise replizieren. Im Vergleich zum BALB/C-Hintergrund in traditionellen SKG-Mäusen haben Modellmäuse mit einem C57BL/6-Hintergrund eine breitere Anwendbarkeit in der immunologischen Forschung und können leichter mit anderen transgenen Modellen (z.B. Rag1-/- oder IL17-/-) kombiniert werden. Damit eignen sie sich, um die Rolle der ZAP70-Mutation bei RA und anderen Autoimmunerkrankungen wie dem systemischen Lupus erythematodes oder der Multiplen Sklerose zu untersuchen.
Basierend auf der zentralen Rolle von29,30 CD4+ T-Zellen bei der RA-Aktivierung haben wir sie als Schlüsselmediatoren ausgewählt. T-Zellen sind die primären Treiber der Immunantwort bei RA und können durch Aktivierung von Th1/Th17-Effektor-Untergruppen31 direkt synoviale Schäden induzieren, abhängig von Entzündungsfaktoren wie IL-6, IL-17 und TNF-α 32,33. Als zentrale Mediatoren der Immunregulation sezernieren CD4+ T-Zellen proinflammatorische Zytokine, die die Entzündungskaskade auslösen und aufrechterhalten, die zur Synovialproliferation und Gelenkschädigung führt und so das pathologische Fortschreiten der RA direkt fördert. Sie sind maßgeblich daran beteiligt, B-Zellen bei der Produktion spezifischer Antikörper (z. B. ACPA) zu unterstützen34. Charakteristisches histopathologisches Merkmal der RA-Synovia ist die Aggregation von CD4+ T-Zellen. Bestimmte MHC-Gene (Major Histocompatibility Complex) der Klasse II, insbesondere die "gemeinsamen Epitope", die mit dem Humanen Leukozyten-Antigen-DR-Isotyp (HLA-DR) verwandt sind, gelten als eng mit der Pathogenese von RA35 verbunden. Darüber hinaus hat die Strategie der Blockierung der T-Zell-Co-Stimulation mit dem zytotoxischen T-Lymphozyten-assoziierten Antigen 4 (CTLA4)-Ig bei RA36 eine signifikante klinische Wirksamkeit gezeigt. Darüber hinaus dient die Mannan-Induktion als potenter Aktivator für das Modell und fördert die Aktivierung von angeborenen Immunkomponenten wie dendritischen Zellen und Makrophagen37. Dieser Schritt erleichtert die Aktivierung von CD4+ T-Zellen und die Immunantwort, wodurch der Angriff des Immunsystems auf das Selbstgewebe deutlich erhöht wird, wodurch die pathologischen Merkmale der Immundysregulation und der Synovialschädigung bei RA simuliert werden.
Nach Abschluss der Modellinduktion führten wir eine systematische Verifizierung der Modellgruppe anhand mehrerer Parameter durch, darunter die klinische Bewertung der Gelenkschwellung, die pathologische Validierung (Beobachtung der Synovitis-Gewebepathologie und der Merkmale der Gelenkzerstörung) und die immunologische Validierung (Expression von Th1/2/17- und Treg-Zellen in Serum und Milz). Die Ergebnisse zeigten, dass unser Modell die T-Zell-vermittelte Synovitis und Gelenkzerstörung bei RA erfolgreich replizierte und eine charakteristische Immunaktivierung und synoviale pathologische Veränderungen induzierte, die mit den wichtigsten pathophysiologischen Mechanismen der RA übereinstimmen, mit einer Prävalenzrate von 100%. Bemerkenswert ist, dass in unserem Modell der klinische Swell-Joint-Score von Mäusen nach 1 Woche seinen Höhepunkt erreicht, in der zweiten Woche eine deutliche Reduktion zeigt und dann in späteren Stadien allmählich wieder ansteigt, was nicht ganz mit dem typischen Krankheitsverlauf übereinstimmt, der in konventionellen Arthritis-Tiermodellen beobachtet wurde38. Dies kann daran liegen, dass sich das Immunsystem der Modellmäuse 1 Woche nach der Induktion in einer intensiv aktivierten Anfangsphase durch die Injektion von Mannan befindet, was zu einem Höhepunkt der Gelenkentzündung führt. In der zweiten Woche führen Immunregulations- und Selbstheilungsmechanismen zu einer vorübergehenden Linderung der klinischen Symptome. Mit fortschreitender Erkrankung nimmt die Immuntoleranz allmählich ab und die Immunantwort wird wieder intensiviert, was sich in einer allmählichen Verschlechterung des Zustands in späteren Stadien äußert.
Obwohl dieses Modell im Vergleich zu anderen Modellen relativ einfach ist, gibt es dennoch einige wichtige Punkte, die während des Modellierungsprozesses berücksichtigt werden müssen. Zunächst bilden die Aktivität und Reinheit von CD4+ T-Zellen aus SKG-Mäusen die Grundlage für den Erfolg des Modells. Die Reinheit der Zellen sollte über 90 % liegen, um die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Versuchsergebnisse zu gewährleisten. Zweitens sollte die Geschwindigkeit der Injektion in die Vena canthalis medialis sorgfältig kontrolliert werden, um zu vermeiden, dass eine Venenruptur durch zu schnelle Injektion oder eine zu langsame Injektion von Zellleckagen verursacht wird. Darüber hinaus ist die Auswahl der Zelldosis von entscheidender Bedeutung. Eine zu niedrige Dosis kann zum Versagen des Modells führen, während eine zu hohe Dosis unspezifische Entzündungsreaktionen auslösen kann. Daher sollte während des Modellierungsprozesses der Gesamtzustand der Mäuse genau überwacht und alle abnormalen Symptome unverzüglich aufgezeichnet werden, um den reibungslosen Ablauf des Experiments und die wissenschaftliche Gültigkeit der Daten zu gewährleisten.
Im Vergleich zu herkömmlichen Modellen hat dieses Modell eine kürzere Etablierungszeit, erreicht eine höhere Inzidenzrate bei C57BL/6-Mäusen und bleibt relativ kostengünstig und einfach zu bedienen. Der Transfer von autoreaktiven CD4+ -T-Zellen reproduziert genau die T-Zell-vermittelten Immunantworten und erfasst wichtige pathologische Merkmale der RA, wie z. B. Gelenkschwellungen und -schäden. Darüber hinaus stimmen die klinischen Manifestationen gut mit denen der menschlichen RA überein und bieten eine authentischere Reflexion der klinischen und pathologischen Prozesse der RA. Darüber hinaus verbessert die Kombination aus medialer Canthalveneninfusion und Mannan-Induktion die Kontrollierbarkeit und experimentelle Stabilität des Modells weiter, wodurch es hochgradig reproduzierbar ist und eine hervorragende experimentelle Kontrolle bietet. Natürlich hat dieses Modell noch Einschränkungen. Es konzentriert sich hauptsächlich auf T-Zell-gesteuerte Immunantworten; Die Simulation der kollaborativen Rollen von B-Zell-vermittelten Antikörperantworten und anderen Immunzellen (wie z.B. natürlichen Killerzellen (NK) und Treg-Zellen) ist unzureichend, was es schwierig macht, die multizellulären pathologischen Mechanismen der RA vollständig darzustellen. Nichtsdestotrotz bleibt dieses RA-Mausmodell ein stabiles und zuverlässiges Tiermodell, das den Forschern eine bessere Plattform bietet, um T-Zell-vermittelte Immunantworten und die wichtigsten pathologischen Merkmale der RA zu simulieren. Dieses Modell ermöglicht es den Forschern, tief in die Immunmechanismen und das pathologische Fortschreiten der RA einzutauchen und liefert wichtige experimentelle Beweise und Werkzeuge für die Entwicklung neuartiger Therapien, insbesondere zum Verständnis der T-Zell-getriebenen Immundysregulation und zur Identifizierung therapeutischer Ziele.