Lo sviluppo dell'artrite reumatoide è strettamente associato a un'anomala infiltrazione di cellule immunitarie nel tessuto sinoviale, dove l'attivazione disregolata di queste cellule immunitarie porta al rilascio di varie citochine pro-infiammatorie, che contribuiscono ulteriormente al danno delle strutture sinoviali e articolari18,19. Diversi modelli animali di artrite reumatoide sono stati ampiamente valutati, tra cui il modello CIA, il modello K/BxN e i topi SKG 13,20,21. Sebbene questi modelli replichino con successo i meccanismi immunitari e le manifestazioni cliniche dell'artrite reumatoide, tutti presentano limitazioni significative. Ad esempio, il modello CIA nei topi C57BL/6 ha un tasso di successo inferiore, un periodo di insorgenza più lungo ed è significativamente influenzato dalle condizioni ambientali e sperimentali, rendendolo meno pratico in alcuni contesti sperimentali. I topi SKG rappresentano un modello murino di AR basato su una mutazione del gene ZAP-70, che causa un'anomalia improvvisa nella segnalazione del recettore delle cellule T (TCR) e induce l'artrite autoimmune22. Tuttavia, questo modello è costoso e la riproducibilità dei risultati sperimentali è facilmente influenzata dalle condizioni di induzione. K/BxN è un modello ereditario di artrite innescato dall'attività cooperativa delle cellule T e B, che mostra una pronunciata risposta immunitaria23. Tuttavia, la costruzione di questo modello è costosa e la sua specificità è limitata, portando a una risposta immunitaria limitata che non può catturare completamente il processo patologico multiforme dell'artrite reumatoide umana. Pertanto, è di grande importanza sviluppare un modello animale in grado di replicare le principali caratteristiche patologiche dell'artrite reumatoide, soddisfare vari requisiti sperimentali e garantire un'elevata riproducibilità.
In questo studio, presentiamo un metodo per stabilire un modello di AR attraverso il trasferimento adottivo di cellule T CD4+ adattative da topi SKG. La costruzione di questo modello si basa sulla selezione di cellule T CD4+ da topi SKG con un background C57/BL6 e l'induzione del mannano, un processo che garantisce il successo del modello. È ampiamente noto che i topi SKG su un background BALB/c portano una mutazione spontanea del gene ZAP70 (W163C), che causa una selezione anomala del segnale TCR, portando a cellule T altamente autoreattive24. Ciò si traduce in un'eccessiva attivazione delle cellule T e nell'insorgenza di sinovite e distruzione articolare, imitando così i processi patologici chiave dell'artrite reumatoide come la riparazione sinoviale e l'attivazione delle cellule immunitarie25,26. Le caratteristiche cliniche dei topi SKG assomigliano molto a quelle dei pazienti con AR umana.
Per introdurre questa mutazione nel background C57BL/6, abbiamo impiegato la tecnologia CRISPR/Cas9 per generare con successo un modello murino di SKG con background C57BL/6 portatore della mutazione ZAP70 (W163C). CRISPR/Cas9 offre un'elevata precisione ed efficienza, consentendo l'introduzione mirata della mutazione desiderata mantenendo un basso tasso di inserimento fuori bersaglio o di modifiche genetiche indesiderate associate ai tradizionali metodi di induzione casuale, garantendo così la stabilità e l'unicità del modello27,28. Ancora più importante, questa tecnica riduce significativamente il tempo necessario per la costruzione del modello, migliorando sia la controllabilità che l'efficienza dello sviluppo del modello. Utilizzando questo modello, possiamo replicare con precisione la sinovite mediata dalle cellule T e la distruzione congiunta dell'AR su uno sfondo C57BL/6. Rispetto al background BALB/C nei topi SKG tradizionali, i topi modello su un background C57BL/6 hanno un'applicabilità più ampia nella ricerca immunologica e possono essere più facilmente combinati con altri modelli transgenici (ad esempio, Rag1-/- o IL17-/-). Questo li rende adatti per studiare il ruolo della mutazione ZAP70 nell'artrite reumatoide e in altre malattie autoimmuni come il lupus eritematoso sistemico o la sclerosi multipla.
Sulla base del ruolo fondamentale29,30 delle cellule T CD4+ nell'attivazione dell'AR, le abbiamo selezionate come mediatori chiave. Le cellule T sono i principali motori delle risposte immunitarie nell'artrite reumatoide e possono indurre direttamente il danno sinoviale attivando i sottogruppi effettori Th1/Th1731, a seconda di fattori infiammatori come IL-6, IL-17 e TNF-α 32,33. Come mediatori fondamentali della regolazione immunitaria, le cellule T CD4+ secernono citochine pro-infiammatorie, innescando e mantenendo la cascata infiammatoria, che porta alla proliferazione sinoviale e al danno articolare, promuovendo così direttamente la progressione patologica dell'artrite reumatoide. Sono fondamentali per aiutare le cellule B nella produzione di anticorpi specifici (ad esempio, ACPA)34. Nel frattempo, la caratteristica istopatologica tipica della sinovia dell'artrite reumatoide è l'aggregazione di cellule T CD4+. Alcuni geni del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) di classe II, in particolare gli "epitopi condivisi" correlati all'isotipo Human Leukocyte Antigen-DR (HLA-DR), sono considerati strettamente legati alla patogenesi dell'AR35. Inoltre, la strategia di bloccare la co-stimolazione delle cellule T con l'antigene citotossico associato ai linfociti T 4 (CTLA4)-Ig ha dimostrato una significativa efficacia clinica nell'artrite reumatoide36. Inoltre, l'induzione del mannano funge da potente attivatore per il modello, promuovendo l'attivazione di componenti immunitari innati come le cellule dendritiche e i macrofagi37. Questo passaggio facilita ulteriormente l'attivazione delle cellule T CD4+ e le risposte immunitarie, aumentando significativamente l'attacco del sistema immunitario ai tessuti stessi, simulando così le caratteristiche patologiche della disregolazione immunitaria e del danno sinoviale nell'artrite reumatoide.
Dopo aver completato l'induzione del modello, abbiamo eseguito una verifica sistematica del gruppo modello utilizzando molteplici parametri, tra cui il punteggio clinico del gonfiore articolare, la convalida patologica (osservando la sinovite, la patologia tissutale e le caratteristiche della distruzione articolare) e la convalida immunologica (espressione delle cellule Th1/2/17 e Treg nel siero e nella milza). I risultati hanno mostrato che il nostro modello ha replicato con successo la sinovite mediata dalle cellule T e la distruzione articolare nell'AR, inducendo l'attivazione immunitaria caratteristica e i cambiamenti patologici sinoviali coerenti con i principali meccanismi fisiopatologici dell'AR, con un tasso di prevalenza del 100%. È interessante notare che nel nostro modello, il punteggio clinico delle articolazioni gonfie dei topi raggiunge il picco a 1 settimana, mostra una marcata riduzione nella seconda settimana, e poi aumenta gradualmente di nuovo nelle fasi successive, il che non è del tutto in linea con il decorso tipico della malattia osservato nei modelli animali convenzionali di artrite38. Ciò può essere dovuto al fatto che, a 1 settimana dall'induzione, il sistema immunitario nei topi modello è in una fase iniziale intensamente attivata dall'iniezione di mannano, con conseguente picco di infiammazione articolare. Nella seconda settimana, la regolazione immunitaria e i meccanismi di autorecupero portano a un temporaneo alleviamento dei sintomi clinici. Con il progredire della malattia, la tolleranza immunitaria diminuisce gradualmente e la risposta immunitaria si intensifica nuovamente, manifestandosi con un graduale peggioramento della condizione nelle fasi successive.
Sebbene questo modello sia relativamente semplice rispetto ad altri modelli, ci sono ancora diversi punti chiave che devono essere affrontati durante il processo di modellazione. In primo luogo, l'attività e la purezza delle cellule T CD4+ dei topi SKG costituiscono la base per il successo del modello. La purezza delle celle deve superare il 90% per garantire la coerenza e l'affidabilità dei risultati sperimentali. In secondo luogo, la velocità di iniezione nella vena cantale mediale deve essere attentamente controllata per evitare la rottura della vena dovuta all'iniezione troppo rapida o la perdita di cellule dovuta all'iniezione troppo lenta. Inoltre, la selezione della dose cellulare è fondamentale. Una dose troppo bassa può portare al fallimento del modello, mentre una dose troppo alta potrebbe innescare risposte infiammatorie non specifiche. Pertanto, durante il processo di modellazione, le condizioni generali dei topi devono essere attentamente monitorate e qualsiasi sintomo anomalo deve essere registrato tempestivamente per garantire il regolare progresso dell'esperimento e la validità scientifica dei dati.
Rispetto ai modelli convenzionali, questo modello ha un periodo di insediamento più breve, raggiunge un tasso di incidenza più elevato nei topi C57BL/6 e rimane relativamente economico e facile da usare. L'adozione del trasferimento di cellule T CD4+ autoreattive riproduce accuratamente le risposte immunitarie mediate dalle cellule T e cattura le principali caratteristiche patologiche dell'artrite reumatoide, come il gonfiore e il danno articolare. Inoltre, le sue manifestazioni cliniche si allineano bene con quelle dell'AR umana, offrendo una riflessione più autentica dei processi clinici e patologici dell'AR. Inoltre, la combinazione dell'infusione mediale della vena cantale e dell'induzione del mannano migliora ulteriormente la controllabilità e la stabilità sperimentale del modello, rendendolo altamente riproducibile e offrendo un eccellente controllo sperimentale. Naturalmente, questo modello ha ancora dei limiti. Si concentra principalmente sulle risposte immunitarie guidate dalle cellule T; la simulazione dei ruoli collaborativi delle risposte anticorpali mediate dalle cellule B e di altre cellule immunitarie (come le cellule natural killer (NK) e le cellule Treg) è insufficiente, rendendo difficile rappresentare completamente i meccanismi patologici multicellulari dell'AR. Ciononostante, questo modello murino di AR rimane un modello animale stabile e affidabile, fornendo ai ricercatori una piattaforma migliore per simulare le risposte immunitarie mediate dalle cellule T e le principali caratteristiche patologiche dell'AR. Questo modello consente ai ricercatori di approfondire i meccanismi immunitari e la progressione patologica dell'artrite reumatoide, fornendo importanti prove sperimentali e strumenti per lo sviluppo di nuove terapie, in particolare nella comprensione della disregolazione immunitaria guidata dalle cellule T e nell'identificazione di bersagli terapeutici.