De ontwikkeling van RA is nauw verbonden met abnormale infiltratie van immuuncellen in het synoviale weefsel, waarbij de ontregelde activering van deze immuuncellen leidt tot de afgifte van verschillende pro-inflammatoire cytokines, die verder bijdragen aan de schade aan synoviale en gewrichtsstructuren18,19. Verschillende RA-diermodellen zijn uitgebreid beoordeeld, waaronder het CIA-model, het K/BxN-model en SKG-muizen 13,20,21. Hoewel deze modellen met succes de immuunmechanismen en klinische manifestaties van RA repliceren, hebben ze allemaal aanzienlijke beperkingen. Het CIA-model in C57BL/6-muizen heeft bijvoorbeeld een lager slagingspercentage, een langere aanvangsperiode en wordt aanzienlijk beïnvloed door omgevings- en experimentele omstandigheden, waardoor het in bepaalde experimentele omgevingen minder praktisch is. SKG-muizen vertegenwoordigen een RA-muismodel op basis van een ZAP-70-genmutatie, die een abrupte anomalie in de signalering van T-celreceptor (TCR) veroorzaakt en auto-immuunartritis induceert22. Dit model is echter duur en de reproduceerbaarheid van experimentele resultaten wordt gemakkelijk beïnvloed door de inductieomstandigheden. K/BxN is een model voor erfelijke artritis dat wordt geactiveerd door de coöperatieve activiteit van T- en B-cellen, die een uitgesproken immuunrespons vertoont23. Toch is het construeren van dit model kostbaar en is de specificiteit ervan beperkt, wat leidt tot een beperkte immuunrespons die het veelzijdige pathologische proces van menselijke RA niet volledig kan vatten. Daarom is het van groot belang om een diermodel te ontwikkelen dat de belangrijkste pathologische kenmerken van RA kan repliceren, aan verschillende experimentele vereisten kan voldoen en een hoge reproduceerbaarheid kan garanderen.
In deze studie presenteren we een methode voor het opzetten van een RA-model door de adoptieve overdracht van adaptieve CD4+ T-cellen van SKG-muizen. De constructie van dit model is gebaseerd op de selectie van CD4+ T-cellen van SKG-muizen met een C57/BL6-achtergrond en de inductie van mannan, een proces dat het succes van het model garandeert. Het is algemeen bekend dat SKG-muizen met een BALB/c-achtergrond drager zijn van een spontane ZAP70-genmutatie (W163C), die abnormale TCR-signaleringsselectie veroorzaakt, wat leidt tot zeer zelfreactieve T-cellen24. Dit resulteert in overmatige activering van T-cellen en het begin van synovitis en gewrichtsvernietiging, waardoor belangrijke pathologische processen van RA worden nagebootst, zoals synoviaal herstel en activering van immuuncellen25,26. De klinische kenmerken van SKG-muizen lijken sterk op die van menselijke RA-patiënten.
Om deze mutatie in de C57BL/6-achtergrond te introduceren, hebben we CRISPR/Cas9-technologie gebruikt om met succes een C57BL/6-achtergrond SKG-muismodel te genereren dat de ZAP70 (W163C)-mutatie draagt. CRISPR/Cas9 biedt een hoge precisie en efficiëntie, waardoor de gerichte introductie van de gewenste mutatie mogelijk is, terwijl een lage snelheid van off-target insertie of ongewenste genetische modificaties in verband met traditionele willekeurige inductiemethoden behouden blijft, waardoor de stabiliteit en uniciteit van het model worden gewaarborgd27,28. Wat nog belangrijker is, deze techniek verkort ook de tijd die nodig is voor modelbouw aanzienlijk, waardoor zowel de beheersbaarheid als de efficiëntie van de modelontwikkeling worden verbeterd. Met behulp van dit model kunnen we de T-cel-gemedieerde synovitis en gewrichtsvernietiging van RA nauwkeurig repliceren tegen een C57BL/6-achtergrond. Vergeleken met de BALB/C-achtergrond in traditionele SKG-muizen hebben modelmuizen met een C57BL/6-achtergrond een bredere toepasbaarheid in immunologisch onderzoek en kunnen ze gemakkelijker worden gecombineerd met andere transgene modellen (bijv. Rag1-/- of IL17-/-). Dit maakt ze geschikt voor het onderzoeken van de rol van de ZAP70-mutatie bij RA en andere auto-immuunziekten zoals systemische lupus erythematosus of multiple sclerose.
Op basis van de centrale rol29,30 van CD4+ T-cellen in RA-activering, hebben we ze geselecteerd als sleutelbemiddelaars. T-cellen zijn de primaire aanjagers van immuunresponsen bij RA en kunnen direct synoviale schade veroorzaken door Th1/Th17-effectorsubsets31 te activeren, afhankelijk van ontstekingsfactoren zoals IL-6, IL-17 en TNF-α32,33. Als cruciale mediatoren van immuunregulatie scheiden CD4+ T-cellen pro-inflammatoire cytokines af, waardoor de ontstekingscascade wordt geactiveerd en in stand gehouden, wat leidt tot synoviale proliferatie en gewrichtsschade, waardoor de pathologische progressie van RA direct wordt bevorderd. Ze spelen een belangrijke rol bij het helpen van B-cellen bij de productie van specifieke antilichamen (bijv. ACPA)34. Ondertussen is het typische histopathologische kenmerk van het RA-synovium de aggregatie van CD4+ T-cellen. Bepaalde klasse II major histocompatibility complex (MHC)-genen, vooral de "gedeelde epitopen" gerelateerd aan humaan leukocytenantigeen-DR-isotype (HLA-DR), worden beschouwd als nauw verbonden met de pathogenese van RA35. Bovendien heeft de strategie van het blokkeren van co-stimulatie van T-cellen met cytotoxisch T-lymfocyt-geassocieerd antigeen 4 (CTLA4)-Ig een significante klinische werkzaamheid aangetoond bij RA36. Bovendien dient mannan-inductie als een krachtige activator voor het model, waardoor de activering van aangeboren immuuncomponenten zoals dendritische cellen en macrofagen wordt bevorderd37. Deze stap vergemakkelijkt verder de activering van CD4+ T-cellen en immuunresponsen, waardoor de aanval van het immuunsysteem op eigen weefsels aanzienlijk wordt verhoogd, waardoor de pathologische kenmerken van immuunontregeling en synoviale schade bij RA worden gesimuleerd.
Na voltooiing van de modelinductie voerden we een systematische verificatie van de modelgroep uit met behulp van meerdere parameters, waaronder klinische score van gewrichtszwelling, pathologische validatie (observatie van synovitisweefselpathologie en kenmerken van gewrichtsvernietiging) en immunologische validatie (expressie van Th1/2/17 en Treg-cellen in serum en milt). De resultaten toonden aan dat ons model met succes T-cel-gemedieerde synovitis en gewrichtsvernietiging bij RA repliceerde, waarbij karakteristieke immuunactivering en synoviale pathologische veranderingen werden geïnduceerd die consistent zijn met de belangrijkste pathofysiologische mechanismen van RA, met een prevalentie van 100%. Het is opmerkelijk dat in ons model de klinische score voor gezwollen gewrichten van muizen piekt na 1 week, een duidelijke vermindering vertoont in de tweede week en vervolgens geleidelijk weer stijgt in latere stadia, wat niet helemaal in overeenstemming is met het typische ziekteverloop dat wordt waargenomen in conventionele diermodellen met artritis38. Dit kan zijn omdat, 1 week na inductie, het immuunsysteem in de modelmuizen zich in een intens geactiveerde beginfase bevindt door de injectie van mannan, wat resulteert in een piek van gewrichtsontsteking. In de tweede week leiden immuunregulatie en zelfherstelmechanismen tot een tijdelijke verlichting van klinische symptomen. Naarmate de ziekte vordert, neemt de immuuntolerantie geleidelijk af en wordt de immuunrespons opnieuw geïntensiveerd, wat zich manifesteert door een geleidelijke verslechtering van de aandoening in latere stadia.
Hoewel dit model relatief eenvoudig is in vergelijking met andere modellen, zijn er nog steeds een aantal belangrijke punten die tijdens het modelleringsproces moeten worden aangepakt. Ten eerste vormen de activiteit en zuiverheid van CD4+ T-cellen van SKG-muizen de basis voor het succes van het model. De zuiverheid van de cellen moet meer dan 90% bedragen om de consistentie en betrouwbaarheid van de experimentele resultaten te garanderen. Ten tweede moet de snelheid van injectie in de mediale canthale ader zorgvuldig worden gecontroleerd om aderruptuur door te snel injecteren of cellekkage door te langzaam injecteren te voorkomen. Bovendien is de selectie van de celdosis van cruciaal belang. Een te lage dosis kan leiden tot falen van het model, terwijl een te hoge dosis niet-specifieke ontstekingsreacties kan veroorzaken. Daarom moet tijdens het modelleringsproces de algehele toestand van de muizen nauwlettend worden gevolgd en moeten eventuele abnormale symptomen onmiddellijk worden geregistreerd om een vlot verloop van het experiment en de wetenschappelijke validiteit van de gegevens te garanderen.
In vergelijking met conventionele modellen heeft dit model een kortere vestigingsperiode, bereikt het een hogere incidentie bij C57BL/6-muizen en blijft het relatief kosteneffectief en eenvoudig te bedienen. Door de overdracht van autoreactieve CD4+ T-cellen nauwkeurig te reproduceren, worden T-celgemedieerde immuunresponsen gereproduceerd en worden de belangrijkste pathologische kenmerken van RA vastgelegd, zoals zwelling en schade aan gewrichten. Bovendien sluiten de klinische manifestaties goed aan bij die van menselijke RA, waardoor een meer authentieke weerspiegeling wordt geboden van de klinische en pathologische processen van RA. Bovendien verbetert de combinatie van mediale canthale aderinfusie en mannaninductie de controleerbaarheid en experimentele stabiliteit van het model, waardoor het zeer reproduceerbaar is en een uitstekende experimentele controle biedt. Natuurlijk heeft dit model nog steeds beperkingen. Het richt zich voornamelijk op T-celgestuurde immuunresponsen; de simulatie van de collaboratieve rol van B-cel-gemedieerde antilichaamresponsen en andere immuuncellen (zoals natural killer (NK) cellen en Treg-cellen) is onvoldoende, waardoor het een uitdaging is om de meercellige pathologische mechanismen van RA volledig weer te geven. Desalniettemin blijft dit RA-muismodel een stabiel en betrouwbaar diermodel, dat onderzoekers een beter platform biedt om T-cel-gemedieerde immuunresponsen en de belangrijkste pathologische kenmerken van RA te simuleren. Dit model stelt onderzoekers in staat om diep in te gaan op de immuunmechanismen en pathologische progressie van RA, en biedt belangrijk experimenteel bewijs en hulpmiddelen voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën, met name bij het begrijpen van T-celgestuurde immuunontregeling en het identificeren van therapeutische doelen.