W niniejszej pracy wykorzystano dwa modele EAE, aby zbadać, czy dany agent farmakologiczny zapewnia ochronę OUN poprzez osłabienie nacieku limfocytów T do OUN lub zapobieganie uszkodzeniom mieliny i aksonów podczas nasilonej infiltracji zapalnych komórek odpornościowych. Aby określić, czy środek terapeutyczny zapobiega infiltracji komórek odpornościowych do rdzenia kręgowego, zastosowano model chronicznej EAE u myszy C57BL/6, w którym infiltracja komórek odpornościowych i patologia choroby lokalizują się głównie w rdzeniu kręgowym (Rycina 1A). Aby natomiast ustalić, czy lek terapeutyczny zapewnia ochronę OUN podczas wnikania komórek odpornościowych do OUN, wykorzystano model zwierzęcy EAE o przebiegu rzutowo-remisyjnym u myszy SJL, w którym patologia choroby występuje zarówno w mózgu, jak i w rdzeniu kręgowym (Rycina 1B).
Oceny kliniczne
Odpowiednie oceny kliniczne przeprowadza się zgodnie z poniższą rubryką dla typowego (Ryc. 1C) lub nietypowego (Ryc. 1D) EAE. W przypadku typowego obrazu klinicznego choroby, wynik 0 oznacza brak nieprawidłowych zachowań. Po podniesieniu za nasadę ogona, ogon może szybko rotować (podobnie jak łopatka helikoptera), a tylne kończyny będą rozstawione na boki. Wynik kliniczny 1 oznacza częściowy wiotkość ogona, co można stwierdzić, podnosząc mysz za nasadę ogona. Normalna rotacja przypominająca helikopter może być osłabiona lub nieobecna, a część ogona może być całkowicie wiotka. Pomocnym sposobem określenia zakresu paraliżu ogona jest przesunięcie palcem wzdłuż jego długości; niesparaliżowany ogon zazwyczaj owinie się wokół palca, podczas gdy ogon częściowo sparaliżowany nie będzie w stanie tego zrobić. Wynik kliniczny 2 oznacza całkowity paraliż ogona. Podczas podnoszenia myszy za nasadę ogona nie występuje żaden ruch ogona. Wynik kliniczny 3 oznacza częściowy paraliż kończyn tylnych. Określenie tego wyniku wymaga, aby mysz mogła swobodnie poruszać się po płaskiej powierzchni. Jeśli jedna kończyna tylna jest ciągnięta podczas ruchu myszy do przodu lub jeśli jedna bądź obie kończyny tylne wydają się częściowo sparaliżowane, można przyznać wynik 3. Wynik kliniczny 4 oznacza całkowity paraliż kończyn tylnych. Przy tym wyniku mysz nie jest w stanie poruszać kończynami tylnymi i przesuwa się do przodu, używając kończyn przednich. Wynik kliniczny 5 oznacza mysz w stanie przedśmiertelnym lub mysz z trudnościami w poruszaniu się po klatce lub w oddychaniu. Jeśli mysz nie może przeciągać się po dnie klatki lub jeśli jej oddech jest przyspieszony i ciężki, należy poddać mysz humanitarnej eutanazji. Wynik kliniczny 6 oznacza mysz znalezioną martwą w klatce. Wynik 6 jest rzadki i należy zbadać przyczyny śmierci inne niż EAE.
Nietypowy obraz kliniczny choroby może lub nie może być któremu towarzyszyć paraliż. W przypadku, gdy u myszy występuje choroba nietypowa wraz z typowymi objawami, konieczne może być zastosowanie dwóch oddzielnych systemów punktacji. Wynik 0 oznacza brak nieprawidłowych zachowań, podobnie jak w typowym systemie punktacji. Kliniczny wynik 1 oznacza lekki skręt lub nachylenie głowy podczas chodzenia myszy. Można to ustalić, pozwalając myszy na ruch do przodu i obserwując stałą kierunkowość jej ruchu w lewo lub w prawo. Kliniczny wynik 2 oznacza bardziej wyraźny skręt głowy i upośledzoną zdolność do przyjmowania pozycji wyprostowanej. Podobnie jak przy nietypowym wyniku 1, mysz wykazuje kierunkowość ruchu i może mieć lekkie trudności z utrzymaniem równowagi. Kliniczny wynik 3 oznacza niezdolność do chodzenia w linii prostej. Mysz będzie miała trudności z utrzymaniem równowagi i może wykorzystywać ściankę klatki, aby pomóc sobie w wyprostowaniu się podczas chodzenia. Kliniczny wynik 4 oznacza mysz leżącą na boku, niezdolną do chodzenia z powodu problemów z równowagą. Mysz może być w stanie przeciągać się po dnie klatki, ale może wykazywać kierunkowość ruchu. Kliniczny wynik 5 oznacza ciągłe toczenie się, chyba że zwierzę jest podtrzymywane. Mysz, która osiągnie taki wynik, powinna zostać w sposób humanitarny uśpiona. Kliniczny wynik 6 oznacza znalezienie martwej myszy w klatce. Wynik 6 jest rzadki i należy zbadać przyczyny śmierci inne niż EAE.
Można zastosować wyniki „pośrednie”, np. dodając 0,5 punktu do oceny, jeśli stan myszy ulegnie niewielkiej zmianie lub gdy wybór między dwiema ocenami jest trudny. Na przykład mysz, która zaczyna poruszać się wolniej niż zdrowe osobniki, ale nie wykazuje niedowładu, lub mysz, która po podniesieniu za ogon chwyta tylne łapy przednimi zamiast rozstawiać nogi, może otrzymać ocenę 0,5. Mysz, która potrafi jedynie pełzać po dnie klatki i wykazuje okresowe drgnięcia kończyn tylnych lub drga w odpowiedzi na dotyk, może otrzymać ocenę 3,5.
Ocena redukcji nacieku komórek odpornościowych
Po indukcji EAE w modelu mysim C57BL/6 (Rysunek 1A, dzień 0), w dniach 1–5 następuje prezentacja antygenu i proliferacja limfocytów T w śledzionie, a następnie, około 7. dnia, infiltracja komórek odpornościowych do OUN. Około 3 do 5 dni po początkowej infiltracji komórek odpornościowych u myszy pojawiają się objawy kliniczne. Aby ocenić, czy środek terapeutyczny blokuje infiltrację komórek odpornościowych do rdzenia kręgowego, leki lub nośnik podaje się w 7. dniu po prezentacji antygenu i proliferacji w śledzionach, ale przed rozpoczęciem infiltracji komórek odpornościowych do rdzenia kręgowego. Jeśli infiltracja komórek odpornościowych została osłabiona, przebieg kliniczny choroby powinien odzwierciedlać poprawę wyników klinicznych podczas fazy wzrostowej choroby od 10. do 15. dnia (Rysunek 2).
Zmniejszenie infiltracji komórek odpornościowych doprowadziłoby również do ograniczenia stanu zapalnego w obrębie układu nerwowego. Reaktywna astrocytoza i mikroglioza są uważane za główne cechy charakterystyczne neurozapalenia. Barwienie astrocytów za pomocą GFAP oraz mikrogleju za pomocą Iba-1 może następnie posłużyć do oceny zmian w średniej frakcji powierzchni barwienia w celu ilościowego określenia stopnia neurozapalenia (Rycina 3).
Aby określić, czy infiltracja komórek odpornościowych uległa zmniejszeniu, rdzenie kręgowe są usuwane i poddawane analizie cytometrią przepływową w szczycie choroby (Rysunek 1A, około 18. dnia). Zapewnia to, że do rdzenia kręgowego przeniknęła największa liczba komórek odpornościowych. Przenikanie limfocytów T do OUN jest uważane za inicjujące zdarzenie zapalne, a komórki Th1 i Th17 występują zarówno w modelach zwierzęcych EAE, jak i u pacjentów z SM. Biorąc to pod uwagę, analiza cytometryczna powinna obejmować ocenę obu typów patogennych limfocytów T. Ponadto Treg są dobrze scharakteryzowanymi supresoryjnymi limfocytami T, które łagodzą przebieg choroby. Dlatego należy ocenić odsetek limfocytów Treg w całkowitej populacji CD4+ w porównaniu z odsetkiem populacji efektorowych limfocytów T. Pozwoli to ustalić, czy nastąpiła ogólna redukcja infiltracji limfocytów T, czy też doszło do przesunięcia fenotypów limfocytów T w OUN. Reprezentatywne wykresy kropkowe (Rysunek 4A) wykazują zmniejszenie całkowitej liczby infiltrujących limfocytów T CD4+ w rdzeniach kręgowych myszy leczonych lekiem w porównaniu z rdzeniami kręgowymi myszy leczonych nośnikiem (liczby w prawych górnych kwadrantach). W celu oceny komórek Th1, Th17 i Treg analizuje się następujące białka sygnaturowe: odpowiednio IFN-γ+, IL-17+ i Foxp3+, których poziom powinien być obniżony (Rysunek 4A). Analizę statystyczną należy przeprowadzić dla liczby komórek CD4+, IFN-γ+, IL-17+ i Foxp3+, aby wykazać istotną redukcję (Rysunek 4B). Aby wykluczyć przesunięcie w podzbiorach limfocytów T, przeprowadzono ocenę statystyczną proporcji komórek IFN-γ+ IL-17+, IFN-γ+ IL-17-, IL-17+ IFN-γ- oraz Foxp3+ (Rysunek 4C).
Aby wykluczyć możliwość, że zmniejszenie liczby limfocytów T infiltrujących OUN jest konsekwencją hamowania proliferacji, aktywacji i różnicowania w obwodzie, należy ocenić liczbę aktywnie proliferujących limfocytów T oraz proporcje podtypów limfocytów T. Jeśli aktywacja i różnicowanie nie uległy zmianie, nie powinno być stwierdzonych zmian w procencie komórek CD4+, IFN-γ+, IL-17+ lub Foxp3+ (Rycina 5A). Ponadto, jeśli proliferacja nie została zaburzona, nie powinno być stwierdzonych zmian w liczbie komórek Ki67+ CD4+ (Rycina 5B). Leczenie farmakologiczne wdraża się w 7. dniu lub później, aby uniknąć zmiany początkowej prezentacji antygenu i aktywacji limfocytów T w obwodzie. Jednak w modelach genetycznych białka są często usuwane konstytutywnie podczas embriogenezy lub indukowane przed wywołaniem EAE, co sprawia, że ocena splenocytów jest niezwykle istotna.
Ocena ochrony ośrodkowego układu nerwowego
Aby wykazać, czy dany środek terapeutyczny moduluje patologię choroby w OUN po infiltracji komórek odpornościowych, interwencje lekowe powinny być podawane podczas pierwszego szczytu w ocenie klinicznej choroby. Model EAE u myszy szczepu SJL jest korzystny dla tych eksperymentów, ponieważ myszy te wykazują fenotyp rzutowy-remisyjny. Jeśli leczenie zapobiega degeneracji mieliny i aksonów, zaobserwowana zostanie poprawa w punktacji klinicznej (Rycina 6). Patologiczna ocena mieliny musi potwierdzić zmniejszenie uszkodzeń mieliny zgodnie z poprawą wyników klinicznych. W celu ilościowej oceny integralności mieliny wykonuje się barwienie MBP (białka zasadowego mieliny) metodą DAB, a następnie analizę statystyczną gęstości optycznej tego barwienia (Rycina 7). Aby dodatkowo potwierdzić, czy neurostan zapalny jest podtrzymywany lub zmniejszany przez interwencje terapeutyczne, można ocenić reaktywną gliozę, mierząc średnią frakcję powierzchni gliozy reaktywnej, zgodnie z opisem powyżej (Rycina 3). Aby potwierdzić, że interwencja terapeutyczna bezpośrednio chroni OUN bez efektów immunomodulujących, należy wykluczyć osłabienie infiltracji komórek odpornościowych do OUN oraz proliferację w śledzionach. W tym celu należy przeprowadzić opisane powyżej metody oceny infiltracji komórek odpornościowych w mózgu i rdzeniu kręgowym oraz oceny proliferacji i aktywacji obwodowych limfocytów T (Ryciny 4 i 5). Podsumowując, środki terapeutyczne, które blokują uszkodzenia komórek w OUN bez dowodów na redukcję limfocytów T infiltrujących OUN lub proliferację limfocytów T w obwodzie, są lekami o działaniu neuroprotekcyjnym w obrębie OUN.

Rysunek 1. Reprezentatywne wyniki oceny klinicznej EAE u myszy C57BL/6 i SJL. (A) Wyniki kliniczne (średnia ± SEM) myszy C57BL/6 (n = 10) z indukowanym MOG35-55 w celu wywołania EAE z przebiegiem chronicznym. (B) Wyniki kliniczne (średnia ± SEM) myszy szczepu SJL (n = 3) z indukowanym PLP139-151 w celu wywołania EAE o przebiegu rzutowo-remisyjnym. (C) Rubryka oceny klinicznej stosowana do monitorowania typowego postępu choroby u myszy z EAE. (D) Rubryka oceny klinicznej stosowana do monitorowania nietypowej progresji choroby u myszy z EAE. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2. Leczenie farmakologiczne przed infiltracją komórek odpornościowych u myszy C57BL/6 z EAE. Wyniki kliniczne (średnia ± SEM) myszy C57BL/6 leczonych PBS (n = 20) lub SAS (n = 19) od 7. dnia po immunizacji MOG35-55. Dane pochodzą z trzech połączonych niezależnych eksperymentów. Różnicę statystyczną określono za pomocą nieparametrycznego dwustronnego testu U Manna-Whitneya, *p < 0,05. Przedruk za zgodą z (11).

Rysunek 3. Barwienie immunofluorescencyjne i kwantyfikacja reaktywnej gliozy w rdzeniach kręgosłupowych myszy C57BL/6 z grupy kontrolnej, EAE oraz grupy leczonej. (A) Marker fluorescencyjny dla GFAP (astrocytów) i Iba-1 (mikroglii) w rdzeniach kręgosłupowych myszy kontrolnych (nieimmunizowanych) (panele lewe) oraz myszy z EAE leczonych PBS (panele środkowe) lub SAS (panele prawe). Pasek skali = 100 µm. Kwantyfikację barwienia określono za pomocą techniki ułamka powierzchni w celu pomiaru procentowej powierzchni immunopozytywnej dla GFAP (B) oraz Iba-1 (C). Średnia ± SEM, n = 3 myszy kontrolne, n = 3 myszy leczone SAS lub n = 4 myszy leczone PBS, 6 przekrojów na mysz. Różnice statystyczne określono za pomocą jednoczynnikowej analizy ANOVA, *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001. Przedruk za zgodą z (11). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4. Analiza FACS rdzeni kręgowych myszy C57BL/6 z EAE wykazująca zmniejszoną infiltrację limfocytów T u myszy leczonych. Myszy C57BL/6 były leczone SAS lub PBS, począwszy od 7 dnia po indukcji EAE. Rdzenie kręgowe pobrano w 15 dniu. (A) Reprezentatywne wykresy kropkowe pokazują komórki Th1 (IFN-γ+/IL-17-) i Th17 (IFN-γ-/IL-17+) w bramce CD4+ (panele górne) oraz limfocyty T regulatorowe (Foxp3+) (panele dolne). Wykresy kropkowe przedstawiają wartości procentowe w prawym górnym kwadrancie. (B) Poddano analizie statystycznej bezwzględne liczby komórek CD4+ oraz komórek IFN-γ+, IL-17A+ i Foxp3+. (C) Zbadano również zmianę procentowego udziału populacji limfocytów T pomiędzy myszami z EAE leczonymi SAS a myszami leczonymi PBS. Średnia ± SEM, n = 10 dla grupy leczonej PBS i n = 9 dla grupy leczonej SAS z dwóch niezależnych eksperymentów. Do wszystkich wykresów słupkowych zastosowano obustronny test t. **p < 0.01. Przedruk za zgodą (11). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5. Analiza FACS śledzion myszy C57BL/6 z EAE wykazująca równoważne profile ekspresji i proliferację limfocytów T u myszy leczonych i nieleczonych. Śledziony myszy leczonych PBS oraz SAS analizowano 15 dni po indukcji EAE. (A) Procent limfocytów T CD4+, Th1 (IFN-γ+/IL-17-), Th17 (IFN-γ-/IL-17+) oraz limfocytów T regulatorowych (Foxp3+) w śledzionach myszy leczonych PBS (n = 10) i SAS (n = 9) z dwóch niezależnych eksperymentów. (B, panel lewy) Procent komórek Ki-67+ w populacji CD4+ ze śledzion naiwnych (n = 4) oraz z myszy z indukowanym EAE leczonych PBS (n = 5) i SAS (n = 5). Jednoczynnikowy test ANOVA wykazał istotność statystyczną między proporcją komórek Ki-67+ ze śledzion naiwnych a śledzionami z EAE leczonymi PBS lub SAS. Nie stwierdzono istotności między śledzionami z EAE leczonymi PBS a SAS. (B, panel prawy) Reprezentatywne wykresy kropkowe; liczby wskazują proporcję proliferacji. Wykresy kropkowe pokazują wartości procentowe. Wykresy słupkowe przedstawiają dwustronny test t, ***p < 0.001. Przedrukowano za zgodą (11). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 6. Leczenie farmakologiczne po infiltracji komórek odpornościowych u myszy SJL z EAE. Wyniki kliniczne (średnia ± SEM) myszy SJL leczonych PBS (n = 8) lub SAS (n = 8) od 24. dnia po immunizacji (linia przerywana) PLP139-151. Dane przedstawiają średnią ± SEM wyników klinicznych. Różnicę statystyczną określono za pomocą nieparametrycznego dwustronnego testu U Mann-Whitneya, ***p < 0,001. Górna linia reprezentuje wartości wykorzystane do analizy statystycznej. Przedruk za zgodą z (11).

Rysunek 7. Ilościowe oznaczenie barwienia MBP z wykorzystaniem gęstości optycznej. (A) Reprezentatywne barwienie MBP w rdzeniu kręgowym odcinka piersiowego u nieokreślonej myszy z knockoutem genetycznym w porównaniu do myszy kontrolnej C57BL/6 z tego samego miotu, u których wywołano EAE. Nawias wskazuje reprezentatywny obszar zmniejszonego barwienia MBP, co świadczy o demielinizacji. (B) Barwienie MBP w rdzeniu kręgowym odcinka piersiowego u nieokreślonej myszy C57BL/6 z knockoutem genetycznym. (C) Nieokreślone myszy z knockoutem genetycznym, u których wywołano EAE (KO; n = 6 myszy, 2–4 przekroje lędźwiowe i piersiowe na zwierzę), wykazują wyższą gęstość optyczną (OD) barwienia MBP w rdzeniu kręgowym niż myszy typu dzikiego (WT; n = 3 myszy, 2–4 przekroje lędźwiowe i piersiowe na zwierzę), u których wywołano EAE. Analiza statystyczna przeprowadzona za pomocą obustronnego testu t, *p < 0.05. Słupki błędu reprezentują SEM. Pasek skali 100 µm.