Развитие РА тесно связано с аномальной инфильтрацией иммунных клеток в синовиальной ткани, где нерегулируемая активация этих иммунных клеток приводит к высвобождению различных провоспалительных цитокинов, которые в дальнейшем способствуют повреждению синовиальных и суставных структур18,19. Несколько животных моделей РА были широко оценены, в том числе модель CIA, модель K/BxN и мыши SKG 13,20,21. Несмотря на то, что эти модели успешно воспроизводят иммунные механизмы и клинические проявления РА, все они имеют существенные ограничения. Например, модель CIA на мышах C57BL/6 имеет более низкий процент успеха, более длительный период начала и значительное влияние окружающей среды и экспериментальных условий, что делает ее менее практичной в определенных экспериментальных условиях. Мыши SKG представляют собой мышиную модель RA, основанную на мутации гена ZAP-70, которая вызывает резкую аномалию в передаче сигналов Т-клеточного рецептора (TCR) и индуцирует аутоиммунный артрит22. Однако эта модель дорога, и на воспроизводимость экспериментальных результатов легко влияют условия индукции. K/BxN является моделью наследственного артрита, вызванного совместной активностью Т- и В-клеток, проявляющих выраженный иммунный ответ23. Тем не менее, построение этой модели является дорогостоящим, а ее специфичность ограничена, что приводит к ограниченному иммунному ответу, который не может полностью охватить многогранный патологический процесс РА человека. Поэтому большое значение имеет разработка животной модели, способной воспроизводить ключевые патологические особенности РА, отвечать различным экспериментальным требованиям и обеспечивать высокую воспроизводимость.
В этом исследовании мы представляем метод создания модели РА через адоптивный перенос адаптивных CD4+ Т-клеток от мышей SKG. Построение этой модели основано на отборе CD4+ Т-клеток у мышей SKG с фоном C57/BL6 и индукции маннана, что обеспечивает успех модели. Широко известно, что мыши SKG на фоне BALB/c являются носителями спонтанной мутации гена ZAP70 (W163C), которая вызывает аномальный отбор сигналов TCR, приводящий к высокосамореактивным Т-клеткам24. Это приводит к чрезмерной активации Т-клеток и возникновению синовита и разрушения суставов, тем самым имитируя ключевые патологические процессы РА, такие как восстановление синовиальной оболочки и активация иммунных клеток25,26. Клинические особенности мышей SKG очень похожи на таковые у пациентов с РА человека.
Чтобы ввести эту мутацию в фон C57BL/6, мы использовали технологию CRISPR/Cas9 для успешной генерации модели мыши с фоном C57BL/6 SKG, несущей мутацию ZAP70 (W163C). CRISPR/Cas9 обеспечивает высокую точность и эффективность, позволяя целенаправленно вводить желаемую мутацию при сохранении низкой скорости нецелевого вставки или нежелательных генетических модификаций, связанных с традиционными методами случайной индукции, тем самым обеспечивая стабильность и уникальность модели27,28. Что еще более важно, этот метод также значительно сокращает время, необходимое для построения модели, повышая как управляемость, так и эффективность разработки моделей. Используя эту модель, мы можем точно воспроизвести Т-клеточный синовит и совместную деструкцию РА на фоне C57BL/6. По сравнению с фоном BALB/C у традиционных мышей SKG, модельные мыши на фоне C57BL/6 имеют более широкое применение в иммунологических исследованиях и могут быть легче комбинированы с другими трансгенными моделями (например, Rag1-/- или IL17-/-). Это делает их подходящими для изучения роли мутации ZAP70 в развитии РА и других аутоиммунных заболеваний, таких как системная красная волчанка или рассеянный склероз.
Основываясь на ключевой роли29,30 CD4+ Т-клеток в активации РА, мы выбрали их в качестве ключевых медиаторов. Т-клетки являются основными движущими силами иммунных реакций при РА и могут напрямую вызывать повреждение синовиальной оболочки, активируя субпопуляции эффекторов Th1/Th1731, в зависимости от воспалительных факторов, таких как IL-6, IL-17 и TNF-α 32,33. Являясь ключевыми медиаторами иммунной регуляции, CD4+ Т-клетки секретируют провоспалительные цитокины, запуская и поддерживая воспалительный каскад, который приводит к синовиальной пролиферации и повреждению суставов, тем самым непосредственно способствуя патологическому прогрессированию РА. Они играют важную роль в оказании помощи В-клеткам в производстве специфических антител (например, ACPA)34. Между тем, типичным гистопатологическим признаком синовиальной оболочки РА является агрегация CD4+ Т-клеток. Некоторые гены главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса II, особенно «общие эпитопы», связанные с изотипом антиген-DR лейкоцитов человека (HLA-DR), считаются тесно связанными с патогенезом RA35. Кроме того, стратегия блокирования костимуляции Т-клеток цитотоксическим Т-лимфоцит-ассоциированным антигеном 4 (CTLA4)-Ig продемонстрировала значительную клиническую эффективность при РА36. Кроме того, индукция маннана служит мощным активатором для модели, способствуя активации компонентов врожденного иммунитета, таких как дендритные клетки и макрофаги37. Этот шаг еще больше способствует активации CD4+ Т-клеток и иммунным реакциям, значительно увеличивая атаку иммунной системы на собственные ткани, тем самым моделируя патологические особенности иммунной дисрегуляции и повреждения синовиальной оболочки при РА.
После завершения модельной индукции мы провели систематическую верификацию модельной группы по нескольким параметрам, включая клиническую оценку отека суставов, патологическую валидацию (наблюдение за патологией тканей синовита и особенностями разрушения суставов) и иммунологическую валидацию (экспрессию клеток Th1/2/17 и Treg в сыворотке крови и селезенке). Результаты показали, что наша модель успешно реплицировала Т-клеточный синовит и разрушение суставов при РА, индуцируя характерную иммунную активацию и синовиальные патологические изменения, согласующиеся с основными патофизиологическими механизмами РА, со 100% распространенностью. Примечательно, что в нашей модели клинический показатель опухших суставов у мышей достигает пика через 1 неделю, показывает заметное снижение на второй неделе, а затем постепенно снова повышается на более поздних стадиях, что не совсем соответствует типичному течению заболевания, наблюдаемому вобычных животных моделях артрита. Это может быть связано с тем, что через 1 неделю после индукции иммунная система у модельных мышей находится в интенсивно активированной начальной фазе при введении маннана, что приводит к пику воспаления суставов. На второй неделе иммунная регуляция и механизмы самовосстановления приводят к временному облегчению клинических симптомов. По мере прогрессирования заболевания иммунная толерантность постепенно ослабевает, а иммунный ответ вновь усиливается, что проявляется постепенным ухудшением состояния на более поздних стадиях.
Несмотря на то, что эта модель относительно проста по сравнению с другими моделями, все же есть несколько ключевых моментов, которые необходимо учитывать в процессе моделирования. Во-первых, активность и чистота CD4+ Т-клеток мышей SKG составляют основу успеха модели. Чистота ячеек должна превышать 90% для обеспечения согласованности и достоверности экспериментальных результатов. Во-вторых, скорость инъекции в медиальную кантальную вену должна тщательно контролироваться, чтобы избежать разрыва вены из-за слишком быстрой инъекции или утечки клеток из-за слишком медленной инъекции. Кроме того, решающее значение имеет выбор дозы для клеток. Слишком низкая доза может привести к неудаче модели, в то время как слишком высокая доза может вызвать неспецифические воспалительные реакции. Поэтому в процессе моделирования следует внимательно следить за общим состоянием мышей, а любые аномальные симптомы должны регистрироваться незамедлительно, чтобы обеспечить плавный ход эксперимента и научную обоснованность данных.
По сравнению с обычными моделями, эта модель имеет более короткий период приживаемости, достигает более высокого уровня заболеваемости у мышей C57BL/6 и остается относительно экономичной и простой в эксплуатации. Перенос аутореактивных CD4+ Т-клеток точно воспроизводит Т-клеточные иммунные реакции и фиксирует ключевые патологические особенности РА, такие как отек и повреждение суставов. Более того, его клинические проявления хорошо согласуются с проявлениями РА человека, предлагая более достоверное отражение клинических и патологических процессов РА. Кроме того, комбинация инфузии медиальной кантальной вены и индукции маннана еще больше улучшает управляемость модели и экспериментальную стабильность, делая ее высоковоспроизводимой и обеспечивая превосходный экспериментальный контроль. Конечно, у этой модели все же есть ограничения. В основном он сосредоточен на иммунных реакциях, управляемых Т-клетками; моделирование совместных ролей В-клеточных ответов антител и других иммунных клеток (таких как естественные киллеры (NK) клетки и Treg-клетки) является недостаточным, что затрудняет полное представление многоклеточных патологических механизмов РА. Тем не менее, эта мышиная модель РА остается стабильной и надежной моделью на животных, предоставляя исследователям лучшую платформу для моделирования иммунных реакций, опосредованных Т-клетками, и основных патологических особенностей РА. Эта модель позволяет исследователям глубоко погрузиться в иммунные механизмы и патологическое прогрессирование РА, предоставляя важные экспериментальные данные и инструменты для разработки новых методов лечения, в частности, для понимания иммунной дисрегуляции, вызванной Т-клетками, и определения терапевтических мишеней.