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炎癥性腸道疾病小鼠模型

2019-11-06

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綜述目前常用的小鼠腸道炎癥模型、各種模型特點和適用的研究類型。

選擇合適的IBD小鼠模型

選擇合適的炎癥性腸病(IBD)小鼠模型進行臨床前研究并非易事。目前,有大量不同類型和子類型可用(關鍵模型如下表所示),每種類型都有各自的優缺點。

常用的IBD小鼠模型

  模型舉例 發病器官 反應類型
化學誘導 DSS 結腸 上皮損傷
TNBS 結腸 上皮損傷 免疫介導
Oxazolone 結腸 上皮損傷 免疫介導
自發突變 SAMP1/Yit 免疫介導 免疫介導
C3H/HeJBir 結腸 免疫介導
過繼性T細胞轉移 CD4+CD45RBhi 結腸 免疫介導
基因工程 IL-10-/- 結腸 免疫介導
微生物誘發 無菌IL-10-/- +/- 微生物轉移 結腸 免疫介導


不同的模型在組織學、療效、疾病發生部位等方面,不同程度上再現了不同的IBD特征。本文回顧了現有的主要IBD模型類型,探討了它們的特征和潛在用途。

化學誘導的IBD小鼠模型

使用最廣泛的IBD臨床前小鼠模型是化學誘導疾病模型,例如葡聚糖硫酸鈉(DSS)、三硝基苯磺酸(TNBS)、惡唑酮等。化學誘導的IBD模型的主要優點是造模成本相對低且易于開發。此類中模型中,基于其不同的疾病誘導方法,不同模型具有特定的用途。

DSS誘導的結腸炎模型

DSS是帶負電荷的硫酸化多糖,當施用于小鼠時會破壞上皮細胞。然后,非特異性免疫細胞釋放細胞因子,導致結腸發炎,其特征在于潰瘍和粒細胞浸潤。

DSS誘發結腸炎模型的常見用途包括研究先天免疫系統如何參與腸道炎癥,以及尋找在損傷期間/之后維持或重建上皮完整性的重要環節。

DSS誘導的小鼠結腸炎模型也對環孢菌素A有響應,因此可以用來評估針對相同免疫機制的新藥,例如新的免疫抑制劑。

TNBS誘導的結腸炎模型

TNBS它是一個小分子,本身不具有抗原性,但與宿主蛋白結合后會引起免疫反應,因此屬于半抗原。TNBS處理小鼠可建立模擬臨床克羅恩氏病(CD)的臨床前模型,其產生的免疫反應是Th1介導的,特征在于CD4+T細胞、嗜中性粒細胞和巨噬細胞的浸潤。形成橫向進展的炎癥,導致透壁結腸炎。

TNBS誘導的結腸炎模型非常適合研究CD的免疫學,也可以用于測試新免疫療法的療效。

惡唑酮誘導的結腸炎模型

惡唑酮也屬于半抗原,但會引起與TNBS誘導不同的炎癥反應。它是一種包括免疫發病機理在內、與臨床潰瘍性結腸炎更具相似性的模型。它誘導的免疫反應是Th2介導的,會導致彌漫性結腸炎癥。

該模型曾用于研究皮膚中的遲發型超敏反應,也用于評估靶向Th2介導機制的藥物。

化學誘導的IBD模型的局限性

當您使用任何化學誘導的IBD模型時,都要考慮幾個變量。研究中,應始終使用相同的方案,并且要確保實驗可重復性,您應密切關注化學品批次、動物品系、性別、來源、化學供應商、劑量、頻率和持續時間。這種類型的模型癥狀可能很嚴重,其中TNBS的癥狀重于DSS模型。

自發突變的IBD小鼠模型

這類模型由于自發突變發展了IBD,且不是由于轉基因過表達或基因抑制。常用的自發突變模型包括SAMP1/Yit和C3H/HeJBir,兩者均能產生慢性腸道炎癥。

SAMP1/Yit腸道炎癥

根據其疾病位置、組織學特征和對治療的響應,SAMP1/Yit小鼠用于建立模擬臨床CD的模型。在SAMP1/Yit小鼠上可以發現回腸末端的自發性炎癥(這也是臨床CD病變的主要部位),而且活化的CD4+和CD8α+TCRαβ+ T細胞大量浸入固有層。

SAMP1/Yit品系中的IBD發展和病程遵循非常明晰的時間過程,可以用于評估新療法在不同疾病階段療效模型。該亞品系也以與臨床患者相似的方式對anti-TNF的治療有響應,顯示出用于評估相似新藥的實用性和轉化能力。

C3H/HeJBir結腸炎

C3H/HeJBir亞品系的小鼠發展以急性和慢性炎癥為特征的右半結腸炎。該亞品系為IBD發病的免疫機理研究提供了十分有價值的模型,揭示出B和T細胞的對腸道細菌菌群抗原的反應性增強,以及對特定細菌抗原的血清IgG抗體水平升高。

自發突變模型的局限性

自發性IBD模型的一個主要局限是疾病完全顯現所需的時間長。例如,對于SAMP1/Yit品系,100%的外顯率大約需要30周。這可能會導致較長科研時間、且昂貴費用。

過繼性T細胞轉移小鼠模型

過繼性T細胞移植模型會引起小腸和結腸慢性炎癥,這與人類IBD的一些關鍵方面非常相似。從供體BALB/c脾細胞中分離獲得CD4+CD45RBhi T細胞(CD25-),這些細胞轉移到同基因免疫缺陷的SCID或RAG2-/-鼠可建立原發性結腸炎癥模型。

這種炎癥是由于na?ve T細胞群中缺乏Treg細胞所致。因此,采用過繼性T細胞移植模型來研究致病性T細胞在黏膜炎癥中的作用,并在該模型中進行了大量的Tregs和其他T細胞群研究。

過繼性T細胞轉移模型的局限性

應該注意的是,由于這種模型使用的是免疫缺陷小鼠,所以很難對結腸炎的發展有全面的了解。

基因編輯的IBD小鼠模型

基因工程小鼠IBD模型可以自然發展出結腸炎和/或回腸炎。許多模型含有在人類IBD中鑒定出的易感基因。這種類型模型中,最著名的是敲除IL-10-/-小鼠,在首次開發的25年后仍用于各種研究。

IL-10-/-敲除小鼠

因為IL-10 KO小鼠的Treg細胞不能產生IL-10,在IL-10 KO小鼠中會出現自發性腸炎,尤其是結腸炎癥,其特征是淋巴細胞、巨噬細胞和中性粒細胞的炎癥浸潤。疾病的嚴重程度可以通過所使用的背景菌株來調節。與C57BL/6小鼠相比,BALB/c小鼠的疾病更嚴重。

結腸炎的發展超過24周,其結果有助于研究IBD的不同免疫機制。Treg也可以被研究,因為它們在IL-10被清除的條件下,仍保留了一些功能。

IL-10-/- KO小鼠的局限性

該模型的局限性是,在不同設施之間,結腸炎的發展可能會有很大差異。這是因為該模型高度依賴于微生物組的差異。這個模型雖然可以通過使用吡羅昔康加速結腸炎發病,但仍需要較長的疾病發展時間。這個模型需要在劑量、配方、年齡和小鼠的微生物狀態方面進行仔細驗證。

在這個模型中沒有觀察到體重減輕,可以監測其他臨床指標,但其中一些指標只出現在嚴重疾病時。一種更有效、更敏感、更有效的監測炎癥水平的方法是測量糞便中的脂蛋白2(lipocalin 2)。

微生物誘發的IBD小鼠模型

在IBD模型中,腸道細菌與免疫介導的腸道炎癥有關。例如,在IL-10 KO小鼠(和其他IBD模型)中,微生物組對粘膜免疫系統的刺激對于結腸炎的發展至關重要。

目前微生物組在人類IBD中的確切致病機制仍然不明確,部分原因是對微生物組進行了分析的時候IBD往往已經發生。腸道共生細菌和菌群失調在IBD發病機理中的重要性已被廣泛研究。

有證據表明,抗生素可改善和減輕IBD患者的粘膜炎癥。另外,最近正在進行一項新的糞便微生物菌群移植(FMT)的IBD療法的臨床前和臨床研究。FMT旨在通過調節腸道菌群紊亂并恢復宿主與腸道微生物之間的體內平衡來逆轉疾病。

將選擇的細菌(例如,肝幽門螺桿菌,或者與其他細菌組合)或微生物混合物菌群引入無菌的IL-10-/-動物會導致結腸炎發展加速為2-4周內。因此,微生物誘發的小鼠模型是一種評估抗菌療法、研究有益或致病的微生物或微生物群落的有效模型。

微生物誘發模型的局限性

IBD模型的局限性包括微生物定植是可變的,并且誘導之前所需的無菌條件難以控制。無菌小鼠在模型開發過程中還需考慮到食物消化問題。

結論

IBD小鼠模型是臨床前研究和藥物開發的寶貴工具。雖然沒有單一模型與臨床完全一致,但是可以使用不同模型來研究特定疾病機制。 通過了解目前可用的IBD模型之間的差異、優缺點,研究人員可以根據研究目的選擇最合適的小鼠模型。

Topics: Inflammation

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