炎症性肠病实验动物模型的选择

炎症性肠病实验动物模型的选择

炎症性肠病（ibd）是一种复发性非特异性肠炎，主要包括溃疡性胃炎（iu）和克罗恩病（cd）。关于病因和发病机制，尚不清楚，在治疗中缺乏具体有效药物。因此,为研究其病因和发病机制以及开发新的治疗药物,建立理想的、类似于人类IBD的动物模型就显得非常重要。理想的IBD实验动物模型应具备如下特点:(1)肠道炎症的发生、病程、病理和病理生理学改变与人类IBD相同或相似;(2)实验动物具有明确的遗传背景;(3)以已知抗原易于诱导免疫反应;(4)传统IBD治疗药物治疗有效;(5)实验动物在没有遗传或化学药物干预的情况下,常能自发形成肠道炎症。然而,实际上很少有如此理想的动物模型。应当明确的是,目前所建立的所有IBD动物模型都不是真正意义上的IBD动物模型,而只能称为肠道炎症模型。不过,尽管如此,每种IBD实验动物模型仍有其各自的特点以及与人类IBD的部分相似之处,可服务于不同研究目的。因此,这些实验动物模型仍然是目前IBD研究的重要工具。近年来开发和建立了大量新的IBD实验动物模型,使IBD的研究更为深入。但查阅国内相关文献,不难发现大量研究并未按其目的选择适当的实验动物模型,而几乎是千篇一律地选用了葡聚糖硫酸钠(DSS)或三硝基苯磺酸(TNBS)模型。因此在目前国内IBD的研究中,正确选择适合研究目的的实验动物模型是一个重要问题。本文试针对此问题作一概述。一、动物模型的选择每种IBD动物模型都有各自的诱导因素,或是化学药物诱导,或是基因敲除;也都具有各自的特点,或是与人类CD相似,或是与人类UC相似。在选择动物模型前了解这些情况十分必要。目前IBD动物模型按其诱导因素主要分为四类:(1)化学药物诱导型动物模型;(2)基因型动物模型;(3)细胞移植型动物模型;(4)自发性动物模型。1.治疗非主流型及药物模型用于诱导IBD的化学药物目前主要有DSS、TNBS、噁唑酮(OXZ)、二硝基氯苯等。这类模型制作方法简单、重复性好、费用低,在实际研究中被广泛采用。其最大的不足为病变主要是急性或慢性化学性炎症,不具备人类IBD病程中缓解和复发交替出现的特征,因此主要应用于IBD药物的研发。尽管也有少数文献报道这类模型应用于IBD发病机制的研究,但显然不及基因型动物模型和自发性动物模型更为合理。值得一提的是,DSS既可诱导急性期病变,又可诱导慢性缓解期病变,持续时间较长,多个DSS诱导周期的循环还可导致癌变,因此该模型还被用于研究UC相关性结肠癌的发生机制,以及开发具有预防UC癌变甚至有治疗作用的新药物。OXZ诱导的结肠炎模型病变维持时间短、自愈性强,用于药物研发时应特别注意排除结肠炎本身自愈的干扰。2.核心基因的基因型化基因型动物模型的发现具有一定的偶然性,人们在进行其他方面的研究时偶然发现具有某些基因缺陷的动物更易发生结肠炎,因此联想到以基因敲除或控制基因表达的方法建立结肠炎动物模型。被修饰的基因大都与免疫功能有关,包括T细胞受体(T-cellreceptor,TCR)、白细胞介素(IL)-10、IL-2、G蛋白基因等。目前常用的IBD基因型动物模型有TCR转基因小鼠模型、IL-2缺陷、IL-10缺陷、肿瘤坏死因子(TNF)-αARE(AU-richelement)缺陷、G蛋白缺陷模型等。尽管目前已建立了多种IBD基因型动物模型,但该类模型制作困难、成本高,在实际应用中受到一定限制。基因型动物模型对阐明IBD的遗传和免疫致病机制具有重要作用,为研究IBD的基因和生物治疗提供了重要工具。目前众多IBD相关基因型动物模型的出现进一步表明IBD是一种多基因导致的疾病,但目前仍未发现任一与IBD独立相关的基因。因此,根据不同实验目的选择适当的基因型动物模型显得尤为重要。3.模型动物应用通过细胞移植的方法可建立IBD动物模型。严重联合免疫缺陷(severecombinedimmunedeficiency,SCID)小鼠作为模型动物应用最多。该模型主要用于研究肠道抗原在IBD发病中的作用机制。4.cd-he农业保险模型自然界的一些动物可自发产生与人类IBD相似的肠炎,称为自发性IBD动物模型。这类模型理论上更接近于人类IBD,是较理想的实验动物模型。但自发性动物模型的肠道炎症较难进行标准化控制,且动物稀少、昂贵,很难应用该模型进行大规模实验或从事更深入的研究。棉顶绒猴(cotton-toptamarin)是一种濒危动物,可发生类似UC的结肠炎,是研究UC相关性结肠癌的理想模型。C3H/HeJBir小鼠可自发性发生类似UC的结肠炎,有研究者认为可能与其携带的幽门螺杆菌有关。SAMP1(senescenceacceleratedmouseP1)/Yit小鼠可自发性发生与CD相似的末端回肠炎。这类自发性IBD动物模型是研究人类IBD发病机制的理想模型。二、理解动物模型产生的机制是正确选择动物模型的关键不同动物模型的组织病理学改变有其自身特点,提示其发病机制可能也有差异。了解其肠道炎症的不同产生机制是正确选择IBD动物模型的关键。1.cd4+t细胞调节的炎症反应CD4+T细胞在实验动物肠黏膜炎症的发生中起重要作用。许多动物模型,如SCID小鼠、IL-10、IL-2和TCR-α基因敲除小鼠以及TNBS模型中均可见肠黏膜固有层有大量CD4+T细胞浸润。应用抗CD4单克隆抗体以及去除CD4+T细胞可明显减轻结肠炎症,进一步证明CD4+T细胞在结肠炎症的发生中起重要作用。其可能机制为CD4+T细胞能分泌高水平的1型辅助性T细胞(Th1)细胞因子,如TNF、干扰素(IFN)-γ等,或Th2细胞因子,如IL-4、IL-5、IL-13,从而引起一系列免疫反应,导致炎症改变。不同细胞因子引起的炎症病理改变亦不相同。Th1细胞引起的病理改变常表现为全层性炎症,伴肉芽肿形成,急性炎性细胞如中性粒细胞等相对较少;Th2细胞引起的炎症更多表现为表浅性炎性病变伴大量急性炎性细胞浸润和黏膜水肿。因此,目前普遍认为Th1细胞介导的炎症反应以IFN-γ、TNF-α、IL-2升高为主,类似于人类CD;而Th2细胞介导的炎症反应以IL-4、IL-5、IL-13升高为主,类似于人类UC。明确需诱导的模型以何种T细胞介导的炎症反应为主,对动物模型的正确选择很有帮助。2.肠道炎症反应肠黏膜屏障有阻止外源性物质进入黏膜固有层的作用,一旦肠黏膜屏障被破坏,外源性物质即可进入固有层,被抗原提呈细胞吞噬,并激活淋巴细胞产生细胞因子和炎症介质,进而引起肠道炎症反应。DSS结肠炎的产生可能就是肠黏膜屏障被破坏的结果;TNBS结肠炎模型的建立常需加用50%乙醇,可能与乙醇造成肠黏膜损伤,破坏肠黏膜屏障,使TNBS与结肠黏膜的有关蛋白结合形成自身抗原,进而引起相应的免疫反应有关;N-钙黏蛋白基因阴性鼠常发生类似人类UC的结肠炎症改变,是由于该鼠不能分泌N-钙黏蛋白,使肠黏膜细胞间的紧密连接破坏,导致肠黏膜屏障功能受损。3.小鼠肠炎以养鼠群为主尽管各种IBD动物模型的组织病理学改变和发病机制各不相同,但均具有黏膜炎症的发生须依赖肠道菌群存在这一共同特征。“无菌无结肠炎”的观点现已被广泛接受。将各种基因(如IL-10、TCR-α、IL-2、IL-12等)敲除鼠置于无菌条件下,均不能诱发结肠炎症或仅表现为轻微损伤。应用抗生素后,SCID细胞移植鼠的肠道炎症明显减轻,进一步提示肠道菌群在炎症发生中起重要作用。三、关于ib动物模型的选择Miceli等在研究角质化细胞生长因子(keratinocytegrowthfactor,KGF)治疗UC的疗效时发现,选择不同实验动物模型会得出完全不同的结论。DSS动物模型中显示KGF有明显疗效,但TNBS动物模型则显示KGF完全无效。可见,正确选择IBD动物模型将对实验结果产生重大影响。目前IBD动物模型的选择尚无固定模式和标准,研究者首先应明确自己的研究目的,然后在充分了解每种IBD动物模型的诱导因素、病理特点和可能的产生机制等情况后,结合自身条件(财力、物力等)进行选择。表1为常见IBD动物模型