陸丹丹韓曉燕張 晗李 霖?房士明?
(1.天津中醫(yī)藥大學(xué),方劑學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 301617;2.天津中醫(yī)藥大學(xué),中藥學(xué)院 天津 301617)
類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種以滑膜炎癥為基本病理改變的自身免疫病,中醫(yī)認(rèn)為“風(fēng)、寒、濕三氣雜至,合而為痹”,并根據(jù)疾病特點(diǎn)將RA 歸屬于“痹癥”“尪痹”等范疇,在《內(nèi)經(jīng)》、《素問·痹論篇》等書中均有記載[1]。 據(jù)統(tǒng)計(jì),RA 影響全球約0.1%~2.0%的人口,在中國類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的患病率約為0.42%,其中心血管合并癥患病率為1.5%[2-3]。 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎臨床表現(xiàn)為手腕等小關(guān)節(jié)對(duì)稱性、持續(xù)性活動(dòng)受限且疼痛腫脹,發(fā)病與氣候、遺傳、免疫及腸道菌群失衡具有相關(guān)性[4]。
現(xiàn)代研究認(rèn)為RA 發(fā)病過程主要包括炎性細(xì)胞浸潤滑膜,造成滑膜增生并在滑膜腔中形成血管翳,最終使關(guān)節(jié)軟骨和骨質(zhì)破壞[5]。 大量文獻(xiàn)研究表明類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎與免疫T 細(xì)胞及B 細(xì)胞亞群的聚集、促炎因子、趨化因子活化和表達(dá)等相關(guān),但其深入確切的發(fā)病機(jī)理尚不完全明確[6]。 中醫(yī)認(rèn)為RA 病機(jī)復(fù)雜,多與濕、熱、瘀血等證緊密聯(lián)系[7]。
本文根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論和傳統(tǒng)中醫(yī)辨證論治原則,從類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制出發(fā),分析幾種關(guān)節(jié)炎實(shí)驗(yàn)?zāi)P?同時(shí)綜述腸道菌群與RA 的關(guān)系,希望能為類風(fēng)濕研究選擇合適的模型提供參考。
在誘導(dǎo)模型中,非特異性免疫激活,軟骨定向自身免疫或大量的外源、感染性誘因會(huì)引起類似RA 樣疾病,目前使用較多的該模型有膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎、佐劑性關(guān)節(jié)炎模型。
CIA 是主動(dòng)免疫誘導(dǎo)RA 的經(jīng)典模型。 Ⅱ型膠原(collagen Ⅱ, CⅡ)乳劑制備方法是在4℃條件下將Ⅱ型膠原溶于乙酸,滅活卡介苗置于液體石蠟中配成弗氏完全佐劑(complete freund’ s adjuvant,CFA)。 將二者等體積混合乳化至滴水不溶狀態(tài),制成CII 乳劑[8]。
小鼠(例如DBA/1J 品系)造模方法是將50 μL含2 mg/mL 牛Ⅱ型膠原的CII 乳劑在尾根部皮內(nèi)注射誘發(fā)關(guān)節(jié)炎,于18 d 后用含有弗氏不完全佐劑(incomplete freund’s adjuvant, IFA)的CII 乳劑同法注射加強(qiáng)免疫[9]。 小鼠CIA 模型病變情況可由關(guān)節(jié)腫脹度測量,關(guān)節(jié)炎評(píng)分和關(guān)節(jié)病理變化確定[10]。 小鼠關(guān)節(jié)腫脹度和關(guān)節(jié)炎評(píng)分增加,關(guān)節(jié)組織中出現(xiàn)炎性細(xì)胞浸潤、滑膜增厚等可提示造模成功[11]。 此模型可用于RA 新藥物預(yù)防、治療作用檢測和細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6、IL-17、TNF-α)等治療靶點(diǎn)的檢測[12]。 有研究發(fā)現(xiàn)DBA/1 小鼠中CIA 的嚴(yán)重程度和發(fā)病率可以通過CII 與CFA,IFA 和LPS的組合變化來控制,結(jié)果顯示使用LPS 可以增加關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度[13]。
大鼠CIA 模型的制備方法是在距離大鼠尾根部4 cm 處皮下注射CII 乳劑(1 mg/mL)200 μL,注射后按壓針孔防止乳液流出,于7 d 后采用同樣方法在距離尾根2 cm 處皮下注射CII 乳劑100 μL。若大鼠炎癥評(píng)分、關(guān)節(jié)腫脹度均顯著增高,痛域顯著降低則提示造模成功[14]。 CIA 所致關(guān)節(jié)炎可探究Th17/Treg(輔助性T 細(xì)胞/調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞)失衡在RA 中的作用,但模型在疾病的發(fā)生率、同步性和分布方面存在個(gè)體差異[15]。 國外學(xué)者借助CIA 大鼠模型,通過顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(microcomputed tomography, Micro-CT)、骨組織學(xué)檢查評(píng)估骨密度,定量ELISA 分析肌腱組織中促炎因子(TNF-α、 IL-23) 的 方 法, 得 出 英 夫 利 昔 單 抗(infliximab)可以預(yù)防關(guān)節(jié)炎相關(guān)的骨質(zhì)疏松癥,抑制其肌腱損傷的結(jié)論[16]。
AA 大鼠發(fā)病原理是誘導(dǎo)后的大鼠會(huì)產(chǎn)生針對(duì)于熱休克蛋白65(heat shock protein 65, HSP65)的T 細(xì)胞和抗體反應(yīng)[17]。 常選用Lewis 大鼠建立AA模型,對(duì)大鼠尾根部或足墊皮內(nèi)注射0.1 mL 含有熱滅活分枝桿菌(10 mg/mL)的CFA[18]。 模型制備成功的標(biāo)志是大鼠自造模兩周左右開始發(fā)病,炎癥以踝關(guān)節(jié)為重,并累及全足,第18 天左右達(dá)到炎癥高峰;在關(guān)節(jié)炎癥發(fā)展過程中同時(shí)伴有毛色暗淡、易脫毛和體重減輕等表現(xiàn)[19]。 在大多數(shù)情況下,AA關(guān)節(jié)炎的腫脹程度不對(duì)稱,其中一只足關(guān)節(jié)的發(fā)炎程度高于對(duì)側(cè)[20]。 AA 操作方法簡單,具有明顯的細(xì)胞免疫異常特征,缺乏慢性病過程[21]。 Bao 等[22]利用AA 模型,蛋白質(zhì)印跡和免疫組化等分析方法確定JAK/STAT 和NF-κB 信號(hào)通路中蛋白質(zhì)的表達(dá)和磷酸化水平,發(fā)現(xiàn)芫花素(genkwanin)能夠抑制AA 大鼠滑膜組織中JAK/STAT 和NF-κB 信號(hào)通路的激活。
在關(guān)節(jié)滑液中注射蛋白多糖抗原引發(fā)T 細(xì)胞慢性依賴性自身免疫反應(yīng),導(dǎo)致慢性炎癥、關(guān)節(jié)破壞和軸骨受累[23]。 Horváth 等[24]選取8~12 周齡的雌性BALB/c 小鼠,將PG 核心蛋白乳化劑每隔3 周對(duì)小鼠3 次腹腔注射來完成造模。 整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期較為緩慢,約需17 周完成。 小鼠初期以急性炎性水腫和滑膜炎為特征,隨后表現(xiàn)為骨和軟骨吸收,最后進(jìn)展為廣泛的關(guān)節(jié)強(qiáng)直。 此造模方法的局限所在是人類軟骨必須經(jīng)過廣泛的加工才能制備所需的蛋白多糖組分。 Liu 等[25]用腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor alpha, TNF-α)阻滯劑對(duì)PGIA 中腸道菌群進(jìn)行干預(yù)影響發(fā)現(xiàn)抗TNF-α 療法減緩了PGIA進(jìn)程,起到調(diào)節(jié)腸道菌群和腸屏障功能的作用。
鏈球菌產(chǎn)生一種具有較高炎癥活性的肽聚糖多糖(peptidoglycan-polysaccharide, PG-PS),可以誘導(dǎo)易感大小鼠形成關(guān)節(jié)炎[26]。方法是在第0、7、14和21 天,向右后足關(guān)節(jié)內(nèi)注射包含細(xì)胞壁肽聚糖多糖片段的混懸液誘發(fā)單側(cè)慢性關(guān)節(jié)炎,在第8、15 和22 天再次關(guān)節(jié)內(nèi)注射激活致發(fā)炎。 第1 天和第2天為急性非T 細(xì)胞依賴期,第23~28 天為慢性T 細(xì)胞依賴期[27]。 此模型有助于研究關(guān)節(jié)炎的急性反應(yīng),但這類動(dòng)物模型使用頻率較低,可能是因?yàn)槠涫褂贸杀竞筒僮饕筝^高[28]。 Jain 等[29]利用SCWA 模型研究姜黃素- 雙氯芬酸共軛物(curcumin-diclofenac conjugate, CDC)體外抗炎活性,發(fā)現(xiàn)其顯著減輕了SCWA 模型的關(guān)節(jié)炎癥狀。
降植烷是一種非免疫原性化學(xué)物質(zhì),在DA(Dark-Agouti)大鼠尾部單次皮下注射300 μL 降植烷純品,于50 d 后再次同法注射以誘發(fā)關(guān)節(jié)炎,每隔1 周進(jìn)行如上常規(guī)檢測,大鼠出現(xiàn)足容積增加、關(guān)節(jié)活動(dòng)障礙等表現(xiàn)提示造模成功[30]。 該炎癥為T細(xì)胞依賴型,主要用來藥物驗(yàn)證,也可用于分析類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎發(fā)病相關(guān)的性別差異情況。 有研究指出大鼠關(guān)節(jié)炎PIA 模型可用于模擬RA 中的血管功能障礙和脂質(zhì)受損情況[31]。
此模型建立原理是甲基化的牛血清白蛋白(methylated bovine serum albumin, m-BSA)與免疫球蛋白G Fc 段受體(Fcγ R)結(jié)合,從而有效激活針對(duì)m-BSA 的T 細(xì)胞應(yīng)答。 造模過程是將100 μg m-BSA在CFA 中1 ∶1 乳化對(duì)小鼠進(jìn)行免疫,每隔1 周在頸部進(jìn)行兩次皮下注射m-BSA/CFA 作為加強(qiáng)劑量,于3 周后通過關(guān)節(jié)內(nèi)注射10 μg/μL m-BSA生理鹽水混懸液誘發(fā)關(guān)節(jié)炎[32]。 AIA 模型的特征是明顯的T 細(xì)胞受累且不影響對(duì)側(cè)關(guān)節(jié)。 Frey等[33]借助AIA 模型分析成纖維樣滑膜細(xì)胞(fibroblast-like synovial cells, FLS)對(duì)慢性關(guān)節(jié)炎致病作用的分子機(jī)制,結(jié)果表明從AIA 急性期的小鼠中分離出的FLS 能夠在受體中誘發(fā)炎癥和關(guān)節(jié)破壞。
該模型建立的發(fā)病機(jī)制是G6PI 能夠在體內(nèi)產(chǎn)生抗體,通過誘導(dǎo)免疫活性細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子(如TNF-α、IL-1β),從而誘發(fā)關(guān)節(jié)炎。 造模方法是將400 μg 重組人G6PI 在完全弗氏佐劑中1 ∶1 乳化,并將該乳劑皮下注射于小鼠體內(nèi)進(jìn)行免疫[34]。 基于免疫前Treg 細(xì)胞的耗竭將自限性關(guān)節(jié)炎轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻黠@骨破壞的不緩解性關(guān)節(jié)炎理論,有學(xué)者利用G6PI 誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)感覺神經(jīng)元的分子標(biāo)志物轉(zhuǎn)錄激活因子3 (activating transcription factor 3, ATF-3)上調(diào)對(duì)感覺神經(jīng)元有早期性和持續(xù)性影響[35]。
該模型建立基礎(chǔ)是小鼠在經(jīng)過一定的基因修飾后可以自發(fā)形成關(guān)節(jié)炎,該模型有利于了解類似于人類RA 的慢性病過程。
將來自轉(zhuǎn)基因K/BxN 小鼠中含有G6PI 致病性自身抗體的血清注射到C57BL/6 幼鼠誘發(fā)RA[36]。K/BxN 血清誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎模型制備:將雄性KRN鼠與雌性NOD 鼠合籠飼養(yǎng),所生的第一代小鼠即為K/BxN 小鼠。 采集2~6 月齡K/BxN 小鼠靜脈血清。 將不同K/BxN 小鼠的血清混合后分別在第0天和第2 天尾靜脈注射至8 周齡C57BL/6 小鼠以制備K/BxN 小鼠模型。 小鼠踝關(guān)節(jié)腫脹程度嚴(yán)重,且HE 染色顯示關(guān)節(jié)腔隙變窄、炎癥細(xì)胞浸潤則提示造模成功[37]。 此模型的特點(diǎn)是在廣泛應(yīng)變背景下誘導(dǎo),且關(guān)節(jié)炎發(fā)病迅速,發(fā)病率100 %,可用于研究干擾素等治療RA 的相關(guān)機(jī)制。 Bopp 等[38]首次在K/BxN 小鼠模型中描述了顳下頜關(guān)節(jié)(temporomandibular joint, TMJ)損壞,得出了侵蝕性變化主要發(fā)生在關(guān)節(jié)軟骨的淺表部分,進(jìn)而導(dǎo)致TMJ 軟骨纖維層消失的結(jié)論。
通過構(gòu)建人類TNF 轉(zhuǎn)基因小鼠,表現(xiàn)出人類TNF 基因表達(dá)的失調(diào)模式進(jìn)而發(fā)展為慢性炎性多關(guān)節(jié)炎。方法是將含有3’端修飾后的完整人類TNF 基因的片段整合到CBA 與C57B1/6 雜交第2代小鼠受精卵內(nèi),待小鼠3~4 周齡時(shí)可觀察到踝關(guān)節(jié)腫脹,繼而9~10 周腿部運(yùn)動(dòng)障礙發(fā)展為完全喪失后腿的運(yùn)動(dòng)能力。 不同于AA、CIA 模型,TNF-α轉(zhuǎn)基因小鼠能自發(fā)性出現(xiàn)關(guān)節(jié)炎,與人RA 的關(guān)節(jié)破壞更為相似[39]。 有學(xué)者使用該模型來確定RA炎癥進(jìn)展是否受到RANKL(receptor activator of NF-κB ligand, NF-κB 配體的受體激活劑)的基因失活或過表達(dá)的影響,發(fā)現(xiàn)RANKL 不僅可以作為破骨細(xì)胞生成和骨吸收的介質(zhì),而且可以作為影響炎癥和免疫激活的疾病調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)炎[40]。
SKG 小鼠是一種BALB/c 小鼠,其編碼70×103zeta 相關(guān)蛋白(ZAP-70)Src同源2 結(jié)構(gòu)域的基因發(fā)生突變,進(jìn)而形成慢性自身免疫性關(guān)節(jié)炎[41]。方法是將溶于磷酸鹽緩沖鹽水(PBS pH=7.2~7.4)溶液的甘露聚糖腹腔注射于16 周齡SKG 雌性小鼠誘發(fā)關(guān)節(jié)炎。 通過組織病理學(xué)評(píng)分發(fā)現(xiàn),滑膜細(xì)胞多層次增生,關(guān)節(jié)腔內(nèi)有單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤、血管緊張素形成和富含營養(yǎng)的粒細(xì)胞滲出表明造模成功[42]。 Jeong 等[43]為評(píng)估酵母聚糖誘導(dǎo)的SKG 小鼠的臨床和分子特征,利用酵母聚糖誘導(dǎo)的SKG 小鼠模型來反映人脊柱關(guān)節(jié)炎(spondyloarthritis, SpA)的復(fù)雜特征。
在RA 疾病動(dòng)物模型的基礎(chǔ)上,施加風(fēng)寒濕、風(fēng)濕熱等外部刺激建立病證結(jié)合的RA 動(dòng)物模型,或直接在痹癥理論基礎(chǔ)上建立中醫(yī)動(dòng)物模型以探究RA 病因病機(jī)。
朱興旺[44]通過實(shí)驗(yàn)表明風(fēng)寒濕環(huán)境可能加重關(guān)節(jié)滑膜缺氧, 刺激缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia inducible factor, HIF)表達(dá),造成RA 滑膜細(xì)胞和新生血管生成,從而產(chǎn)生或加重RA 滑膜病變。 造模方法是在造模的第0 天,每只大鼠左后足跖皮內(nèi)注射0.1 mL CFA,造模7 d 后再注射0.1 mL 加強(qiáng)免疫,建立AA 大鼠模型,并將大鼠置于5~7℃冷水中,水深2 cm,伴以3 檔風(fēng)力,每日1 次,每次20 min,連續(xù)14 d。 大鼠右后足墊致炎后腫脹明顯,致炎后關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分顯著升高,提示造模成功[45]。
該模型建立的理論基礎(chǔ)是風(fēng)濕熱環(huán)境可能使HSP 大量分泌,部分HSP 被瓜氨酸化進(jìn)而激活免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗瓜氨酸抗體,從而激活或加重炎癥[44]。除將大鼠置于36℃~38℃熱水中,其余條件及結(jié)果觀察同上述風(fēng)寒濕痹模型。
造模方法是將大鼠的后足分別在45℃和4℃的恒定溫度下放入水中10 min,然后在20℃的溫度下用風(fēng)吹動(dòng)大鼠10 min,每天2 次,共14 d。 通過血細(xì)胞分析、脾和胸腺系數(shù)、自身抗體和血清細(xì)胞因子變化對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。 大鼠滑膜中TNF-α 和血管內(nèi)皮生長因子受體2(vascular endothelial growth factor receptor 2, VEGFR2)表達(dá)水平升高,可表明關(guān)節(jié)炎和血管生成的發(fā)生,提示W(wǎng)DCH 的變化可能是RA發(fā)病的關(guān)鍵因素[46]。 模型的主要特點(diǎn)是通過外界壓力來感染疾病,模擬自然環(huán)境變化。 該模型具有客觀性,建模時(shí)間短,自身抗體表達(dá)水平極高和明顯的組織病理學(xué)改變等優(yōu)點(diǎn)。
近年來,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎作為一種粘膜疾病,有3 個(gè)部位與其有關(guān),即肺、口腔粘膜和胃腸道[47]。 其中腸道菌群被認(rèn)為是類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎發(fā)展的重要環(huán)境因素[48],研究表明類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者的腸道微生物多樣性降低,與RA 持續(xù)時(shí)間和自身抗體水平相關(guān)[49]。 閆夢真等[37]通過研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群失調(diào)可誘導(dǎo)關(guān)節(jié)組織炎性因子水平增高。 腸道營養(yǎng)不良可以通過影響T 細(xì)胞亞群的分化來誘發(fā)關(guān)節(jié)炎,并可能導(dǎo)致Th17/Treg 細(xì)胞比例失衡[50]。 有學(xué)者借助CIA 小鼠模型分析腸道微生物群及腸黏膜變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)腸道菌群失調(diào)可以影響小鼠疾病嚴(yán)重程度,在誘導(dǎo)CIA 之前微生物群的消耗可導(dǎo)致疾病嚴(yán)重程度降低約40%,誘導(dǎo)CIA 后期微生物消耗則導(dǎo)致疾病嚴(yán)重程度降低90%以上[51]。 腸道菌群的變化是現(xiàn)在研究RA 新發(fā)病機(jī)制的重要思路,未來可嘗試依據(jù)腸道菌群混亂誘發(fā)建立類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎模型,幫助探究類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎相關(guān)發(fā)病機(jī)制。
目前RA 發(fā)病機(jī)制還未完全研究清楚,臨床治療主要以控制癥狀,延緩關(guān)節(jié)破壞,減少并發(fā)癥進(jìn)而提高生活質(zhì)量為目的。 因此,為更好地開發(fā)新的RA 治療策略,需依據(jù)不同的理論和發(fā)病機(jī)制建立RA 藥理模型,并根據(jù)RA 分型選用合適的動(dòng)物模型。 其中CIA 模型和AA 模型應(yīng)用較為廣泛,在CIA、AA 基礎(chǔ)上建立的病癥結(jié)合模型在中醫(yī)藥基礎(chǔ)研究中也日益受到重視。 上述幾類造模方法中均以出現(xiàn)關(guān)節(jié)發(fā)紅腫脹、關(guān)節(jié)病理改變等為主要標(biāo)準(zhǔn),與中西醫(yī)臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)中的部分內(nèi)容(例如晨僵、RF 陽性等現(xiàn)象)有一定差別。

續(xù)表1
動(dòng)物模型與臨床應(yīng)用的接近程度有助于RA 相關(guān)炎癥及自身免疫的基礎(chǔ)研究。 因此,動(dòng)物模型特征及評(píng)價(jià)方法與中西醫(yī)臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)的吻合度[52]至關(guān)重要(表1),例如吻合度較高的模型有:AA 模型、人TNF 基因小鼠模型和風(fēng)寒濕痹證模型等。 其中AA 模型具有多處關(guān)節(jié)對(duì)稱性腫脹、類風(fēng)濕因子陽性及骨質(zhì)侵蝕破壞等特征,與西醫(yī)診療標(biāo)準(zhǔn)吻合度較高。 而風(fēng)寒濕痹模型則在滿足西醫(yī)診療標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上體現(xiàn)了中醫(yī)RA 臨床辨證分型,具有一定應(yīng)用價(jià)值。 簡化模型評(píng)價(jià)方法從而提高與臨床應(yīng)用的吻合度是未來動(dòng)物模型發(fā)展的重要方向,如Micro-CT 技術(shù)在定量評(píng)價(jià)骨密度及骨結(jié)構(gòu)等方面較為權(quán)威,且多適用于疾病的臨床前研究,可作為模型評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。 除此之外,腸道菌群與RA 的發(fā)生、發(fā)展及治療有很大相關(guān)性,未來可通過矯正腸道微生物混亂來保護(hù)骨關(guān)節(jié)免受破壞,也可通過舌象與腸道微生物的聯(lián)系進(jìn)而建立新型動(dòng)物模型來探尋治療RA 的新策略。 然而針對(duì)中醫(yī)臨床癥狀如舌象、脈象等情況不易在動(dòng)物身上被觀察,為滿足今后研究,還需深入研究中醫(yī)證候的內(nèi)涵,同時(shí)契合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)病因來選擇和建立模型。

表1 類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎實(shí)驗(yàn)?zāi)P团c中西醫(yī)臨床病癥吻合度Table 1 Coincidence between experimental model of rheumatoid arthritis and the clinical symptoms of Chinese and western medicine