类风湿关节炎实验动物模型研究综述

【摘 要】 类风湿关节炎动物模型一直是研究的重点，提供与人类风湿关节炎类似的动物模型，有助于深入研究本病的发病机制和治疗策略。然而，不同的动物模型特点也不尽相同，应根据实验需求选择合适的模型。通过整理目前国内外类风湿关节炎模型研究，综述几种常用的实验性类风湿关节炎模型的建立方法、发病机制和特点，以期为类风湿关节炎的深入研究及防治提供依据。

【关键词】 关节炎，类风湿；动物模型；实验；综述

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.12.019

类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种以滑膜的持续增生、软骨及骨破坏的病理学特征为主的自身免疫性疾病，主要以慢性炎症、多发关节肿胀、疼痛及其引起的关节僵硬，甚至功能丧失为临床表现[1]。其病因和发病机制尚不明了。本文对几种常用的类风湿关节炎模型的建立、发病机制及特点做一综述，为更好地研究其机制以及寻求防治方法提供依据。

1 佐剂性关节炎（adjuvant arthritis，AA）模型

AA是比较经典的RA动物模型[2]。弗氏佐剂包括不完全佐剂（incomplete Frennd' adjuvant，IFA）

和完全佐剂（Freund's complete adjuvant，CFA）。

CFA是将减毒卡介苗（BCG）10 mg经80 ℃水浴灭活1 h，与高压灭菌的液体石蜡和无水羊毛脂的混合液1 mL充分乳化混匀制成。此法多用大鼠。

1.1 造模方法 在消毒后的大鼠足跖皮下注入已经乳化混匀的CFA，浓度为10 mg・mL-1，每侧注射0.1 mL。原发病变主要是注射部位的炎症表现，踝关节及足跖部红肿，可侵及足垫、全足。继发病变则呈现对侧踝关节和前足肿胀，呈不断加重趋势，耳朵和尾根部出现“关节炎”结节，这些表现与人RA类似[3]。病理改变表现为关节周围及软组织的炎症，可造成滑膜增生，血管翳形成，软骨破坏，后期关节间隙变窄，关节粘连，以致形成不可逆的改变。

1.2 发病机制 AA的发病机制主要为分子模拟理论。关节软骨的自身抗原Hsp60与结核杆菌中一个相对分子量为65 ku热休克蛋白（Hsp65）结构高度相似，可以通过分子模拟或交叉反应，被同一株T细胞克隆识别，进一步引起自身的免疫反应[4]。有研究表明，T淋巴细胞免疫功能异常在RA的发生和发展中起着重要作用。AA造模成功后，检测指标中CD3+、CD4+、CD8+下降，CD4+/CD8+升高，表现有明显的免疫功能紊乱现象，提示T细胞亚群紊乱是AA大鼠的病理机制之一[5]。另一方面，细胞因子在AA发病的免疫调节中也起着核心的作用[6]。有研究证实，AA的发病过程中有氧化应激反应发生[7]，发病过程中产生大量的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-1β（IL-1β）[8]。Stoop等[9]研究表明，佐剂的选择可影响Th1和Th17细胞的总比例，而不一定影响细胞因子的产生以及疾病的发生率和严重的水平。

1.3 特 点 AA模型制备方法简单易行，在临床表现、病理学及免疫学上与人RA有很多相似之处，所以被普遍应用于RA相关研究。但AA缺乏慢性病理过程，与RA的病变过程不尽相同。如只用AA模型研究RA，局限性较大，所以，还需要参照其他模型从多个方面综合考虑。

2 胶原诱导性关节炎（collagen-induced arthritis，CIA）

模型

1977年，Trentham等[10]根据动物可被Ⅱ型胶原诱导产生免疫性关节炎这一理论，初次成功建立了由Ⅱ型胶原诱导的大鼠实验性关节炎模型。该模型随着研究的深入进一步发展和完善，目前造模动物多选用SD或Wistar大鼠、DBA/l或C57BL/6

小鼠。

CIA模型是一种免疫炎症模型，主要表现为多发性末端关节炎。通过抗原刺激引起自身免疫反应诱导关节炎产生，并形成抗CⅡ抗体，且可持续发展，并且更加符合人类疾病特点，包括关节红肿、滑膜增生、炎性细胞浸润、血管翳形成、关节软骨和骨破坏等，与RA临床表现更相似，是研究以及筛选治疗RA药物的理想模型。

2.1 造模方法 以DBA/1小鼠为例，首先将CⅡ（Ⅱ型胶原）溶于0.1 mol・L-1的醋酸中，浓度为2 g・L-1，在4 ℃环境中过夜后与等量CFA充分乳化，制得CⅡ乳剂（即每毫升含1 mg CⅡ和1 mg BCG），可于冰上配制，现配现用。免疫时，在小鼠尾根部、背部多点进行皮内注射0.1 mL，21 d后，对每只小鼠进行腹腔内注射CⅡ乳剂0.1 mL，达到加强免疫的目的。

CIA模型具有典型的多发性关节炎表现，Zhang等[11-12]研究发现，小鼠在致炎后24 d左右出现关节红肿，最早出现症状的是后足踝关节，随后发展到前足和尾部并呈持续性加重，最终导致关节畸形。36 d左右最严重，病理变化为增生性滑膜炎，关节腔内有炎性细胞浸润，并有丰富的血管翳形成，关节软骨及软骨下骨质均受到侵蚀和破坏，这些临床表现及病理学改变与RA密切相关。但CIA在同种属、同周龄、相同诱发因素和生活环境下，发病时间相差较大，临床表现轻重不一。CIA关节炎发病率比单独使用CFA注射显著提高。

2.2 发病机制 经研究发现，该模型建立的主要原因是CⅡ在免疫系统的高敏感性[13]。CIA的机制主要通过体液及细胞免疫完成，依靠于自身

T细胞和B细胞的激活。有研究发现，CIA的发生和发展主要由Th1、Th2这两种T细胞共同调节，正常状态下处于平衡状态，而初次免疫和加强免疫后小鼠外周血出现Th1/Th2亚群失衡状态[14]。此外有研究表明，IL-1β、TNF-α在CIA模型建立过程中起重要的诱导作用，且在病变过程中血清

IL-1β、TNF-α水平持续升高[15-16]。

2.3 特 点 CIA模型与人RA的相似之处包括易侵犯肢体远端关节、关节滑膜增生、血管翳形成、软骨与骨的破坏，以及免疫反应等。目前，CIA是公认的RA最佳模型，在免疫学、治疗效果评价及药物筛选等方面的研究中，CIA模型为研究者提供了极大帮助。但是，CIA是在一定实验条件下形成的疾病，不会出现病情的波动和复况，以及类风湿因子和抗核抗体，也没有RA的皮下结节、浆膜炎、血管炎等表现，这表明CIA仍有一些不足之处，仍然需要继续探索更加符合RA特征的动物模型。

3 卵清蛋白（ovalbumin，OVA）诱导的关节炎模型

1962年由Dumonde和Glynn首次建立[17]。OVA作为一种外源性抗原已被广泛运用于主动致敏建立如支气管哮喘等病的动物模型[18]。

3.1 造模方法 用生理盐水溶解OVA配成浓度为20 mg・mL-1的溶液，与等量CFA混匀，在动物肩胛部及背部5个部位皮下注射，每周1次，连续注射3周，第4周于双膝关节腔内注入OVA 5 mg[19]。

3.2 发病机制 OVA在关节内作为抗原长期存在，刺激滑膜产生抗体并形成抗原-抗体-C3复合物，激活补体造成局部滑膜炎症反应。另一方面，T细胞引起的免疫反应，使炎性细胞浸润于滑膜，使血管翳逐步形成，进而出现软骨及骨破坏[20-21]。

3.3 特 点 该模型方法简单，易制备，适合较大病变关节的研究，比如兔、羊等动物。其病理过程与人RA相似，但免疫学指标有一定的差异，因此该模型有其局限性。

4 Ⅱ型胶原抗体诱导性关节炎（collagen-antibody-

inducedarthritis，CAIA）

CAIA是抗体诱导性关节炎模型中较常用的模型之一，多采用C57BL/6小鼠，通过注射Ⅱ型胶原抗体诱导模型的发生，后期注射脂多糖以增加疾病的发生率及严重程度。该模型被用来研究基因、年龄、性别，以及效应细胞在关节炎终末阶段的发病机制中的影响。发病部位组织学检查发现大量中性粒细胞浸润，伴随着骨与软骨的侵蚀，血管翳形成以及纤维蛋白沉积。

研究表明，CAIA的发生与MHC等位基因相互独立，而CIA则主要依赖于MHC等位基因，其中Aq分子是最易感的等位基因之一。这表明，CAIA与MHC限制性T细胞以及T细胞依赖性

B细胞无关[22]。

5 自发性关节炎模型

转基因动物是指将外源重组基因整合在动物受体基因组内，将其遗传给后代的动物。常用的转基因动物模型有K/BxN模型、人TNF-α转基因模型、IL-1Ra基因敲除小鼠模型、SKG模型、TS1×HA CⅡ模型等。

5.1 K/BxN小鼠模型 K/BxN小鼠模型是KRN转基因小鼠（携带有TCR基因）与非肥胖糖尿病（non-obese diabetes，NOD）小鼠杂交的后代[23]。在3周龄左右，小鼠可出现对称性关节炎，最开始表现为关节肿胀，进一步发展为关节损伤、畸形（远端关节表现最明显）；组织病理学表现为滑膜及血管增生，血管翳形成，软骨及骨破坏等。

该模型血清中存在大量自身抗体，可造成关节破坏。其主要发病机制是T细胞受体可特异性识别自身葡萄糖-6-磷酸异构酶（glueose-6-phosphate-isomearse，GPI），导致针对GPI的自身抗体（anti-GPI）分泌增加。该抗体属于致病性抗体，从而诱导小鼠发展为RA。GPI在体内还可同时诱导T细胞、B细胞产生抗体，导致关节及软骨损

害[24]。另有研究表明，NOD小鼠的MHC-II（I-Ag7）基因与KRN转基因小鼠关节炎的发生密切相关，说明K/BxN小鼠模型受到MHC-II类分子的限制。此外，补体通过替代途径的激活以及Fc受体在K/BxN小鼠关节炎的发病中同时具有重要作用。该模型主要针对研究RA中自身抗体的作用。

5.2 人TNF-α转基因模型 1991年Probert等通过修饰3'端的UTR区域，使C57B L/6小鼠高表达人TNF-α，从而建立此模型[25]。小鼠在4周左右可出现自发性慢性炎症，主要表现为对称性关节炎、血管翳增生、关节软骨及骨破坏等，这些都与RA临床表现相似，同时还可有小肠透壁性炎症，生长缓慢等症状。病理表现主要为大量纤维组织增生、软骨损伤及骨质溶解；新骨形成的缺乏和生长发育迟缓也见于这些小鼠，可能是由钙稳态受损与肠道对钙吸收的减少而造成。该模型成模率100%，且模型的同质性高，并有利于衡量TNF-α抑制剂相比其他治疗方法的优势，表明TNF-α抑制剂的作用取决于病变初始阶段，可明显减轻

损害[26]。

5.3 IL-1受体拮抗剂（IL-1Ra）基因敲除小鼠模型 IL-1是由多种细胞类型产生的促炎细胞因子，包括活化的单核细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和滑膜细胞，这些都是在RA中导致关节炎症及破坏的重要因素。天然存在的IL-1Ra对限制过度的炎症反应有至关重要的作用。IL-1Ra缺失突变（敲除）小鼠与BALB/c小鼠的后代自发形成关节炎，其病变类似于RA，表现为炎症细胞浸润、滑膜细胞增殖、血管翳形成、软骨破坏与骨质溶解，还有关节中类风湿因子以及IL-6、TNF-α等炎症因子表达升高。与人RA相比，在IL-1Ra基因敲除小鼠模型中T细胞的作用同样是关节炎发病机制的核心[27]。

5.4 SKG模型 SKG小鼠是通过选择具有隐形突变基因的BALB/c小鼠培育出来的自发关节炎模型，其病理机制主要通过T细胞介导，小鼠在

8周左右即出现对称的足趾及踝关节肿胀，呈慢性进行性发展，后期多发生关节强直[28]。关节外的病变可表现为肺炎、皮炎和淋巴结节，其表现与RA类似，适合研究RA发展与T细胞的关系。研究表明，SKG模型的发生发展与TCR Vβ2和Vβ8.2的T细胞克隆型关系密切[29]。

5.5 TS1×HACⅡ模型 将HATⅡ转基因小鼠与TS1小鼠培育的后代可自发关节炎，其机制为TS1小鼠通过转基因能够表达针对HACⅡ小鼠产生流感病毒PR8 HA特异性的TCR，主要表现为长期的关节肿胀，关节外病变表现为间质性肺炎。研究表明，TS1×HACⅡ模型是由CD4+CD25+调节性T（Treg细胞）细胞识别新的自身抗原通过全身性分布的抗原呈递细胞表达的。可见，CD4+

CD25+Treg细胞在预防自身免疫性疾病中发挥关键作用[30]。

除此以外，还有油诱导的关节炎、链球菌诱导的关节炎、佐剂角叉菜胶诱导的关节炎、蛋白多糖诱导的关节炎等，这些模型目前运用较少，主要应用于某一方面的研究，尚不够成熟，仍需进一步的研究观察[31]。

在对RA动物模型的长期研究过程中，随之发展的是对RA病因及发病机制的进一步认识。但是仍存在一些问题：①RA动物模型均是在一定实验条件下，针对某单一方面的因素建立起来的，不能全面反映RA遗传、感染、免疫等特点；②不同的RA动物模型，其发病机制和病理特点的异同有待进一步阐释；③RA动物模型中一些指标如关节肿痛、晨僵、发热等不适不能够被客观地体现出来，因此模型评价标准仍需完善。综上所述，探寻一种能完全符合RA特点的动物模型仍是今后的重中之重。

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收稿日期：2015-05-28；修回日期：2015-09-07