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[技术] 动物模型 | 常见银屑病动物模型,你pick哪一种

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发表于 2023-2-21 16:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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银屑病是一种常见的慢性炎症性疾病,其在全球的患病人数目前已达1.25亿之多,约占全球人口的2%~3%,中国银屑病患病率约为0.47%,患病率逐渐增加。银屑病的发病机制目前尚未完全清楚,目前普遍认为银屑病是一种免疫细胞及免疫相关细胞共同介导的炎症性皮肤病。为了探究银屑病的发病机制及新的治疗手段,建立合适的动物模型至关重要。




动物的选择
小鼠、豚鼠、转基因小鼠。




造模方法
银屑病动物模型可以分成5类,分别为药物诱导模型、基因工程模型、细胞因子模型、异种移植模型及CRISPR/Cas9 基因组编辑技术构建的模型

01

一、药物诱导模型

药物诱导模型是指采用局部药物外搽或使用限制必需脂肪酸饲料喂养等方法,在动物(如小鼠、豚鼠等)皮肤上诱导产生银屑病样皮损及炎症反应。造模所使用的诱导药物有咪喹莫特、普萘洛尔等,在该类模型中目前应用较多的主要为咪喹莫特诱导小鼠模型。
1咪喹莫特诱导小鼠模型
该模型目前是临床前银屑病研究中使用最为广泛的动物模型。
造模方法:
选取成年小鼠(通常是BALB/c小鼠,6-8周龄),小鼠背部或耳部皮肤均局部脱毛,每日局部涂搽5%咪喹莫特软膏62.5mg于背部或耳部脱毛皮肤,一般在第 2 ~ 3d即可出现炎症反应,第6~7d日炎症反应可达高峰,小鼠皮损具有典型的银屑病表现和组织学特点。
模型评价:
1、涂抹药膏一段时间后,小鼠出现皮肤粗糙、红色,起皱,触之变硬伴斑片、严重起皮、脱屑,皮肤HE染色可见角化过度或角化不全,棘层明显增厚,颗粒层细胞减少或排列异常,真皮层小血管增生、扩张,真皮乳头向下突出,炎细胞浸润现象。
2、小鼠皮损内及脾脏树突状细胞的多种致炎细胞因子表达上调,如IL-1β、IL-6、TNF-α、IFN-α 等。

优缺点:
有成本低廉、操作性强、重复性好、造模时间短且皮损相似程度高等优点。但该模型依然存在着局限性:
①试验数据大部分来源于小鼠,限制了这些研究结果在人类银屑病中的适用性;
②药物诱导的皮肤炎症在很大程度上具有相对非特异性,其临床表现及病理组织学表现与其他疾病存在重叠,例如特应性皮炎等;
③药物诱导的动物模型是一种急性诱导模型,是一种急性炎症反应,因此不能完全再现银屑病的慢性炎症状态。
2普萘洛尔诱导豚鼠模型
造模方法:
选取4~5周龄豚鼠,5%盐酸普萘洛尔乳膏涂抹于豚鼠的耳部、背部脱毛皮肤,连续涂抹3周或3周以上即可出现银屑病皮损及病理学改变。

优缺点:
该模型较其他模型而言同样有着操作简便、经济、易获取、重现性好等优点,但该模型所产生的银屑病样组织学病理改变只模拟出人类银屑病主要的改变。

02

二、细胞因子小鼠模型

造模方法:
向小鼠皮肤注射IL-23、IL-12、IL-36、IL-22、IL-17C等一系列细胞因子并联合抑瘤素M(Oncostatin-M)和IL-33 已被应用于诱导银屑病样皮肤炎症。在各种细胞因子注射小鼠模型中,注射IL-23是最为常见的建模方式。已在超过50种不同的基因工程小鼠模型中注射该细胞因子进行建模。

优缺点:
该模型有着易于使用、能够与其他各种基因工程小鼠模型联合使用、不需要大量时间建模、建模相对便宜等优点,此外,由于该模型所诱导的银屑病样皮损为急性炎症反应,一但停止注射,皮损表现即自行逐渐消退,也是该模型存在的局限性。

03

三、异种移植模型

目前该类模型主要受体小鼠为无胸腺裸鼠、严重联合免疫缺陷鼠(SCID 小鼠)及AGR129 鼠。其中无胸腺裸鼠是最早用于该类模型的小鼠,SCID 小鼠是该类模型中应用最为广泛的小鼠。
AGR129 小鼠则是由于敲除 RAG 基因后造成的功能性 T 细胞、B 细胞、NK 细胞缺失的异种移植小鼠。

造模方法:
有研究者在无胸腺裸鼠中移植银屑病患者非病变皮肤后,移植皮肤出现银屑病部分病理变化,如棘层肥厚等,小鼠皮损持续时间达 2 月余,提示银屑病患者非病变皮肤比正常人的皮肤更易发生银屑病样皮损。

优缺点:
该类模型是目前最接近银屑病的结合了其完整遗传、表型和免疫、致病过程的动物模型,这种方法的基本原理是将人类银屑病患者的非病变或病变皮肤组织移植到严重免疫缺陷小鼠上,尽量使模型达到“人源化”标准。
异种移植小鼠模型提示 T 细胞在银屑病发病机制中的重要作用,对新型药物的研发也具有重要意义。然而,因其需要获得大量银屑病患者未经治疗过的病变或非病变皮肤组织和外周血,且需要快速收集组织和移植,以防止移植物缺血和排斥反应,再加上受体小鼠需要的饲养条件高、价格昂贵,导至该模型并未得到广泛应用。



04

四、基因工程模型

这类模型大多通过控制表皮基底层的启动子,如角蛋白5(K5)、角蛋白14(K14)、角蛋白10(K10)或内披蛋白来达到过表达特定基因的目的,从而诱导银屑病样皮肤表现的形成。其中,K5-STAT3C 转基因鼠模型、K5-TGFβ1转基因鼠模型、K14-AREG 转基因鼠模型是靶向作用于角质形成细胞的典型基因工程小鼠模型,其在启动子的作用下使特定基因在角质形成细胞内过度表达,致细胞因子和趋化因子表达上调,从而使角质形成细胞发生增殖并促发炎性瀑布反应,最终产生银屑病样改变;而 KC-Tie2 转基因鼠模型、K14-VEGF 转基因鼠模型则是作用于血管内皮细胞,促进血管内皮细胞的迁移和增生,最终也使小鼠模型产生银屑病样皮损改变。

优缺点:
基因工程动物模型从分子及细胞的角度出发,通过处理特定单个基因继而使模型产生类银屑病样的皮肤病理表现,因而具有强烈的针对性,可以确定特定基因在银屑病病变过程中的作用,适合观察单个基因的表达功能及效应。但这类动物模型也有着它的局限性,比如其制作步骤复杂、耗费时间长、成本高。不能全面地模拟出人类银屑病的多种基因共同作用下的复杂过程。因此建立银屑病转基因动物模型还有进一步的探索空间。



05

五、CRISPR/Cas9 基因组编辑技术构建的模型

CRISPR/Cas9 技术已应用于银屑病的临床前研究:Cas9作为一种细菌RNA内切酶,它可以造成真核生物 DNA 双链的断裂。CRISPR/Cas9技术可以通过删除或插入等方式来改变目标基因从而对生物体基因进行修饰,真核细胞内基因组发生特异且有效的变化。该技术被应用于研究银屑病的免疫机制及组织病理学的某些方面。
有研究者利用 CRISPR/Cas9技术建立一个基于Cre- 重组酶对LoxP 位点进行的Tnip1flox/flox 转基因小鼠模型,用于评估Tnip1基因在角质形成细胞的内在功能。在Tnip1flox/flox 小鼠中发现,角质形成细胞中Tnip1 基因(人类银屑病易感位点)的缺失导至了IL-17表达失控,小鼠出现明显银屑病样皮损,该基因位点编码 TNFAIP3- 相互作用蛋白1,作用于TNFR和TLR通路中起负调节功能;也证实了IL-17 在体内激活过程中Tnip1基因在角质形成细胞中起到的关键作用。

优缺点:
CRISPR/Cas9 技术作为第三代基因编辑技术,是一种非常具有目标性的编辑工具,几乎可以靶向任何基因,且操作较为简便、敲除效率较高,为基因组编辑提供了前所未有的可能性,但是,也存在着脱靶、工具质粒不稳定、Cas9 蛋白毒性作用等局限性。






总结
银屑病作为目前临床上最常见的炎症性皮肤病之一,其病因及发病机制目前尚未完全明确,仍需要更深层次的研究与探索。尽管已有众多银屑病小鼠模型被建立,且大多能模拟出银屑病组织病理学的基本特征,为银屑病发病机制的研究奠定了基础。但是依然没有一种小鼠模型可以完全模拟出人类银屑病发生、发展的过程。相信随着对银屑病发病机制的深入研究,随着更多相关致病基因的发现与确定,会有更多、更精准反映银屑病发病机制和发病特征的动物模型出现,为研究银屑病发病机制及相关新的治疗手段提供更有价值的帮助。



来源:
[1]Hawkes JE,Adalsteinsson JA,Gudjonsson JE,et al. Research Techniques Made Simple:Murine Models of Human Psoriasis[J]. J Invest Dermatol,2018,138(1):e1-e8.
[2]Chan J,Blumenschein W,Murphy E,et al. IL-23 stimulates epidermal hyperplasia via TNF and IL-20R2-dependent mechanisms with implications for psoriasis pathogenesis[J]. 2006,203(12):2577-2587.
[3]Cong L,Ran FA,Cox D,et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems[J]. Science,2013,339(6121):819-823.


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