胶原诱导类风湿关节炎小鼠的重要脏器病理变化
2021-11-09
来源:步旅网
世界科学技术一中医药现代化★中药研究 胶原诱导类风湿关节炎小鼠的 重要脏器病理变化六 郭晴睛 ,郑 康 ,赵雨坤1,刘 学 ,邱雪梅 ,樊丹平 ,吕爱平 ,何小鹃 (1.中国中医科学院中医临床基础医学研究所北京100700;2.西南交通大学生命 科学与工程学院成都610031;3.香港浸会大学中医药学院香港999077) 摘 要:目的:观察胶原诱导关节炎(Collagen Induced Arthritis,CIA)小鼠发病高峰期重要脏器的病理变 化。方法:2O只雄性DBA/1小鼠随机分为正常组和模型组,模型组给予牛II型胶原混合完全弗氏佐剂诱导CIA 模型。造模后每周进行关节炎指数评分,于第63天处死小鼠,取心、肝、脾、肺、肾各组织和踝关节,利用HE染 色法观察各脏器的病理变化,并采用Real—time PCR法检测d、鼠肺组织中转化生长因邗1(Transforming Growth Factor Beta 1。TGF-/31)以及肿瘤坏死因子or(Tumor Necrosis Factor Alpha,TNF一 )的mRNA表达水平。结果:成 功建立了DBA/1小鼠胶原诱导关节炎模型。HE染色结果表明,除了踝关节出现明显的病理变化外,CIA小鼠 的肺部有大量的炎细胞浸润,肺泡间隔增厚,肺泡腔中有炎性浸出物,而心脏、肝脏、脾脏和肾脏没有出现明显 的病理变化。Real—time PCR结果显示病变的小鼠肺组织中TGF- ̄1和TNF—Ot的含量均显著高于正常的肺组 织。结论:胶原诱导的DBM1小鼠,其踝关节呈现严重的病理变化,其肺部也出现明显的炎症,且与类风湿关节 炎肺部并发症的病理变化有相似之处,这些结果提示该模型可用于类风湿关节炎肺部病变的相关研究。 关键词:类风湿关节炎胶原诱导关节炎模型DBA/1小鼠脏器病理变化 doi:10.11842/wst.2018.01.021 中图分类号:R965 文献标识码:A 类风湿关节炎是一种慢性、系统性的自身免疫疾 病,特征为多关节、对称性、侵袭性关节炎症,多发于 手、足小关节,常伴有关节外器官受累n捌。类风湿关节 炎病人关节的主要病理特征表现为滑膜增生、关节腔 变小、炎细胞浸润、血管翳形成、关节软骨及软骨下骨 的破坏等【纠1。除了关节的病理变化,还会出现多种关 类风湿关节炎发病机制及病理变化的研究和认识,特 别是对关节病理的研究,但是利用动物模型研究类风 湿关节炎关节外病变的较少。小鼠胶原诱导关节炎模 型在临床表现和病理机制等方面与人的类风湿关节炎 有很多相似之处,是研究类风湿关节炎病理机制的较 理想模型【6】。因此,我们采用牛II型胶原混合完全弗氏 佐剂诱导DBA/1小鼠,观察小鼠各个重要脏器的病理 变化,以期观察该模型是否可用于类风湿关节炎关节 外病变的研究。 1实验材料 1.1实验动物 节外病变,例如心脏病变、肺部病变、肾脏损害等嘲。 类风湿关节炎的关节病变一般只能致残,致死罕见,但 是关节外的损害有致死的可能。因此,全面了解类风 湿关节炎的关节外表现有利于我们对类风湿关节炎全 貌的认识,有利于避免误诊,早期治疗,改善预后。 多种类风湿关节炎动物模型的建立促进了我们对 20只DBA/1小鼠,雄性,7-8周,18-22 g,SPF级, 收稿日期:2018一O1—10 修回日期:2018一O卜20 ★ 国家自然科学基金(8147o072):CKIP一1在类风湿关节炎骨破坏局部成骨细胞成骨功能受损中的作用研究项目类型,负责人:何小鹃 ★★ 通讯作者:何小鹃,女,副研究员,主要研究方向:中药免疫药理研究。 [ 删ScienceandTechnology ̄Modernization ofTraditionalChineseMedicieanndMateriaMedwa] 123 2018第二十卷第一期 Vo1.20 No.1 购自北京维通利华实验动物技术有限公司,动物许可 Day 0于尾根部皮内注射,100 txL/只,Day 21用同样的 方法加强免疫 。 2.2关节炎评分 证号:SCXK(京)2012—0001,在恒温(24±2)℃、光照周 期12 h环境中饲养。 1.2主要试剂及仪器 造模后每周进行一次关节炎评分,评分标准如下: 0分=无红肿;1分=小趾关节红肿;2分=趾关节和小趾 关节肿胀;3分=踝关节以下部位肿胀;4分=整个足爪 肿胀(包含踝关节)。每次记录小鼠四肢的评分,累计 最高评分为16分 ]。 2_3病理学观察 主要试剂:完全弗氏佐剂(Chondrex,Lot:150034)、 牛II型胶原(Chondrex,Lot:140519)、Mayer苏木素染 色液(LEAGENE,Lot:0911A15)、伊红染色液(Ⅱ GENE, Lot:0810A15)、UNIQ一10柱式Trizol总RNA抽提试剂 盒(生工生物工程股份有限公司,Lot:CA04KA4108)、 PrimeScript RT reagent Kit with gDNA Eraser(Perfect 于Day63处死小鼠,分离心、肝、脾、肺、肾和踝关 节。将脏器置于10%福尔马林缓冲液中固定,将踝关 节剔除周围软组织后置于4%多聚甲醛中固定。踝关 Real Time)(Takara,Lot:AK3401)、SYBR( ̄)Premix Ex TaqTM fTli RNaseH Plus1(Takara,Lot:AK7103)。 主要仪器:小型高速离心机(eppendorf,型号:Cen— 节固定48 h后,置于10%EDTA脱钙液中脱钙,以1 mL 注射器针头能刺人关节骨内为脱钙完全。将脱钙好的 踝关节用不同浓度的梯度乙醇脱水,二甲苯中透明,石 蜡包埋,制作病理切片(4 m),经苏木素一伊红(HE)染 色后,显微镜下观察各组织病理学变化。 2.4 Real-time PCR检测小鼠肺组织中TGF-lfl和TNF— 的mRNA水平 trifuge 5430)、涡旋振荡仪(其林贝尔仪器制造有限公 司,型号:QL一902)、荧光定量PCR仪(Applied Biosys— tems,型号:ABI7500)、包埋机(Thermo Scientiifc,型号: Shandon Histocentre 3)、切片机(Thermo Scientiifc,型 号:Shandon Finesse ME+)、展片机(Thermo Scientiifc, 型号:Tissue Flotation Bath)、烤片机(Thermo Scientiifc, 型号:Hotplate)、正置生物显微镜(LEICA,型号: 按照UNIQ一10柱式Trizol总RNA抽提试剂盒的说 DM6000B)、微量紫外分光光度计(Thermo Scientiifc,型 号:Nanodrop 2000)。 1_3引物合成及序列 明书提取小鼠肺总RNA,使用Nanodrop 2000测量 RNA的纯度和浓度。按照Prime Script RT reagent Kit with gDNA Eraser试剂盒中的说明书将RNA反转录 成cDNA。Real—time PCR按照SYBR ̄Premix Ex Taq TGF-fll、TNF一 及内参基因GAPDH的上下游引 物委托生工生物工程(上海)股份有限公司设计合成。 TGF一 1上游弓l物:5 一ATTGGCCAGCATCCATCTC— TYG一3 ,下游引物:5 一TGCCACCATCATAGACTAG ATTC一3 ;TNF—Ot上游弓I物:5 一AGGCACTCCCCCAA AAGAT一3 ,下游引物:5,_CAGTAGACAGAAGAGCGT— GGTG一3 ;GAPDH上游引物:5'-AGGCCGGTGCTGAG. TATGTC一3 ,下游弓I物:5 一TGCCTGCTTCACCACCTT CT一3 II fTli RNase H Plus)试剂盒中的说明书进行操作,扩增 程序为:95℃30 sec,(95oC 5 see,60 40 sec)x45个 循环,95cC15 sec,60℃1 min,95℃15 sec。采用2 计算目的基因mRNA的相对表达量。 3结果 3.1 CIA小鼠体征观察情况 法 DBA/1小鼠造模成功后,毛发逐渐失去光泽,前 2实验方法 2.1小鼠胶原诱导关节炎模型的制备 肢、后肢陆续出现红肿现象,功能障碍,活动减少,体重 下降,Day42—63为肿胀高峰期,发病率达100%。图1 为正常小鼠和CIA发病小鼠的关节比较图。 3.2 CIA小鼠关节炎评分结果 将DBA/1小鼠随机分成2组,分别为正常对照组 和模型组,每组1O只。模型组小鼠按以下方法造模: CIA小鼠的关节炎评分见图2,分析可知,小鼠于 Day28左右开始发病,然后关节炎评分逐渐增高, Day42—63为疾病高峰期,最高评分可达l2分。 3-3 CIA小鼠踝关节和心、肝、脾、肺、肾的组织病理变化 浓度为2 mg·mL 的牛Ⅱ型胶原溶液和完全弗氏佐剂 以1:1(体积比)的比例混合,将牛Ⅱ型胶原逐滴加人 完全弗氏佐剂中,整个过程在冰浴中进行,边滴边用匀 浆器乳化,每转3 min,停止1 min,直至将乳化剂滴至 水中,若不扩散说明已充分乳化。乳化剂需现用现配, 124 3.3.1踝关节病理表现 正常小鼠和CIA小鼠的踝关节HE染色病理图见 [World Science and Technology ̄Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica] 世界科学技术一中医药现代化★中药研究 正常小鼠 CIA小鼠 图I正常小鼠和CIA发病小鼠的关节比较图 16 l4 12 §l0 譬8 6 4 2 0 正常小鼠 21 28 35 42 49 56 63 Days after immunization 一 CIA小鼠 CIA小鼠 图4小鼠心脏的HE染色图(x200) 图2 CIA小鼠关节炎评分 陶3,结果 示: 常小鼠的踝关节结构完 ,天节腔 内干净,关节表面光滑平整,滑膜细胞l一2层,排列整 齐,软骨和骨非常完 。cIA小鼠的踝关'if of 滑膜 增生,火 问隙明 变窄,有关节腔积液,大量的炎细 胞浸涧, 僻翳彤成,软骨和软骨 骨均有侵蚀现象、 3.3.2心脏病理学表现 正常小鼠和CIA小鼠的心脏HE染色病理 4,结果 示:正常小鼠的 C, ̄JL组织结构清晰, C,JIJL纤维 细长,旱 形,心肌纤维问有少 的结缔组织。CIA 正常小鼠 图5小鼠肝脏的HE染色图(X400) 小鼠的心脏病理结果和正常小鼠的相似,没彳丁…现明 的病理变化。 3-3-3肝脏病理学表现 一 正常小鼠 正常小鼠 CIA小鼠 ¨ 常小鼠和CTA小鼠的肝脏FIE染色病删 5,结果 /j :正常小鼠的肝小叶结构清晰完整,肝细胞 [司绕中 静脉呈放射状排列,形态结构 常。CIA小 鼠的肝脏术f¨现异常现象。 图6小鼠脾脏的HE染色图fx400) 3.3.4脾脏病理学表现 正常小鼠和CIA小鼠的脾脏HE染色病理 图 CIA小鼠 6,结果表明:正常小鼠的脾脏结构特征清晰完整,【 I髓 和红髓的界限比较明 ,能清楚的看到淋巴小结rf1央 动脉以及动脉周同的淋巴鞘,淋 细胞密集 CIA小 鼠的脾脏没有发现明 的病理变化 图7小鼠肺脏的lie染色图(x2l ̄9) CIA小鼠的肺部有大量的炎性细胞浸润,H巾池 隔增 3_3.5肺脏病理学表现 IF.常小鼠和CIA小鼠的肺脏H}c染色病理【殳]见 7,结果 示:正常小鼠的肺组织rf1肺泡的结构完整清 晰,肺泡腔和支气管腔非常干净,有少量的红细胞 厚,肺泡腔中有炎性浸…物,部分肺泡变小。 3_3.6肾脏病理学表现 正常小鼠和CIA小鼠的。肾脏HE染色病理『殳1 8,结果 示:正常小鼠的肾脏结构正常,有皮质和髓质 125 [World -iem- 。nd 7 (- 2ologylMode ̄‘nization 。Traditionnf Chinese Medi ̄-ine altd Mttlet’ia Medi ̄·“] 2018第二十卷第一期★Vo1.20 No.1 ..t二 · . l J ,.‘外最易受累的器官,这与肺内部丰富的结缔组织及血 液供应有很大关系。RA的肺部并发症包括肺问质病 变、细支气管炎、慢性支气管扩张、胸腔积液、类风湿结 节等“1。RA并发的呼吸系统疾病在RA患者死因中位 一 ’., 1. ,’ , , · ] , ,I- 正常小鼠 ’CIA小鼠 1 居第二位,且近年来其死亡率呈明显上升趋势,其中由 于类风湿关节炎间质性肺病(RA—II|D)引起的肺泡炎 图8小鼠肾脏的HE染色图(X400) 盆 I I Nornlal Model 性肺纤维化是其死亡的直接或问接原【大1” 。RA—ILD 的高死亡牢是由于肺部病变早期症状不明 易被忽 略,晚期出现症状后预后差I川 此早发现、早诊断、 早治疗RA合并肺部并发症有重 意义。 问质性肺病早期肺实质细胞发生急性肺泡炎,炎 症和免疫效应细胞不断增生、募集与活化,随着病情发 0 NoriIlal Mode1 展,肺泡结构破坏,间质胶原紊乱,大量纤维组织增生, 肺泡隔被破坏,形成囊性化,病变小町逆” 。我们的研 究发现CIA小鼠的肺部fn现明 的炎性病变,肺间质 内有大量的炎细胞浸润,肺泡间隔增厚,肺泡腔中有炎 性浸出物,这与RA肺部并发症的病理变化有相似 之处。 图9小鼠肺组织中TGF l和TNF-et的mRNA表达水平 之分,可见大量的泌尿小管,以及由少量结缔组织、血 管、神经等构成的肾间质,肾小管上皮细胞完好。CIA 小鼠的肾脏未见明显的病理变化。 3.4小鼠肺组织中TGF l和TNF一 的tuRNA表达水平 由图9可知,模型组小鼠肺组织中TGF一31和 RA—ILD的发病机制可能与细胞、细胞 子以及 细胞外基质等因素的相互作用有父,过程复杂,仍有待进 一TNF—OL的mRNA水平明显高于正常组小鼠的肺组织 fP<0.01)、 步阐明” 。据报道,肺富含TCV-p, 导TGF-/3活性 高表达是肺问质纤维化进程启动的重要 素之一 。 此外,TNF— 等细胞因子可刺激肺内皮细胞和白细胞 4讨论 释放炎性介质,进而损伤肺组织,形成肺问质纤维化 ” 。 类风湿关节炎作为以滑膜炎和关节炎为主要表现 的全身性疾病,经常伴有一些关节外损害19 。本文采 用牛II型胶原混合完全弗氏佐剂诱导DBA/1小鼠,成 功建立了小鼠CIA模型,并观察小鼠各个重要脏器的 病理变化,以期观察该模型是否存在关节外的并发 症。研究发现,造模成功的DBA/1小鼠除肺部有明显 本研究采用Real—time PCR法分刖检测病变的CIA小 鼠肺组织和正常的肺组织巾 FGF一 l和TNF— 的 mRNA的表达水平,发现病变肺组织中TGF一31和 TNF— 的mRNA水平显著高于正常怖组织。 综上所述.胶原诱导的DBA/I小鼠的肺部病变与 RA肺部并发症的病理变化及发病0LN有相似之处,可 病变外,肝、心、脾、肾未 现明显的病理变化。 据临床观察及文献报道,肺脏是RA患者除关节 以利用该模型进行RA肺部受累的研究,有利于通过 动物模型进行深入的机制研究和药效研究。 36. 4赵建平,冯振宁,孟霜,等.Jxl湿 胶艇埘类 2015 17(8):1656—1663. 关节炎火鼠Tt、17/ Treg平衡和局部炎性因子的影响.1tl:界科 技术一中医药现代化. 5 纵瑞凯。刘健.类风湿关节炎关 外病变研究逃腱.中医药临床杂 志.2010,22(91:833-835. 6周茹,杨以阜,左建平.Ⅱ型胶原诱导fl;J,J,鼠艾 炎动物模型的建市 及影响因素.中国药理学通报.2006.22(121:1 532一I535. 126 [World Science(”1d Tech,lology ̄ffodernization ofTraditional ChinP e Medicine and Materin Me<tifⅥ] 世界科学技术一中医药现代化★中药研究 7 Gonzalo—Gil E,Prrez-Lorenzo MJ,Galindo M.et a1.Human embryonic stem cell—derived mesenchymal stromal cells ameliorate c011agen—in— duced arthritis by inducing host—derived indoleamine 2.3 dioxygenase. 13 Cavagna L,Monti S,Grosso V,et a1.The muhifaceted aspects of intersti— til laung disease in rheumatoid arthritis.Biomed Res Int2013,2013: .759—760.doi:10.1 155/2013/75976O. 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Pathological Changes of Key Organs in Collagen Induced Arthritis Mouse ‰Qingqin ̄,ZhengKangI,Zhao Yukun ,LiuXue2,Qiu Xuemei ̄,Fan Danping1,LuAlpine,He Xiaojuan (1.Institute ofBasic Research in Clinical Medicine,China Academy ofChinese Medical Sciences,Beijing 100700,China; 2.School fLiofe Science and Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China; 3.SchoolofChineseMedicine,HongKongBaptist University,HongKong999077,China) Abstract:Objective To investigate the pathological changes of key organs in collagen induced arthritis(CIA)mice. Methods Twenty male DBA/1 mice were grouped into normal group and model roup grandomly.Mice in model group were induced with bovine type II collagen and complete Freund’s adjuvant.Arthritis index was scored once every week after immunization.The mice were sacriifced at Day 63 and the heart,liver,spleen,lung,kidney and ankle joint were collected to observe their pathological changes by H&E staining.In addition,the mRNA levels of transforming growth factor beta 1(1’GF— 1)and tumor necrosis factor alpha(TNF-a)in the lung were detected by Real—time PCR.Results CIA model was successfully established in DBA/1 mouse.H&E staining analysis showed massive inflammatory ce11s infiltration,thickened alveoli septum in lungs except for apparent pathological changes in ankle joints of CIA mice.There was no obvious pathological changes in hearts,livers,spleens and kidneys of CIA mice.Real—time PCR results indicated that mRNA levels of TGF——/31 and TNF—。od in the lungs with pathological changes were significantly higher than those in normal lungs.Conclusions DBA/1 mice with CIA not only showed severe pathological changes in ankle joints,but also obvious inflammatory responses in lung.These changes in lung of CIA mice were similar to those in rheumatoid arthritis patients.These resuhs indicated that DBA/1 mice with CIA could be used for studies related to lung disease associated with rheumatoid arthritis Keywords:Rheumatoid arthritis;Collagen induced arthritis;DBA/1 mice;Organ pathological changes (责任编辑:陈宁,责任译审:王晶) 127 [World Science and Technology ̄Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia MedicⅡ]