關節炎小鼠模型

為了研究Npsn在斑馬魚中性粒細胞中的功能，我們運用CRISPER/Cas9技術對斑馬魚npsn進行全基因組敲除，并且獲得了一系列npsn基因發生移碼突變的突變體斑馬魚，比如在exon5-Cas9靶點獲得的（-7，+0）（npsnsmu5）突變體，和在exon6-Cas9靶點處獲得的（-0，+1）（npsnsmu6）突變體，并且經預測它們的蛋白結構相對于野生型斑馬魚出現移碼突變和提前終止。但是我們通過WISH檢測發現在npsnsmu5突變體斑馬魚中，npsn的信號幾乎是缺失的，并且qRT-PCR結果也同樣證明了在npsnsmu5突變體中npsn的mRNA水平下降到野生型斑馬魚的5%左右，可能是由npsn的無義突變導致了mRNA的全面降解所導致的。但是npsnsmu5純合突變體胚胎能夠正常存活到成年，大小和體型正常，并且是可以正常的產生后代。

為了研究Npsn缺陷是否影響斑馬魚中性粒細胞的發育，我們通過斑馬魚中性粒細胞特異性標記基因mpx和lyz的整體原位雜交，發現npsnsmu5突變體和野生型斑馬對比，mpx+和lyz+信號點的數量沒有明顯差別。蘇丹黑染色也同樣發現SB+陽性細胞的數量也沒有差異。并且進一步在DIC下觀察npsnsmu5突變體和野生型斑馬魚中性粒細胞中的顆粒，也未發現明顯區別。以上結果表明，Npsn缺陷并不顯著影響斑馬魚中性粒細胞的發育和數量。這可能是因為Npsn只是斑馬魚中性粒細胞中的一種酶顆粒，缺失后并不影響中性粒細胞的發育，但是可能影響了中性粒細胞的某些功能。

為了研究Npsn缺陷對斑馬魚中性粒細胞功能的影響，而中性粒細胞的主要功能是參與機體的固有免疫反應，因此我們做了斑馬魚大腸桿菌的侵染實驗。我們利用顯微注射的方式感染npsnsmu5突變體和野生型斑馬魚胚胎的卵黃囊，通過記錄并比較感染后兩者的生存率，發現npsnsmu5突變體在感染大腸桿菌后生存率相對于野生型胚胎顯著下降，體內殘余的菌量明顯上升，并且在感染的早期階段，npsnsmu5突變體中炎性因子的表達水平比野生型明顯升高，這說明了中性粒細胞在抵抗細菌感染中存在功能缺陷。為了進一步驗證Npsn在中性粒細胞抵抗感染中的作用，我們通過構建斑馬魚Npsn過表達的轉基因系Tg(hsp:Myc-npsn)，并且同時感染大腸桿菌，發現Npsn過表達后能顯著提高感染后斑馬魚的存活率。這個結果進一步表明，斑馬魚Npsn有助于斑馬魚抵抗細菌感染。

但是Npsn通過哪種方式來幫助中性粒細胞抵抗感染的呢？先前有體外實驗證明，鯉魚的Npsn能夠水解纖連蛋白和明膠，而這兩種組分又是細胞外基質的重要成分，那么Npsn是否通過影響斑馬魚中性粒細胞的遷移來影響對大腸桿菌的抵抗的呢？為了驗證這個觀點，我們觀察了在感染后4小時時傷口處中性粒細胞的數量，但是比較npsnsmu5突變體和野生型斑馬魚并沒有發現明顯差異。另外，Npsn作為一種水解酶，它能否能夠直接水解和破壞大腸桿菌細胞的完整性，進而影響大腸桿菌在機體內存活的呢？并且Npsn缺陷主要影響斑馬魚清除哪種類型的菌呢？為了驗證這些問題，我們也將npsnsmu5突變體斑馬魚和野生型斑馬魚同時感染了其他類型的菌，如革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性菌銅綠假單胞菌等，發現Npsn缺陷后可能增加斑馬魚對革蘭氏陰性菌的敏感性。但是Npsn影響斑馬魚中性粒細胞抵抗細菌感染的具體機制，還需要更多的實驗來驗證。另外npsnsmu5突變體可以作為斑馬魚免疫與炎癥反應模型，對研究在感染過程中，中性粒細胞與病原菌的相互關系，以及對研發新的抗菌藥物具有重要的指導意義。

動物模型的制備和應用實驗必須在具備相應資質的實驗室開展。動物模型的制備、應用過程中的監督管理、處置措施、對環境和生態影響等應符合國家相關法律規定。

1、模型的形態特征

患病小鼠四肢的腳趾、腳掌以及踝部關節會出現紅腫，嚴重則關節僵直，行動受阻。如圖1所示。

圖1：模型組小鼠發病后與對照組小鼠的足部狀態對比。（A）、（C）模型組小鼠腳趾、腳掌、踝部關節出現紅腫。（B）、（D）對照組小鼠不發病，足部狀態正常。

對小鼠的發病情況進行統計學分析，如圖2所示。模型組小鼠在第3天發病，病情在第9~10天達到一個高峰狀態；第10~11天可選擇性地再次注射25~50μg LPS，延長發病周期，病情加重，在第14~15天以后病情逐漸緩解。若不進行二次注射，炎癥癥狀則從第11天開始逐漸下調。

圖2中（A）顯示模型組小鼠在第8天發病率達到100%，對照組全部不發病，故在圖中不予顯示。（B）顯示模型組小鼠四肢發病數平均在3~4肢，在第12天病情達到最高峰，對照組不發病。（C）為對關節炎發病程度的評價，測量小鼠的踝部關節以及腳掌腫脹厚度，根據病情嚴重程度為其打分：足部無紅腫，不發病——0分；1~2個腳趾紅腫，或有輕微的紅腫或紅斑——1分，3~5個腳趾紅腫或足部有較明顯的紅腫——2分；整個足部嚴重紅腫，關節僵直——3分；每只動物最高分數為12分。對照組不發病故全部分數為0。

圖2：統計小鼠足部發病情況。（A）發病率（B）四肢發病的數量（C）病情評價打分

2、模型的病理特點

（1）組織切片染色進行病理學分析

實驗進行至第18~19天，處死動物收集樣本。取小鼠四肢（主要為足部部分）浸沒于10%中性福爾馬林中進行固定，隨后經甲酸脫鈣后，石蠟包埋，切片，蘇木素伊紅（HE）染色，顯微鏡下觀察。

如圖2顯示，（A）、（C）為模型組小鼠樣本，表現為軟骨受侵蝕，關節囊纖維組織增生，炎細胞浸潤，骨質受破壞，滑膜細胞脫落，腔內積液等。（B）、（D）為對照組，其軟骨面完整平滑，無增生與積液現象，表現正常。

圖3：小鼠足部樣本HE染色。（A）模型組：軟骨侵蝕，關節囊纖維組織增生，炎細胞浸潤，骨質破壞。（C）模型組：軟骨面破壞，滑膜細胞脫落，有積液。（B、D）對照組：正常。

（2）CT檢測骨骼損傷情況

將經10%中性福爾馬林固定后的小鼠足部樣本進行CT掃描拍片，觀察其足部的骨骼損傷情況。如圖4所示，（A）、（C）圖中為模型組小鼠骨骼，骨骼表面不平整，扭曲變形，新生骨與破骨并存，骨骼損傷嚴重。（B）、（D）為對照組，骨骼表面與腔內平滑，正常無損傷。

圖4：小鼠足部樣本CT。（A）模型組表面俯視圖（B）對照組表面俯視圖（C）模型組截面圖（D）對照組截面圖

（3）模型組織中細胞因子表達情況的分析

檢測小鼠關節與血液中幾種主要的促炎性細胞因子的表達情況，如圖5所示。其中IL-6、IL-17、TNF-α都是在炎癥反應中起重要作用的促炎性細胞因子。IL-6對破骨細胞介導的骨質吸收、滑膜炎等炎癥進程起關鍵作用，也是機體炎癥反應的標志性細胞因子。IL-17是一種主要由活化T細胞產生的促炎性細胞因子，在T細胞介導的滑膜炎、骨破壞等過程起關鍵調節作用，是關節炎發生發展中最標志性的調節因子之一。TNF-α能夠促進粘附分子和蛋白酶表達，在骨破壞以及滑膜細胞增生等過程中起重要作用[3]。因此，這些促炎性細胞因子的表達水平反應了病情的嚴重程度。

取得小鼠關節樣本，提取RNA，反轉錄得到cDNA，通過Real-Time PCR檢測關節中促炎性因子的相對表達量；提取小鼠血清，通過流式細胞術進行分析，檢測血清中促炎性因子的表達量。雖然在取樣時間段（第18~19天）炎癥反應正逐漸下調，關節與血清中的IL-6、IL-17、TNF-α的表達量仍然高于正常水平。

圖5：（A）關節中炎癥因子的相對表達量（B）血清中炎癥因子的表達水平

1、實驗動物

C57BL/6J小鼠，屬動物界、脊索動物門、哺乳綱、嚙齒目、鼠科、小家鼠種（Mus musculus），1921年Abby Lathrop得到動物后開始近親交配，育成數個近交系。本實驗中于SPF級動物房飼養。

2、模型構建

使用8~9周齡的C57BL/6J雌性小鼠，分為兩組，每組各6~7只。

關節炎誘導試劑為Chondrex公司生產的Arthrogen-CIA?ArthritogenicMonoclonal Antibody試劑盒。

對于模型組小鼠，每只腹腔注射5mg膠原抗體混合物，記為第0天，第3天時腹腔注射25~50μg LPS，能夠快速誘導發病；第10~11天可選擇性地再次注射25~50μg LPS，使加重病情，延長發病周期，繼續觀察。對照組在同樣的時間腹腔注射等體積的PBS。

一、疾病概況

類風濕性關節炎(Rheumatoid Arthritis，RA)是一種以滑膜持續炎癥和關節軟骨及骨破壞為特征的慢性進行性的自身免疫性疾病，以關節滑膜炎及對稱性、破壞性的關節病變為主要特征。RA在我國的發病率為0. 26%~0. 5%，能夠發生于任何年齡，女性發病多于男性[1]。RA炎癥反應造成患者機體肉芽組織和纖維增生，使得關節腔內的血供嚴重受損；嚴重的缺血使得局部出現壞死，以累及周圍關節為主，故其基本病理改變為滑膜炎[2]。主要臨床表現為關節腫痛，繼而軟骨破壞、關節間隙變窄，晚期因嚴重骨質破壞、吸收導致關節僵直、畸形、功能障礙。

該疾病為一種反復發作性疾病，致殘率較高，預后不良，目前還沒有很好的根治方法。

二、發病機制

類風濕性關節炎的發病的主要因素有：（1）B細胞的介導作用與自身抗體的產生；（2）T細胞、巨噬細胞的介導作用與細胞因子網絡；（3）遺傳因素。但就目前來講，RA的病因及發病機制尚不完全明確，其可能與具有某些遺傳特征的人群對一些抗原刺激具有敏感性而引發的免疫應答反應所導致的病理性改變有關。免疫調節機制、功能障礙是導致RA的主要機制，在RA患者的滑膜組織中出現異常增多的T、B淋巴細胞和白細胞介素、趨化因子、干擾素等細胞因子以及自身抗體等均提示這些物質有可能參與RA的發生和發展[1]。