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【文献解读】川崎病之动物模型的最新研究

系统性血管炎为川崎病的病理学特点。然而KD的患儿病理标本取材困难,因此KD动物模型在进一步研究KD的病因及发病机制中发挥了重要作用。其中用干酪乳杆菌细胞壁成分和白色念珠菌水溶性成分诱发KD系统性血管炎的模型最常见。研究人员同时成功发现其他部分动物模型对于KD发病机制的研究大有帮助。

川崎病(KD),也称为皮肤黏膜淋巴综合征(MCLS),是一类急性、自我限制的血管炎,多发于5岁以下的婴幼儿,也是儿童获得性心脏病的主要诱因之一。


系统性血管炎为川崎病的病理学特点,主要累及中等大小的肌性动脉,以心脏冠状动脉受累最为常见。急性及亚急性期,部分患儿可发生冠状动脉瘤,这部分患儿远期可发生冠状动脉内膜增厚、钙化,出现冠状动脉狭窄,发生缺血性心脏病。急性期未经丙种球蛋白(IVIG)治疗者20%~25%发生冠脉损伤,IVIG治疗后冠脉损伤的发生率明显下降约为 5%。

由于KD的患儿病理标本取材困难,因此KD动物模型在进一步研究KD的病因及发病机制中发挥了重要作用。目前已经用于研究的KD模型中,小鼠模型是国内外最早且应用最多的KD模型。研究人员综述了近年来应用广泛的KD小鼠模型。其中用干酪乳杆菌细胞壁成分(LCWE)和白色念珠菌水溶性成分(CAWS)诱发KD系统性血管炎的模型最常见。


干酪乳杆菌细胞壁萃取物(LCWE)诱导的小鼠模型

干酪乳杆菌是一种来源于人和鼠胃肠道、口腔及阴道的革兰氏阳性杆菌,由于干酪乳杆菌细胞壁成分(LCWE)类似于可以诱发鼠慢性多发性关节炎的溶血性链球菌-A的细胞壁成分。                                        

研究人员将B组干酪乳杆菌细胞壁成分单次腹腔注射于C57BL/6小鼠诱发冠状动脉炎模型,注射后第3天发现冠状动脉外膜有炎性单核细胞浸润;第14天发展为动脉壁不对称性浸润,且开始出现多形核细胞浸润;至第28天,血管周围出现炎性浸润并且伴有狭窄;冠脉损伤的整个过程都伴随着冠状动脉周围外膜的纤维组织增殖,直至第56天冠脉旁纤维组织极其致密。

研究中发现除C57BL/6小鼠之外,LCWE可诱发A/J, Balb/c, C3Hebl杂交小鼠的急性或慢性冠状动脉炎模型,且其病理表现与C57BL/6小鼠相似。之后研究人员多次重复了此冠状动脉炎小鼠模型,并发现这种急性炎症性冠状动脉损伤病理表现与KD冠脉损伤及其相似,其他学者也成功复制了此模型,为进一步研究KD病因及冠脉损伤发病机制提供一种体外研究的方法和途径。


白色念珠菌细胞壁萃取物(CAW)诱导的小鼠模型

白色念珠菌是一种革兰氏阳性菌,通常存在于正常人口腔、上呼吸道、肠道及阴道,其细胞壁成分包含甘露糖蛋白、 β-1,6-葡萄糖、 β-1,3-葡萄糖蛋白。

早在1978年,有研究学者就利用KD患者粪便中分离出的白色念珠菌细胞壁提取物,来诱发小鼠的冠状动脉炎,发现其病理表现与KD的冠脉损伤类似,并且再次成功复制了此小鼠模型。

另有部分研究学者用类似的方法,从KD患者的粪便中分离出白色念珠菌,并提取其细胞壁成分,连续5次腹腔注射于小鼠诱发冠状动脉炎,发现动脉炎的发生率为66%,其中冠状动脉和主动脉根部最常累及,主要病理表现为血管的炎性浸润、纤维细胞内膜明显增厚伴内部及中弹性膜破坏、冠脉扩张,提示其病理特征与KD冠脉损伤有诸多相似之处。

研究学者在CAWS诱发KD冠状动脉炎模型中发现C3H/HeN类小鼠中冠脉损伤的发生率最高,病理检查结果显示模型小鼠的动脉炎同样大多发生在冠状动脉和主动脉根部,主要病理表现为血管全层炎性浸润、内膜不同程度层厚伴随冠脉狭窄、内外弹性纤维膜破坏、中膜平滑肌细胞炎症程度逐步恶化,并且发现血清细胞因子在不同时期有不同变化,据此认为此KD冠状动脉炎模型对于KD发病机制的研究大有帮助。

其他模型

KD冠脉损伤的兔模型最早在1995年就有日本学者Onouchi等利用刚断奶的血清病家兔来构建,主要因为家兔血清病的心血管系统表现不仅在组织学上与KD的心肌、瓣膜、冠状动脉及主动脉改变相似,并且其后续反应也类似。

试验中分别给33只刚断奶家兔和15只成年兔每周一次静脉注射马血清连续2周,病理学表现首先为内皮细胞肿胀及不同程度水肿由血管内膜下不断扩展至动脉外膜及血管周围组织,接着出现冠状动脉内皮细胞下单核细胞浸润,冠脉中膜变薄和平滑肌细胞肿胀导致冠脉扩张,注射后4月刚断奶幼兔仅仅表现为中膜变薄及轻微的弹性组织变性。并且发现,这种家兔倾向于形成冠状动脉瘤,但却与年龄有关,在刚断奶的幼兔中冠状动脉瘤表现明显,在成年家兔中无这种改变。

国内韦卫中等首次用牛血清白蛋白重复静脉注射于幼年家兔,诱发兔的免疫性血管炎模型,发现有24%的幼兔出现不同程度的冠状动脉扩张,未发现冠状动脉瘤形成;而成年兔的冠状动脉均光滑均匀未见明显冠状动脉扩张,可能原因为幼年期冠状动脉的组织结构发育不完善。其病理学表现与KD冠脉损伤的病理过程相似,认为异型动物蛋白引起免疫性血管炎模型亦可作为KD的致炎动物模。


研究人员以马血清重复肌肉注射于小型猪也成功构建了冠状动脉炎模型,血清注射后立刻观察到有64%的小猪腿部、57%胸部和耳部、35%嘴部及口周、 86%会阴及肛周区域均出现皮肤红斑,且2.5个月以上的小猪皮肤红斑较多,注射后30分钟内即出现皮肤发红、心跳加速及寒颤;二维超声心动图结果显示试验组中有 57%表现出冠脉重度扩张(100%~150%), 21%为中度扩张(75%~99%)另外 21%为轻度扩张(54%~74%);病理学检查盐水对照组无明显改变,而马血清组可见多种改变,如内层弹力莫断裂、轻中度内膜增生改变及内膜下改变、胞浆凝集、定向力障碍、细胞裂解、脱颗粒改变等,皮肤活检显示血管周围炎性浸润,不同程度动脉炎性改变中包括100%左主干冠状动脉和左前降支及 86%的右冠状动脉,表现为不同程度的内弹性模破坏及平滑肌细胞增生等。


小猪模型由于出现皮疹且注射马血清后的冠脉扩张表现与KD相似,病理表现也与KD亚急性期相似,近年来研究人员等再次成功复制了此模型,认为此模型可作为免疫性血管炎发病机制和治疗方法研究的工具。




参考文献(节选)

1. Dajani, A.S., Taubert, K.A., Gerber, M.A., et al. Diagnosis and Therapy of Kawasaki Disease in Children. Circulation, 1993,87, 1776-1780.  https://doi.org/10.1161/01.cir.87.5.1776.

2. Hara T, Nakashima Y, Sakai Y, Nishio H, Motomura Y, Yamasaki S. Kawasaki disease: a matter of innate immunity. Clin Exp Immunol. 2016 Nov;186(2):134-143. doi: 10.1111/cei.12832. Epub 2016 Aug 3.

3. 张新艳, 卢慧玲. 川崎病动物模型及其发病机制研究进展. 生理学研究, 2017, 5(1): 1-11. https://doi.org/10.12677/jps.2017.51001.