適用于MR成像的多發(fā)性硬化大鼠模型的研究進(jìn)展

張海琴，李坤成，盛樹(shù)力

(1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院影像部放射科，北京 100053;2.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，北京 100053)

適用于MR成像的多發(fā)性硬化大鼠模型的研究進(jìn)展

張海琴1，李坤成1，盛樹(shù)力2

(1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院影像部放射科，北京 100053;2.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，北京 100053)

多發(fā)性硬化(MS)是中青年非外傷性致殘的最常見(jiàn)原因，但是 MS的發(fā)病機(jī)制迄今尚不完全明了。核磁共振成像(MRI)是目前診斷、監(jiān)測(cè)MS的重要手段。實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)是公認(rèn)的研究人類MS的動(dòng)物模型，MRI為EAE模型的評(píng)估提供直接、客觀的影像學(xué)依據(jù)。理想的EAE大鼠模型不僅有助于開(kāi)展對(duì)MS的防治、發(fā)病機(jī)理、相關(guān)藥物開(kāi)發(fā)等多方面的研究，而且為MRI提供合適的研究平臺(tái)，對(duì)MS早期診斷、病情的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供重要線索。

多發(fā)性硬化;實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎;髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白;磁共振成像

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見(jiàn)的脫髓鞘疾病，同時(shí)也是中青年非外傷性致殘的最常見(jiàn)原因之一［1］。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是目前診斷 MS的金標(biāo)準(zhǔn)，也是監(jiān)測(cè)MS病情演變、評(píng)價(jià)療效的重要手段。實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)是公認(rèn)研究 MS的動(dòng)物模型，其中EAE大鼠模型是研究EAE病理改變基礎(chǔ)、探索MS病因及發(fā)病機(jī)制、選擇新的治療靶點(diǎn)和評(píng)估療效的重要平臺(tái)。MRI能活體監(jiān)測(cè)EAE大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)腦和脊髓病變的演變過(guò)程，為EAE大鼠的疾病狀態(tài)提供客觀的影像學(xué)依據(jù)，具有重要的研究應(yīng)用價(jià)值［2－6］。

MS的組織病理學(xué)特征為CNS血管周?chē)?、局灶性炎性脫髓鞘和軸索損傷，病灶具有在時(shí)間和空間上播散的特性，依據(jù)疾病復(fù)發(fā)時(shí)是否加重將臨床表型分為良性型、復(fù)發(fā)緩解型、原發(fā)進(jìn)展型和繼發(fā)進(jìn)展型。然而MS的病因和發(fā)病機(jī)理迄今尚未完全明了。目前沒(méi)有一種EAE模型能模擬人類MS的所有特征，不同的模型只是側(cè)重模擬了MS病理生理或發(fā)病機(jī)制的不同方面［7］，因此，選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)物模型，不僅為研究MS的病因、發(fā)病機(jī)制提供重要線索，而且能促進(jìn)MRI設(shè)備及成像技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用和MS影像學(xué)特征的深入研究。本文就具有不同MR影像特征的EAE大鼠模型的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，重點(diǎn)闡述髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白(myelin oligodendrocyte glycoprotein，MOG)誘發(fā)的EAE大鼠模型及其在MR影像研究中的應(yīng)用價(jià)值，預(yù)測(cè)其在MS發(fā)病機(jī)制、影像病理基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用前景。

1 用于MRI研究的EAE大鼠模型

MR主要針對(duì)EAE大鼠急性發(fā)病期和慢性復(fù)發(fā)期CNS的炎癥和脫髓鞘病變進(jìn)行研究。

1.1 用于EAE炎癥影像特征研究的大鼠模型

以炎癥為主要病理改變的EAE大鼠模型最多見(jiàn)，也是既往MRI研究的主要著眼點(diǎn)。常見(jiàn)的主要有腦脊髓組織勻漿 (brain spinal cord homogenate，BSCH)－EAE和髓鞘堿性蛋白 (myelin basic protein，MBP)－EAE。這兩種模型大鼠 CNS炎癥病變顯著，但是脫髓鞘病變?nèi)狈?少見(jiàn))，因此都僅適用于EAE炎癥病變的 MR影像特征研究［2］。并且由于 MBPEAE只出現(xiàn)急性發(fā)病，而 BSCH－EAE雖然具有慢性復(fù)發(fā)的病程，但復(fù)發(fā)期病情輕微，因此，二者都適用于進(jìn)行急性期而非慢性期的MR影像特征研究。

1.2 用于EAE脫髓鞘影像特征研究的大鼠模型

此類模型較少，有報(bào)道稱應(yīng)用豚鼠BSCH致敏豚鼠建立的EAE具有明顯的脫髓鞘病灶［3］，但病變僅出現(xiàn)在細(xì)小的脊髓，對(duì)MRI設(shè)備要求高。

近期研究顯示，用最新發(fā)現(xiàn)的髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白致敏大鼠建立的EAE模型非常近似地模擬出人類 MS的慢性進(jìn)程(復(fù)發(fā)或進(jìn)展型)，并且CNS內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)顯著的局灶性炎癥和脫髓鞘斑塊這兩種MS的特征性病理改變［8］。

2 EAE大鼠的MR影像特征

組織病理學(xué)檢查只能提供病變的靜態(tài)信息，而MR檢查能活體監(jiān)測(cè)病變的動(dòng)態(tài)過(guò)程，是進(jìn)行活體動(dòng)物CNS疾病演變過(guò)程縱向研究的重要方法。

MBP－EAE 等大鼠模型 T2加權(quán)像(T2－weighted imaging，T2WI)發(fā)現(xiàn)病灶的敏感性低，僅為 42%［5］。BSCH－EAE脫髓鞘病變程度輕，無(wú)法進(jìn)行磁化傳遞成像(magnetization transfer imaging，MTI)等顯示CNS白質(zhì)病變的 MRI技術(shù)的研究。豚鼠 BSCHEAE脫髓鞘病變僅出現(xiàn)在細(xì)小的脊髓，MRI需要設(shè)備具有更高的場(chǎng)強(qiáng)，研究由此受到較大的限制。

MOG－EAE大鼠的 MRI研究結(jié)果顯示，病灶在T2WI上為高信號(hào)，呈斑塊狀，體積大且邊界清楚，T2WI敏感性高達(dá)100%;脫髓鞘改變顯著，便于進(jìn)行MTI研究;斑塊內(nèi)部有大量的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，應(yīng)用超微超順磁性造影劑，MRI能動(dòng)態(tài)觀察巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)過(guò)程，是進(jìn)一步探索MS免疫病理機(jī)制的有效手段［6，9－10］?？梢?jiàn)，MOG－EAE 大鼠模型更適合進(jìn)行MRI研究［5－6］。

3 髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白致敏大鼠制備EAE模型

3.1 髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白

MOG是唯一在CNS髓鞘上表達(dá)的免疫球蛋白超家族成員［8］，是免疫性疾病的生化標(biāo)志物。它位于髓鞘最外層的少突膠質(zhì)細(xì)胞膜表面，雖然含量?jī)H占全部髓鞘蛋白組成的0.05% ～0.1%，但是在不同動(dòng)物種屬間具有高度同源性(＞90%)［7］。MOG能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生特異性T細(xì)胞和特異性抗體，而抗－MOG抗體與疾病的復(fù)發(fā)和脫髓鞘病變的形成尤為密切相關(guān)［11］。由此推測(cè)，MOG可能是啟動(dòng)初期自身免疫引發(fā)脫髓鞘病變的CNS抗原之一，很可能是MS發(fā)病過(guò)程中免疫攻擊的主要自身抗原靶點(diǎn)。

MOG的抗原決定簇主要分布于 N′端的前125個(gè)氨基酸殘基肽段(MOG1－125)，應(yīng)用 MOG或MOG1－125免疫DA或 LEW 等敏感品系大鼠所獲得的EAE 模型具有相似的特征［8］。MOG35－55多肽片段上集中了MOG上最強(qiáng)的抗原決定簇，MOG44－55含有能誘導(dǎo)產(chǎn)生特異性T細(xì)胞的抗原決定簇，MOG37－46含有能誘導(dǎo)產(chǎn)生特異性抗體的抗原決定簇，有報(bào)道稱，單獨(dú)應(yīng)用 MOG35－55能誘導(dǎo)大鼠出現(xiàn) EAE 癥狀［11］。

3.2 MOG-EAE大鼠模型的臨床表現(xiàn)

MOG－EAE大鼠模型能復(fù)制出各種類型的 MS，包括典型的慢性復(fù)發(fā)型、慢性進(jìn)展型以及變異型(如視神經(jīng)炎、視神經(jīng)脊髓炎等)［8］。Storch 等［8］的研究結(jié)果顯示，MOG1－125－EAE的發(fā)病率為 77.8% ～100%，主要表型為慢性復(fù)發(fā)型，占71.15%，其次是慢性進(jìn)展型和穩(wěn)定神經(jīng)功能障礙型，各占10.25%。發(fā)病時(shí)的臨床癥狀包括體重下降、前和(或)后肢無(wú)力或癱瘓、共濟(jì)失調(diào)等，少數(shù)表現(xiàn)為選擇性視神經(jīng)病變或以視神經(jīng)病變?yōu)橹鞫鵁o(wú)上述臨床癥狀?？梢?jiàn)，MOG1－125－EAE 大鼠的疾病特征與 MBP－EAE 者不同，后者僅出現(xiàn)尾和后肢的癥狀［2，12］，前者還出現(xiàn)了共濟(jì)失調(diào)和視神經(jīng)病變。MOG免疫不同種屬或同一種屬不同品系動(dòng)物誘發(fā)的疾病進(jìn)程和臨床癥狀的多樣性正是人類MS患者表現(xiàn)多樣化特征的體現(xiàn)。

3.3 MOG-EAE大鼠的神經(jīng)病理學(xué)特征

MOG－EAE大鼠的病理改變?yōu)镃NS內(nèi)血管周?chē)难装Y浸潤(rùn)以及融合成片的脫髓鞘斑塊，斑塊內(nèi)軸索相對(duì)保留完好，可有膠質(zhì)瘢痕形成，這與人類MS的病理特征極為相似［8］。

炎癥反應(yīng)主要出現(xiàn)在靜脈和小靜脈周?chē)?。浸?rùn)的炎癥細(xì)胞以單核細(xì)胞為主，位于脫髓鞘病灶內(nèi)部的巨噬細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)含有髓鞘碎片［8］。

脫髓鞘斑塊是MOG－EAE大鼠最主要的病理特征。斑塊體積較大、數(shù)量少。大多數(shù)斑塊都以小靜脈為中心，向周?chē)省爸笜印毖由?。斑塊可累及腦和脊髓的任何部位，腦內(nèi)病灶好發(fā)于腦室周?chē)?、皮層下白質(zhì)、小腦、腦干和視路［8］，脊髓病灶好發(fā)于脊髓背側(cè)。根據(jù)斑塊的演變過(guò)程可將之分為:活動(dòng)性脫髓鞘斑塊、靜止性脫髓鞘斑塊、毀損性斑塊和髓鞘再生性斑塊4類?；顒?dòng)性斑塊邊緣的變性髓鞘上有免疫球蛋白Ig和補(bǔ)體C9的沉積，浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)含有Ig、C9和髓鞘碎片。靜止性斑塊內(nèi)部常有較大的膠質(zhì)瘢痕。毀損性斑塊的內(nèi)部無(wú)髓鞘、軸索和星形膠質(zhì)細(xì)胞成分，形似軟化灶。再生性斑塊特征為新生的較薄髓鞘。

雖然斑塊內(nèi)部的軸索能相對(duì)完好地保存下來(lái)，但是與臨近部位的正常腦白質(zhì)相比，斑塊內(nèi)部軸索的密度有所減低［8］。目前較為流行的觀點(diǎn)認(rèn)為，軸索損傷與永久性神經(jīng)功能障礙密切相關(guān)［13］。

3.4 模型制備的影響因素

影響MOG－EAE大鼠模型疾病特征的主要因素與人類MS的基本相同，主要為遺傳和環(huán)境兩大類，具體包括基因、動(dòng)物性別和致敏方法等若干方面。

3.4.1 遺傳因素:遺傳基因中起主要作用的是主要組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex，MHC)［8，14］。MHC 基因 a－單倍體型和 n－單倍體型都是容易誘發(fā)慢性EAE模型的基因類型，但后者模型動(dòng)物的脫髓鞘病變嚴(yán)重程度比前者顯著［8］。

3.4.2 性別因素:Storch 等［8］制備的 MOG1－125－EAE模型中，嗜酸性粒細(xì)胞僅出現(xiàn)在雌性大鼠的炎癥病灶內(nèi)部，并且也只有雌性大鼠才出現(xiàn)視神經(jīng)脊髓炎病變。

3.4.3 致敏方法:與既往 MBP－EAE等大鼠模型主要由 T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫機(jī)制不同［12］，MOG－EAE的炎性脫髓鞘病灶是致腦炎T淋巴細(xì)胞和致脫髓鞘抗體共同作用的結(jié)果［7］。細(xì)胞免疫和體液免疫的反應(yīng)程度決定了模型的表型及病理改變類型［15］。免疫復(fù)合物組成中，MOG溶液和完全弗氏佐劑(complete Freund's adjuvant，CFA)主要刺激 T細(xì)胞免疫，抗體反應(yīng)相對(duì)較弱，所建立的大鼠模型主要表現(xiàn)為急性或亞急性病程，病變以炎癥反應(yīng)為主，脫髓鞘很輕微;不完全弗氏佐劑(incomplete Freund's adjuvant，IFA)對(duì) T細(xì)胞免疫的刺激很弱;固態(tài) MOG在免疫部位緩慢釋放，T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)建立緩慢。實(shí)驗(yàn)中，若用IFA替換CFA或者用MOG粉劑替換MOG溶液都會(huì)減弱炎癥反應(yīng)、增加抗體免疫，從而延緩大鼠疾病的進(jìn)程、加重病灶的脫髓鞘程度［8］。

總之，通過(guò)選用適當(dāng)品系和性別的大鼠、特定性質(zhì)的抗原、佐劑以及致敏方法，可以復(fù)制出某種特定類型的EAE(如，慢性復(fù)發(fā)緩解型、進(jìn)展型等)。

4 髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白誘發(fā)EAE大鼠的研究前景

MOG及 MOG1－125只能通過(guò)組織提純或基因重組的方法制備，獲取比較困難。MOG35－55可通過(guò)簡(jiǎn)單化學(xué)合成方法獲得，成本較低，MOG35－55－EAE 具有與MOG－EAE相似的特征［5－6，8］，雖然研究結(jié)果顯示MOG35－55－EAE大鼠模型的穩(wěn)定性和發(fā)病率尚有待于進(jìn)一步提高［8］，但是此模型更便于進(jìn)行 EAE的 MR特征和療效評(píng)價(jià)的深入研究。

由于大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)體積很小，進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)最好選用高場(chǎng)強(qiáng)MR設(shè)備和小孔徑動(dòng)物專用線圈［2、3］，遺憾的是國(guó)內(nèi)醫(yī)院幾乎沒(méi)有裝備該種設(shè)備。近年來(lái)，臨床型 MR設(shè)備的場(chǎng)強(qiáng)升至3.0T，通過(guò)優(yōu)化脈沖序列和參數(shù)，應(yīng)用臨床應(yīng)用型線圈也能獲得大鼠腦的高質(zhì)量MR圖像，為大鼠MR的實(shí)驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)［4］。MOG35－55－EAE 大鼠模型的病理改變特點(diǎn)使其有望日后在臨床型MR設(shè)備上進(jìn)行成像研究，這一進(jìn)展將為MRI新技術(shù)在MS患者中的深入研究提供重要線索和可靠的詮釋。

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Progress in Research of Rat Models of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis Suitable for MR Imaging

ZHANG Hai－qin1，LI Kun－cheng1，SHENG Shu－li2
(1.Department of Medical Imaging，Xuanwu Hospital，2.Central Lab of Medical Imaging，Capital University of Medical Sciences，Beijing 100053，China)

The most common cause of non－traumatic disability in adults is multiple sclerosis(MS).However，the pathomechanisms of MS have not been fully clarified yet.Magnetic resonance imaging(MRI)is an important tool for monitoring the development of lesions and assessing the efficacy of treatments in MS in vivo.Experimental autoimmune encephalomyelitis(EAE)is an available animal model for studying MS.MRI provides direct and objective basis for the assessment of EAE models.An appropriate animal model can be applied in research of prevention and treatment，etiology and mechanism，new medicines and therapeutic strategies of MS，and also to provide an opportunity for MR research in early diagnosis and assessment of multiple sclerosis.

Multiple sclerosis; Experimental autoimmune encephalomyelitis; Myelin oligodendrocyte glycoprotein;Magnetic resonance imaging

R744.51

A

1005－4847(2010)05－0433－04

10.3969/j.issn.1005－4847.2010.05.17

2010－05－18

北京市自然科學(xué)基金(編號(hào):7042026);中外醫(yī)學(xué)磁共振交流基金(編號(hào):N4－002)。

張海琴，女，博士，主治醫(yī)師，主要從事神經(jīng)影像學(xué)研究和診斷工作。

李坤成，男，教授，研究方向:比較影像學(xué) E－mail:likuncheng1955@yahoo.com.cn