特发性炎性肌病相关间质性肺疾病动物模型概述

刘智超 李霄鹤 周红刚 张娜

基金项目：国家自然科学基金资助项目（82270069）

作者单位：1南开大学药学院，天津市分子药物研究重点实验室（邮编300353）；2天津医科大学总医院风湿免疫科，天津市免疫系统疾病临床医学研究中心

作者简介：刘智超（1998），男，硕士在读，主要从事肺纤维化和结缔组织病相关间质性肺病方面研究。E-mail：13156371830@163.com

△通信作者 E-mail：lunazhang22@hotmail.com

摘要：特发性炎性肌病（IIM）是一种病因不明的、以四肢近端肌肉受累和慢性炎症为突出表现的异质性自身免疫性疾病，可累及多个系统，其中间质性肺病（ILD）是IIM最常见的呼吸系统受累表现。该文总结了当前IIM动物模型及相关ILD模型构建方法，为后续IIM-ILD模型构建及研究提供参考。

关键词：多发性肌炎；肺疾病，间质性；模型，动物；综述

中图分类号：R966文献标志码：ADOI：10.11958/20231796

Overview of animal models of idiopathic inflammatory myopathy-associated

interstitial lung disease

LIU Zhichao1， LI Xiaohe1， ZHOU Honggang1， ZHANG Na2△

1 College of Pharmacy and Tianjin Key Laboratory of Molecular Drug Research， Nankai University， Tianjin 300353， China;

2 Department of Rheumatology and Immunology， Tianjin Medical University General Hospital， Tianjin Clinical Medical

Research Center for Immune System Diseases

△Corresponding Author E-mail： lunazhang22@hotmail.com

Abstract： Idiopathic inflammatory myopathy （IIM） is a heterogeneous autoimmune disease of unknown etiology characterized by proximal limb muscle involvement and chronic inflammation. Multiple systems may be involved， with interstitial lung disease （ILD） being the most common manifestation of respiratory system involvement in IIM. This article summarizes the current methods of myositis animal models and myositis-associated ILD model construction methods， so as to provide reference for the subsequent construction and research of IIM-ILD models.

Key words： polymyositis; lung diseases， interstitial; models， animal; review

特发性炎性肌病（idiopathic inflammatory myopathy，IIM）是一种病因不明的、以四肢近端肌肉受累和慢性炎症为突出表现的异质性疾病，肌肉无力是其最典型的临床表现［1］。根据目前已知的不同IIM特异性自身抗体、临床组织病理学和血清学特征，IIM可以分为皮肌炎（dermatomyositis，DM）［2］、抗合成酶综合征（antisynthetase syndrome，ASS）［3］、免疫介导坏死性肌病（Immune-mediated necrotizing myopathy，IMNM）、包涵体肌炎（inclusion body myositis，IBM）和多发性肌炎（polymyositis，PM）［4-5］。随着疾病的发展，不同程度的肌炎会使皮肤、肺、关节和心脏等多个系统及器官受累。间质性肺病（interstitial lung disease，ILD）是IIM肺受累的最常见临床表现［6］。抗合成酶抗体（anti-synthetase antibody，ASA）和肌炎特异性自身抗体（myositis specific autoantibody，MSA）与IIM患者中ILD的发生密切相关。目前有较多针对IIM动物模型的研究，但IIM-ILD相关的动物模型却鲜有报道。笔者总结了IIM和IIM-ILD相关的动物模型，旨在通过这些模型提高研究者对该疾病发病机制的理解和认识，并为未来开发具有针对性的治疗方案提供参考。

1 IIM相关的动物模型

1.1 实验性自身免疫性肌炎模型 Dawkins［7］在1965年提出，通过将同种肌肉匀浆混合完全弗氏佐剂（CFA），在豚鼠背部皮下多次免疫，建立实验性自身免疫性肌炎（experimental autoimmune myositis，EAM）动物模型。Matsubara等［8］在SJL/J小鼠中通过匀浆或部分纯化的肌球蛋白混合CFA诱导产生肌炎，SJL/J小鼠有dysferlin基因突变，可导致自发性肌肉坏死和继发性肌肉炎症，肌肉中浸润的T细胞以CD4+ T细胞为主。随后，Kang等［9］通过大鼠肌球蛋白和百日咳毒素（PT）两次免疫接种，诱导BALB/c小鼠产生严重的自身免疫性肌炎，证实C蛋白是肌球蛋白中的主要免疫原。Sugihara等［10］通过给B6小鼠单次皮下注射小鼠或人类的C蛋白片段混合CFA，同时腹腔内注射百日咳毒素，构建了C57BL/6（B6）小鼠EAM模型。

Zhang等［11］在前期EAM模型的基础上进一步进行改良，提高了大鼠骨骼肌上清液的质量浓度（30 g/L）和百日咳毒素的量（2 ng/只），增大每次注射骨骼肌上清液与CFA剂量（0.5 mL/只），诱导BALB/c小鼠产生了更严重的肌炎和肺部病变。Layoun等［12］使用部分纯化的豚鼠骨骼肌肌球蛋白诱导BALB/c产生EAM，90 d后剖杀取材。通过检测血清自身抗体浓度，发现Ro-52、OJ、EJ、PL-12、PL-7、SRP、Jo-1、PM-Scl75和Ku抗体在模型组动物中高表达，而Scl100和Mi-2β抗体并未表达；肌纤维存在大量炎性细胞浸润，小鼠肌肉力量测试显示，第14天下降了50%，第90天下降了45%，提示小鼠出现了抗合成酶综合征；与此同时，此模型发生ILD的比例较高，可模拟ASS临床患者高发病率特征。

EAM的造模原理目前并未完全阐明，一般认为骨骼肌中C蛋白是小鼠产生免疫的主要肌源性抗原，可诱发强烈的自身免疫反应［13］。此模型也被认为与人类PM相似［14］，主要表现为肌肉组织炎性浸润和肌纤维萎缩，同时近膜和血管周围区域CD4+ T细胞浸润增加，是最早也是应用最广泛的肌炎模型。部分EAM小鼠存在肺部损伤和病变，可部分模拟PM-ILD的临床表现，但存在造模周期较长、无统一造模方法、ILD发病率不稳定等问题。

1.2 感染鼠模型 部分感染柯萨奇病毒B1（coxsackievirus B1，CVB1）的患者会出现骨骼肌病变，产生肌炎［15］。CVB1是Picornaviridae家族（Enterovirus属）的成员之一，是一种单股正链RNA病毒。柯萨奇病毒的致病机制取决于特定的病毒-受体相互作用。柯萨奇病毒腺病毒受体（CAR）和衰变加速因子（DAF）相互作用有助于CVB进入肌细胞，最终导致组织损伤［16］。

接种CVB1的小鼠会发展成剂量依赖性、快速进展的近端后肢肌炎，死亡率高达30%。同时，接种罗斯河病毒（RRV）或基孔肯雅病毒（CHIKV）以及原生动物寄生虫也会导致动物肌肉损伤。此动物模型特点主要表现为小鼠体质量减轻、活动减少和力量下降，同时血清肌酶水平增加，有肌纤维坏死、炎性细胞内膜浸润等病理表现［17］，目前主要用于模拟由病毒感染导致肌炎患者的临床表现。此模型也可部分模拟临床PM患者的肺部改变，但存在死亡率过高、模型构建需要病毒实验操作条件等局限性。

1.3 含缬酪肽蛋白（valosin-containing protein，VCP）相关的IBM模型 Nalbandian等［18］在129/SvEv小鼠体内插入VCP突变R155H基因片段，得到了VCPR155H/+小鼠，结果发现在小鼠肌肉VCPR启动子调节下，R155H突变的转基因过度表达，肌肉病理学显示肌纤维大小改变、内膜结缔组织增加、线性嗜碱性边缘裂纹以及肌浆和肌核液泡泛素显示阳性；含甾蛋白（VCP）功能变异，导致致病性增加，其特征类似于人类IBM；杂合子小鼠在12个月左右出现进行性肌无力，细胞质TDP-43易位，15个月时泛素水平升高，泛素可以增强骨骼肌的自噬，加重骨骼肌的损伤；HE染色分析发现肌纤维空泡化，线粒体异常肿胀，同时肌纤维间质中发现炎性细胞浸润。此模型主要用于研究泛素或VCP相关基因对肌炎的影响，但无ILD相关报道。

1.4 主要组织相容性复合物（major histocompatibility complex，MHC）高表达肌炎小鼠模型 Kinder等［19］使用MHC转基因肌炎小鼠模型，利用5周龄小鼠饮用加入多西环素的水来诱导构建转基因模型，在其9～13周龄进行剖杀，对小鼠肌肉组织进行HE染色发现，患有肌炎的小鼠显示出较为严重的内脏炎症和肌纤维炎症浸润，肌炎小鼠肌肉组织中Toll样受体-7、Ⅰ型干扰素（IFN）和核因子（NF）-κB基因表达较野生型小鼠增加约80倍。此模型与临床部分患者高Ⅰ型IFN和NF-κB表达相似，但无肺部损伤相关报道。

1.5 基因敲除导致的肌炎模型 Chakrabarti等［20］发现，缺乏突触结合蛋白Ⅶ（Syt Ⅶ）小鼠的胚胎成纤维细胞不易受到锥体虫的侵袭，Syt Ⅶ相关基因突变的小鼠皮肤和骨骼肌存在广泛纤维化；研究者随后构建了Syt Ⅶ?/?基因敲除小鼠，发现小鼠各器官和肌肉存在广泛的炎症和纤维化灶，巨噬细胞和嗜酸性粒细胞浸润明显，同时伴随有白细胞浸润、骨骼肌广泛纤维化、内膜胶原蛋白沉积、肌酸激酶升高和进行性肌无力。Syt Ⅶ?/?基因敲除小鼠的病理表现与人类PM/DM非常相似，病变部位也主要发生在机械应激的组织、皮肤和骨骼肌中，在患者中也观察到了类似的情况。这表明机械损伤是组织自身免疫性疾病病因学的一个重要因素，但并无SytⅦ?/?小鼠ILD相关报道。

1.6 MSA诱导的肌炎模型

1.6.1 转录中间因子1（TIF1）γ诱导的肌炎（TIF1γ-induced myositis，TIM）模型 TIF1γ是一种在DM患者中检测到的MSA。Okiyama等［21］对B6小鼠每周皮下注射重组人TIF1γ蛋白与CFA乳化的免疫剂，连续注射4次，同时腹腔注射百日咳毒素加强免疫建立了TIM模型，免疫组化检测显示肌肉纤维中MHCⅠ类和Ⅰ型IFN反应分子Mx1的表达上调，同时出现大量CD8+ T细胞浸润和黏附，肌纤维出现萎缩和坏死。但此模型尚无ILD相关报道。

1.6.2 Jo-1诱导的ASS模型 抗Jo-1抗体阳性的IIM患者ILD发生率较高。人类组氨酰-tRNA合成酶（HRS/Jo-1）的氨基末端部分含有免疫显性B和T细胞表位。Katsumata等［22］用Jo-1和麦芽糖结合蛋白（maltose-binding protein，MBP）生成重组融合蛋白，包括用小鼠Jo-1和人类Jo-1基因产生的结合蛋白（分别为MA/MBP和HA/MBP），用于随后的免疫试验；用人或鼠HRS蛋白免疫B6.G7（NOD I-Ag7 MHC Ⅱ类位点交叉到C57BL/6背景）和NOD.Idd3/5（C57BL/6胰岛素依赖型糖尿病Idd3/5非MHC位点转入到NOD背景）小鼠，评估HRS定向的B细胞和T细胞反应在抗合成酶综合征中的作用及小鼠的肺部损伤情况；用HA/MBP或MA/MBP与CFA乳化，之后免疫B6.G7小鼠，8周后剖杀，经HE染色股四头肌切片发现，相比于单纯CFA免疫，HA/MBP或MA/MBP免疫的小鼠更易出现内脏炎症和肌肉纤维侵袭或退化。随后，Soejima等［23］发现，mHRS可溶性衍生物可刺激产生肌肉免疫，这种自身抗原可以触发先天免疫反应，证明了这些免疫反应可以绕过BCR和TCR信号，在新的IIM模型中产生严重的肌肉炎症。该模型在多个小鼠菌株中具有高度可重复性，证明这种抗原具有内在的免疫刺激特性，此模型也为更好地了解IIM的发病机制提供了可能。

2 IIM相关ILD动物模型

目前单纯ILD动物模型构建主要是以博来霉素（BLM）、二氧化硅、辐射等理化物质诱导肺纤维化形成，其中BLM使用最广泛。BLM是一种水溶性糖肽抗生素，因其可导致肺纤维化而用于实验性肺纤维化的诱导剂［24］。气管滴注BLM是标准给药途径，会造成中央支气管周围纤维化，细胞外基质胶原过度沉积、肺泡塌陷，肺泡和支气管壁增厚等，与IPF患者表现相似。背部皮下注射BLM可模拟SSc-ILD。BLM诱导的IPF具有复制性高、时间短、症状明显等优点［24］，但在啮齿类动物模型中，肺纤维化可能会在28 d后自发退化［25］。且BLM诱导的IPF是化学损伤后的肺纤维化，这与由肌炎引起的ILD并不相同。因此，构建肌炎引起的ILD模型尤为重要。在目前所有报道的肌炎模型中，EAM肌炎模型、感染鼠模型、人Jo-1诱导鼠模型和人MDA5转基因小鼠诱导的肺损伤模型中有ILD相关病理改变，下文将进行详细论述。

2.1 肌肉匀浆诱导的EAM-ILD模型 Zhang等［11］发现，肌肉匀浆诱导的改良EAM模型中，第5周剖杀发现BALB/c小鼠出现肺损伤，肺组织病理可见小鼠肺泡炎细胞浸润，肺泡间隔水肿、变宽，以及明显的肺泡塌陷；肺组织内可见成纤维细胞过度增殖和髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）高表达（MPO是中性粒细胞的标志物）；在此研究基础上，研究人员在第21、28天腹腔注射中性粒细胞，发现小鼠出现了更为严重的肺纤维化（pulmonary fibrosis，PF）症状，典型的病理过程包括早期肺泡上皮细胞损伤和肺泡中巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞聚集引起的明显炎症反应；之后，成纤维细胞的增殖明显，大量胶原沉积，导致蜂窝肺的形成。此模型在一定程度上模拟了临床患者肺成纤维细胞的过度增殖与中性粒细胞的浸润，中性粒细胞形成的中性粒细胞胞外陷阱（NETs）会损害内皮细胞和上皮细胞，从而损害肺功能并加速慢性阻塞性肺疾病的进展。该研究提示中性粒细胞在IIM患者的ILD发展中可能起到重要的作用。此模型与PM患者具有一定的相似性，同时具有操作简易、症状明显等优点。

2.2 肌球蛋白诱导的EAM-ILD模型 Layoun等［12］使用部分纯化的豚鼠骨骼肌肌球蛋白诱导EAM，在初次免疫90 d后剖杀小鼠，发现肌球蛋白可以使小鼠产生严重的肌炎反应，同时出现肺部损伤；通过HE和Masson三色染色发现，支气管周围出现大量炎性细胞浸润，存在过量胶原沉积，出现纤维化病灶；检测支气管肺泡灌洗液发现，白细胞介素（IL）-1β、    IL-6、C反应蛋白（CRP）和转化生长因子（TGF）-β1的蛋白表达水平与健康小鼠相比显著升高。其他研究也证明这些细胞因子在ILD背景下通常会有显著提高［26］。分析肺部的蛋白表达发现TGF-β1介导的纤维化信号通路处于激活状态。TGF-β1被认为是这一现象中驱动肺泡上皮细胞间质转化的主开关。此模型提示IIM-ILD可能与TGF-β1介导的纤维化信号通路过度激活相关。同时首次发现肌球蛋白诱导的小鼠肌炎模型出现了ASS相关抗体，可部分模拟ASS患者出现的抗合成酶抗体，但造模时间较长（90 d），且无法得知ILD的具体发病时间和持续时间，使药物筛选和治疗存在不可控因素。

2.3 CVB1病毒诱导的多发性肌炎豚鼠模型及其肺间质改变 Zhang等［27］向雌性短毛豚鼠腹腔内注射0.5 mL的半数组织培养感染剂量（TCID50）效价为1×10-3的CVB1病毒，连续3周背部皮下注射CFA与完全乳化的兔肌均质物进行免疫，于初次免疫4周后剖杀，发现小鼠存在肺部损伤，但ILD具体发病时间和持续时间未知；组织学研究表明豚鼠肺部组织中出现CD68+ T、CD8+ T细胞大量浸润；肺组织蛋白表达检测发现免疫小鼠组织蛋白酶B（Cathepsin B，CB）、肿瘤坏死因子（TNF）-α和TGF-β1蛋白表达量显著增加；同时豚鼠肺部出现炎性细胞浸润、肺泡间隔扩大和肺间质纤维化。先前的研究表明，人类半胱氨酸蛋白酶与肺损伤有关，是肺炎的重要参与者，其中CB可以通过调控先天免疫的关键蛋白质的表达来发挥免疫调节功能［28］。抑制CB的过量表达可以缓解CVB1病毒诱导的多发性肌炎豚鼠肺泡上皮细胞凋亡，防止上皮细胞丢失。此模型也是首次表明CB活性与PM/DM-ILD的纤维化有关，并与疾病严重程度相关。感染鼠模型可以在一定程度上模拟因为感染病毒所导致的肌炎，特别是此模型与PM-ILD患者肺部症状相似度高。此模型有较强的临床相关性。

2.4 肌炎自身抗体诱导的ASS-ILD模型

2.4.1 Jo-1诱导的ASS-ILD模型 Katsumata等［22］采用HA/MBP或MA/MBP免疫B6.G7小鼠，8周后剖杀，检查肺组织病理和肌肉病理切片并HE染色，结果发现用MA/MBP免疫的B6.G7小鼠有70%表现出肺部炎性细胞灶，或在肺部气管、肺动脉分支和血管周围出现更严重的炎性细胞密集浸润；但用HA/MBP免疫的B6.G7小鼠肺部炎性细胞灶较少，发病率较低（约45%）。接种MA/MBP的NOD.Idd3/5小鼠也会出现肌肉和肺部炎症，但与B6.G7小鼠不同，NOD.Idd3/5小鼠需要通过注射OX86（一种纯化的大鼠IgG1，OX40激动剂［29］）进行额外的共刺激才能够引发明显的肌肉或肺部病理改变。OX40共刺激可以消除Jo-1免疫时的相对物种特异性，并使接种HA/MBP的NOD.Idd3/5小鼠对小鼠Jo-1抗体的交叉识别更大。这种对共刺激的依赖反映了OX40信号对抗原特异性效应器/记忆T细胞功能和存活率的增强作用。

该模型使用已知的自身抗原来诱导疾病，复制了人类ASS的特征，可模拟全身肌病及其并发症的发展，特别是70%的免疫小鼠出现了类似于抗Jo-1抗体阳性ILD患者的特征。因此，该模型的完善对于研究IIM-ILD的病理过程至关重要。

2.4.2 人MDA5转基因小鼠诱导的肺损伤 在临床中，抗MDA5抗体阳性的DM患者的ILD发病率达到90%以上。Zaizen等［30］利用人抗MDA5抗体和人类MDA5转基因小鼠模拟临床抗MDA5抗体患者所出现的肺组织损伤，建立了一个新的自身抗体诱导的肺损伤转基因小鼠模型，并将全长人MDA5 cDNA生成并亚克隆到含有SP-C启动子、SV40小T内含子和polyA信号的3.7SPC/SV40载体的Sal I位点，并被指定为SPC-MDA5，将Nde I和Not I消化的线性DNA片段注射到BDF1小鼠受精卵中，使用此转基因小鼠与B6小鼠交配产生半合子Tg小鼠，培育出了人MDA5转基因小鼠；研究者还用芽孢病毒AcNPV和pPSC8/人类MDA5共感染的SF9细胞中分离出重组人MDA5蛋白。Hoshino等［31］用重组人MDA5蛋白免疫特异性无病原体兔，使用蛋白G柱从免疫兔血清中纯化得到抗人MDA5抗体。

Zaizen等［30］用抗MDA5多克隆抗体每周免疫1次，共4周，在第28天和第56天剖杀小鼠进行组织学检查，发现小鼠于28 d剖杀时即出现ILD症状，56 d   时ILD持续加重，但ILD的发病时间和持续时间未知；用抗MDA5多克隆抗体免疫的转基因小鼠肺泡间隔出现大量淋巴细胞浸润，肺泡结构被破坏，肺泡塌陷；免疫组化显示人MDA5蛋白在免疫的转基因小鼠的肺泡上皮和肺泡巨噬细胞出现表达，同时IgG、IgM、IgA和补体C3在免疫小鼠的肺部均强烈表达，而IgG、IgM、IgA和补体C3在肺泡上皮中强烈表达与临床较为吻合。此模型的出现也为进一步揭示抗MDA5自身抗体在IIM-ILD患者疾病进展中的作用奠定了基础。

3 小结

目前尚无单一的动物模型能完全再现IIM-ILD的临床和病理特征，特别是各种模型ILD的发病时间、持续时间或能否自然消退等并没有详细的研究。但在过去几年中IIM-ILD仍取得了很大的进展，特别是针对抗合成氨酶抗体相关的动物实验的开发。希望未来构建出相对简易、经济、全面反映人IIM-ILD特征的动物模型，也希望正在开发的动物模型能继续阐明IIM-ILD不同亚群的免疫发病机制，为新治疗靶点的研发奠定基础。

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（2023-11-20收稿 2024-01-21修回）

（本文编辑 魏杰）