动物实验 | 胶原诱导性关节炎模型（CIA）造模步骤分享

生物科研实验室

胶原诱导性关节炎模型（CIA）
类风湿关节炎是以慢性多关节炎症为主要表现的全身性自身免疫性疾病， 病因和发病机制尚未完全明晰。通常认为， 类风湿因子可对免疫球蛋白的某些成分如异种免疫球蛋白、同种免疫球蛋白 （变形的人 IgG） 和自体免疫球蛋白 （患者自身的 IgG） 起反应， 由此引发一系列的关节滑膜、关节软骨和软骨下骨的病理改变。

原理：
类风湿关节炎动物模型的制备主要基于以下病理学特征：滑膜的持续性增生以及软骨及骨的破坏。

类风湿关节炎是由遗传、感染、环境、免疫等多种复杂因素共同作用所致，而动物模型只是在一定条件下，侧重于某一个或某几个因素而建立起来的，不能完全反映类风湿关节炎的所有特点，因此，需要依据各种实验需求来选择最为适当的模型。
材料与仪器：
实验对象：成年小鼠
实验试剂：
① 弗氏佐剂（卡介苗、液体石蜡、羊毛脂）
② 0.1 moL/L 乙酸
③ 卵蛋白
④ 生理盐水
免疫部位:
在鼠尾根部注射 0.1mL(胶原：100μg)乳剂。例如：从尾根部 2cm 处插入针头，直到针尖插入位置距尾根部 0.5cm。针插入皮下且每次注射充分擦拭，防止乳液的露出。针头沿斜向上与鼠尾方向平行插入。如果要加强免疫，注射部位在尾根部 3Cm 处，针尖插入皮下据鼠尾根部 1.5cm 处。
注 1：背部皮下注射也极为有效，但需注射更多的胶原乳剂（0.5 - 1Ml）。

注 2：我们不建议背部皮下注射或腹腔注射胶原乳剂和佐剂，如初次免疫或加强免疫。因为不完全佐剂会在腹膜和腹腔引起严重的炎症反应。

免疫程序：
Ⅱ型胶原的自身 IgG 抗体水平及其亚型（可激活补体），对关节炎的发生颇为重要。依据实验目的有很多种方法可诱发高发病率的关节炎。
A 通过单次免疫（无加强免疫）诱发关节炎

依据说明书方法制备乳剂 - 胶原 - 完全佐剂（4mg/ml）和免疫，对于一些易感品系如 DBA/(H - 2q)和 B10.RⅢ(H - 2r)，将会在 3.5 - 4 周引发关节炎，6 - 8 周发病率达 90 - 100%。关节炎严重程度，临床评分可达到 10 - 12 分（最高 16 分）。

注：由于高浓度的结核杆菌，一般免疫部位的炎症程度会很高。因此，可选用 B 或 C 方案。
B 通过加强免疫诱发关节炎

按上述方法制备乳剂和免疫，初次免疫 CFA（1mg/ml）。7 天或 21 天后用胶原和不完全佐剂加强免疫。尾部皮下注射 0.05 - 0.1ml 乳剂，避开初次免疫部位，多点注射。初次免疫后 4 - 4.5 周后发病。6 - 8 周发病率在 80 - 100%，临床评分可达 8 - 12 分（最高 16 分），比方案 A 关节炎程度稍轻。

C 通过 LPS 加强免疫

LPS 和体内二型胶原自身抗体水平对于诱发关节炎具有协同效应。此外，经典的 CIA  ，免疫 LPS(B 细胞分裂素)或 MAM(支原体产生的 T 细胞分裂素)或 SEB(金黄色葡萄球菌产生的 T 细胞分裂素)后，都会加强关节炎程度。因此这些毒素不仅用于引发和加强关节炎水平而且用于指定关节炎发生时间。
按方案 B，免疫二型胶原和 CFA 乳剂。25 - 28 天或在关节炎预期发生的 3 - 5 天前腹腔注射 LPS(25 - 50ug)。关节炎将在 24 - 48 小时发生，发病率 90 - 100%。

D 用高剂量的 CFA 加强免疫

对于一些 CIA 抗性的小鼠，例如：B10 (H - 2b), C57BL/6 (H - 2b), and C57BL/6x129/Sv (H - 2b)  。按上述方案制备胶原和佐剂（5mg/ml）,尾部注射 0.1ml。然而，有必要用高浓度的 CFA 加强免疫。21 天后，加强免疫，制备胶原和佐剂（5mg/ml）,尾部注射 0.1ml。4 - 6 周发病，6 - 7 周发病率在 50 - 70%。

模型优点：

胶原诱导的关节炎（CIA）模型是研究类风湿性关节炎（RA）的一个珍贵工具，因为它能够模拟 RA 的多个关键病理特征，包括关节炎症、滑膜炎以及自身免疫反应等。
此模型的高可预测性意味着大多数经过免疫的小鼠将发展出关节炎，使其非常适合用于评估抗炎药物和疾病修饰抗风湿药物（DMARDs）的疗效。
此外，CIA 模型还允许研究者深入探究自身免疫反应和炎症过程中涉及的免疫细胞及其分子机制，从而为 RA 的免疫学研究提供了一个清晰的框架。

模型缺点：

胶原诱导的关节炎（CIA）模型在应用中存在一些限制，例如某些小鼠品系如 C57BL/6 对 CIA 不敏感，这限制了模型的广泛适用性。
此外，模型的构建过程相对复杂，需要精确处理胶原和佐剂，以及严格遵守免疫程序。不同实验室间因操作细节差异可能导至实验结果的变异性，增加了实验设计的复杂性。
同时，CIA 模型的使用还涉及伦理考量，因为动物需要经历多次注射和观察，这可能引起疼痛和不适。虽然 CIA 模型能够模拟 RA 的某些关键病理特征，但它并不能完全复制人类 RA 的所有特征，如骨侵蚀现象。
最后，由于动物对免疫反应的差异性，实验通常需要大量动物来确保获得具有统计学意义的数据。这些因素都需要在设计和执行 CIA 模型实验时予以考虑。