类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)占我国骨关节类疾病的40%[1],是致残率较高的疾病[2],可在短短几年内出现严重的危害,而且这些危害是不可逆的,并伴有血管翳、关节间隙变窄、滑膜组织增生等症状[3-6]。因此,及时、有效地控制RA的病情十分必要。目前用于炎症发病机制研究的动物模型有很多种,RA的研究常使用完全弗氏佐剂(complete Freund’s adjuvant,CFA)诱导的大鼠佐剂性关节炎模型[7-9]。虽然有文献报道了关于RA模型复制中CFA用量与模型复制之间的关系[10],但是所用实验动物均为雄性大鼠。本文探究不同剂量CFA对雌性SD大鼠的影响,确定建立RA模型的CFA合适剂量,然后以塞来昔布作为干预药物考察不同给药方式对RA的治疗效果。
1 材料和方法 1.1 试剂和仪器塞来昔布原料药(纯度>99%)购自大连美仑生物技术有限公司,用稳定剂和生理盐水配制成质量浓度为5 mg/mL的塞来昔布混悬液;塞来昔布胶囊(商品名为西乐葆,规格为0.2 g)购自辉瑞制药有限公司;CFA购自美国Sigma公司,质量浓度为10 mg/mL。T1000型电子天平购自常熟市双杰测试仪器厂,电子数显游标卡尺购自杭州量具有限公司,YLS-7C型足趾容积测量仪购自济南益延科技发展有限公司。IL-1β、IL-6、TNF-α ELISA试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司。
1.2 实验动物清洁级雌性SD大鼠48只,体重100~110 g,自由进食和饮水。所有动物实验均遵循动物实验伦理学相关规定并通过伦理委员会审批。实验前将大鼠放置在鼠笼常规适应性喂养3 d,并定期清洁、消毒。
1.3 模型制备将24只SD大鼠随机分成正常对照组、低剂量组、中剂量组、高剂量组,每组6只;除正常对照组外,低、中、高剂量组于大鼠右后肢足跖部皮内注射不同剂量(0.05、0.1、0.2 mL)的10 mg/mL CFA进行致炎,如大鼠外观表现为前肢、后肢或对侧肢体出现红肿,耳、尾部出现红肿或炎性结节,提示造模成功。
1.4 给药方案于造模后当天给予药物治疗。取24只大鼠随机分成正常对照组、模型对照组、塞来昔布口服组、塞来昔布注射组,每组6只。模型对照组、塞来昔布口服组、塞来昔布注射组建立RA模型后,模型对照组给予生理盐水,塞来昔布口服组每天灌胃1次、每次20 mg塞来昔布,塞来昔布注射组每周于大鼠右后足脚掌处注射给予20 mg/kg塞来昔布混悬液(5 mg/mL)。
1.5 观察和检测指标在同一时间、同一地点使用电子天平称量各组大鼠的体重,用足趾容积测量仪测量每只大鼠右后足(标记线以下)的足容积(mL),用游标卡尺测量大鼠足周长。根据既往报道的评分标准进行全身(耳、鼻、尾、前足爪、后足爪)临床评分和足部关节炎指数评分[11]。实验结束后采血,采用ELISA检测血清中3种炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)的浓度;将大鼠采用颈椎脱臼法处死,取下炎症最严重部位的踝关节处进行切片和常规H-E染色,在显微镜下观察组织病理学改变。
1.6 统计学处理采用GraphPad Prism 5软件进行统计学分析。计量资料以x±s表示,采用重复测量资料的方差分析或单因素方差分析进行比较,多重比较采用最小显著性差异法。检验水准(α)为0.05。
2 结果 2.1 最佳致炎模型的筛选由图 1可见,注射CFA后大鼠体重随时间的延长而增加,其中正常对照组、低剂量组和中剂量组大鼠体重平稳增加,但高剂量组的体重增加比其他3组略慢,且高剂量组大鼠在病程中出现精神萎靡、毛发失去光泽、活动障碍等现象;注射CFA后,低剂量组、中剂量组和高剂量组大鼠足容积出现快速增长,19 d时达到高峰,大鼠足容积和足周长均随CFA剂量的增加增大;正常对照组大鼠没有炎症表现,3个剂量组大鼠注射CFA后全身临床评分和足部关节炎指数评分均上升,足部关节炎指数评分至10 d后基本平稳。结果表明,中剂量组可以很好地模拟炎症程度,属于中度炎症环境,能更好地贴合临床情况,可用于后续研究。
2.2 不同给药方式下塞来昔布对炎症模型大鼠的疗效
由图 2可见,正常对照组、模型对照组、塞来昔布注射组大鼠体重随着时间的延长稳步增加,而塞来昔布口服组体重于22 d后呈现下降趋势,可能是由于口服塞来昔布在胃肠道内产生不良反应所致;塞来昔布注射组和口服组大鼠的足容积均较模型对照组减小(P均<0.05);塞来昔布注射组和口服组大鼠的全身临床评分和足部关节炎指数评分均较模型对照组降低(P均<0.01),且塞来昔布注射组低于口服组(P均<0.05)。
由图 3可见,塞来昔布注射组、口服组大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β水平与模型对照组相比均降低(P均<0.05),塞来昔布注射组3种炎症因子的浓度虽低于口服组但两组间差异均无统计学意义(P均>0.05)。由图 4可见,模型对照组大鼠踝关节滑膜增生严重,且有血管翳形成、滑膜组织内小血管增生、扩张充血,说明有大量炎症细胞浸润;塞来昔布注射组和口服组上述病理变化较模型对照组减轻,其中注射组趋向于正常对照组。
3 讨论
RA是一种自身免疫病,是以关节病变为主并伴有活动性障碍的炎症性疾病[12]。佐剂性关节炎是一种以关节滑膜组织破坏为特征的免疫性关节炎,其组织病理学改变和发病机制与RA极为相似[13]。本实验结果表明,以0.05 mL 10 mg/mL的CFA构建的RA模型大鼠炎症轻微,可能不利于观察药物的治疗作用;以0.1 mL 10 mg/mL的CFA构建的RA模型大鼠属于中度炎症环境,有助于观察药物治疗的疗效;而以0.2 mL 10 mg/mL CFA构建的RA模型大鼠属于重度炎症环境,临床上对于重度炎症采用药物治疗往往疗效不佳。因此,本研究选取0.1 mL 10 mg/mL的CFA作为最佳致炎剂量造模。
本研究考察了各组大鼠的体重、足容积、足周长、全身临床评分、足部关节炎指数评分,血清中IL-1β、IL-6、TNF-α的浓度,以及踝关节局部炎症病理学特征等变化,结果显示塞来昔布口服和注射用药均可减轻RA模型大鼠的全身和足关节炎症反应,并且塞来昔布注射组的全身临床评分及足部关节炎指数评分低于口服组、踝关节组织病理改变轻于口服组,表明塞来昔布局部注射用药的疗效优于口服。此外,本研究结果还显示,塞来昔布口服组大鼠的体重于22 d后呈现下降趋势,推测可能是由于口服塞来昔布在胃肠道内产生不良反应所致。塞来昔布作为一种非甾体抗炎药,是治疗RA的首选药物,但其长时间服用会造成严重的胃肠道刺激[14],是患者终止治疗的主要原因。与口服用药相比,局部注射塞来昔布可减少用药次数和用药剂量,减少不良反应[15]。
综上所述,本研究采用0.1 mL 10 mg/mL的CFA建立的雌性大鼠佐剂性RA模型关节炎症表现明显,每周经足跖部注射1次塞来昔布混悬液对RA大鼠的疗效优于每天口服1次塞来昔布。该模型能够较好地模拟RA的病理过程,可用于RA药物治疗效果的研究,为进一步了解RA发病机制和评价新药提供参考。
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