视神经脊髓炎(neuromyelitis optica,NMO)是一种中枢神经系统炎性脱髓鞘性疾病，主要累及视神经和脊髓，表现为反复发作的视神经炎和脊髓炎。患者血清中发现特异性的NMO自身抗体免疫球蛋白G(neuromyelitis optica immunoglobulin G antibody,NMO-IgG)^[1]，不仅使其与多发性硬化相区别，并且扩展了NMO疾病谱。NMO-IgG的靶抗原是水通道蛋白4(aquaporin 4,AQP4)，其主要在中枢神经系统星形胶质细胞的足突上表达。研究表明NMO-IgG与AQP4结合在NMO发病机制中发挥重要作用^[2]。近年来建立了各种NMO体内外实验模型，从不同角度探讨了NMO的发病机制。尽管目前尚无一种NMO模型能完全模拟NMO的临床表现和病理特征，但NMO模型为进一步探索NMO发病机制及寻找新的治疗方法奠定了基础。

NMO患者急性期脊髓病灶典型的组织病理改变包括局灶性或广泛性血管周围脱髓鞘、巨噬细胞侵润、轴索损伤、灰质和白质坏死及血管周围炎症反应。非典型表现为反应性星形胶质细胞增生、小胶质细胞激活、轴索损伤、中性粒细胞侵润和少突胶质细胞的凋亡，而无明显脱髓鞘。慢性病灶主要包括胶质增生、囊性变和空腔形成，坏死灶周围血管增生，血管壁增厚和透明样变性^[3]。在增厚透明样变性的血管周围出现免疫球蛋白和补体沉积以及嗜酸性细胞和中性粒细胞侵润，星形胶质细胞胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)和AQP4缺失是NMO病灶的主要免疫病理特征^[4]。最近对7例NMO患者病理研究发现急性期病灶具有复杂的病理改变，存在6种不同的病理改变类型，而星形胶质细胞损伤和破坏是急性期的主要病理特点^[5]。

目前认为NMO主要的发病机制是血液中的NMO-IgG通过血脑屏障和星形胶质细胞足突上的AQP4结合，募集和激活补体产生补体依赖性细胞毒性作用，或活化效应细胞如自然杀伤细胞产生抗体依赖性细胞毒性作用引起星形胶质细胞损害。补体激活和星形胶质细胞产生的细胞因子诱导炎症细胞如嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和巨噬细胞移行，进一步损害血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)，导致更多的NMO-IgG进入中枢神经系统，炎症细胞脱颗粒和星形胶质细胞损害继发性引起少突胶质细胞损伤、髓鞘脱失和轴索损害，从而产生相应的神经功能缺损表现^[2]。另外NMO-IgG与AQP4结合能引起星形胶质细胞膜上AQP4内陷和兴奋性氨基酸转运体2(excitatory amino acid transporter 2,EAAT 2)的下调，也可能参与NMO的致病过程^[6]。

NMO体外细胞培养模型主要分为两大类。一类是星形胶质细胞培养，基于AQP4主要表达于星形胶质细胞足突上。应用大鼠大脑皮质星形胶质细胞原代培养发现NMO-IgG阳性血清能诱导星形胶质细胞坏死，其过程需要补体参与^[7]。在大鼠大脑皮质混合细胞培养中NMO-IgG阳性血清除了引起星形胶质细胞死亡外，尚可激活小胶质细胞并导致神经元死亡^[8]。人胎儿大脑星形胶质细胞和内皮细胞混合培养发现NMO-IgG能减少星形胶质细胞AQP4表达，破坏血脑屏障、引起中性粒细胞募集和自然杀伤细胞脱颗粒^[9]。另一类是细胞转染方法。将含AQP4的质粒转染到靶细胞中，使其能稳定表达AQP4。NMO患者血清提取的IgG主要是IgG1选择性地和靶细胞膜上AQP4细胞外部分结合，迅速引起靶细胞膜上AQP4下调和激活补体^[10]。使用不同AQP4亚型转染的中国仓鼠卵巢细胞体外培养中，发现NMO-IgG和AQP4-M23表达细胞结合产生较AQP4-M1更强的补体依赖性毒性作用，提示补体介导的细胞毒性作用需要AQP4形成正交序列结构^[11]。体外细胞培养方法操作简单、成本低、重复性好，培养条件和影响因素容易控制，是探讨NMO-IgG和星形胶质细胞表面AQP4结合引起细胞毒性机制的重要工具，但并不能完全模拟体内复杂的内环境因素相互之间的作用。

Zhang等^[12]建立一种组织切片体外培养的NMO模型。应用振荡切片机将脊髓切成厚度为300 μm的横断面薄片制备NMO脊髓培养模型。加入NMO-IgG及人补体后脊髓切片染色可见明显的GFAP，AQP4染色缺失、小胶质细胞激活以及补体沉积和髓鞘脱失，而加入NMO-IgG及补体的AQP4敲除鼠及单纯给予NMO-IgG 或补体的脊髓切片均未见上述病理变化，提示该脊髓培养模型适合NMO研究，同时也证明了NMO-IgG、AQP4及补体共同参与其发病机制。另外该作者也成功制备了视神经和海马切片培养的NMO模型，然而脑切片与脊髓切片比较，其病理改变相对较轻，而视神经的培养要求技术相对较高，且生存时间较短，相对限制了他们的实用性。脊髓切片模型研究中也发现中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、巨噬细胞以及细胞因子如白细胞介素6等存在时，即使暴露相对较低剂量的NMO-IgG和补体也能产生更加严重的病理改变^[12]，提示这些细胞和因子在NMO发病机制中也发挥一定作用。但该模型缺乏脊髓的血管结构，不能观察血脑屏障的作用，并且实验需要大量的培养液减弱了细胞外液炎性因子的作用是其缺点。

NMO动物模型主要有两大类：以实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)为基础的被动转运NMO模型和体内直接注射NMO-IgG和补体及细胞因子的NMO模型。

大鼠腹腔注射NMO-IgG，即使是在血脑屏障缺陷鼠也不能引起类似NMO的病理改变，然而先制备EAE大鼠模型，再腹腔注射NMO-IgG后却能明显增加EAE损伤程度，在脊髓产生类似NMO的病理改变^[13]。这种NMO模型制备有两种方法，一种是由主动免疫或被动免疫诱导NMO/EAE，另一种由完全弗氏佐剂单独诱导NMO/EAE。主动免疫NMO/EAE模型由髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein,MBP)及完全弗氏佐剂共同诱导大鼠产生MBP反应T细胞并进入中枢神经系统，在疾病高峰期，腹腔注射NMO-IgG，能加重EAE临床表现，脊髓病理观察到类似NMO急性期的病理改变^[14]。由MBP反应T细胞被动转输给大鼠随后腹腔注射含NMO-IgG的NMO患者血清，也显示和主动免疫NMO/EAE模型相似的临床和病理变化，且病灶主要波及AQP4高度表达的部位^[14]。另外研究发现在病灶边缘可见星形胶质细胞肿胀，细胞核增大，AQP4表达缺失而GFAP免疫反应性存在，提示AQP4损伤在前，GFAP损害在后，这和NMO早期病理变化一致^[15]。不同的中枢神经系统抗原特异性T细胞被动免疫NMO/EAE模型研究发现MBP、钙结合蛋白S100β和髓鞘少突胶质细胞糖蛋白特异性T细胞诱导的EAE模型均能破坏血脑屏障，使T细胞和NMO-IgG进入中枢神经系统，但MBP抗原特异性T细胞在NMO/EAE模型病灶中活化最明显，AQP4缺失病灶最大，募集巨噬细胞和小胶质细胞能力最强，而髓鞘少突胶质细胞糖蛋白特异性T细胞在中枢神经系统并不活化，也未见星形胶质细胞损害病灶，表明NMO/EAE模型不仅需要T细胞打开血脑屏障允许NMO-IgG和补体进入中枢神经系统，同时需要局部T细胞活化提供炎症环境，才能形成类似NMO病灶损害^[16]。然而单独完全弗氏佐剂注射虽然不能激活T细胞，但可损害血脑屏障使NMO-IgG进入中枢神经系统，产生NMO病理变化，提示除了T细胞，非特异性炎性反应也可破坏血脑屏障，并且通过NMO-IgG导致星形胶质细胞损伤^[17]。总之NMO/EAE模型是研究NMO早期病灶形成机制的理想模型，但其需要大量的NMO-IgG以及实验动物品种单一，同时可能存在EAE本身病理变化的干扰是其缺点。

这种方法无需对实验动物预先进行免疫处理，而是直接将NMO-IgG和人的补体等注射到动物脑内、脑室或鞘内，制备NMO动物模型。

小鼠脑内注射NMO-IgG和人补体后12 h病灶内AQP4和GFAP表达缺失、胶质细胞肿胀、髓鞘脱失和早期轴索损伤，但炎性反应不明显；注射后7 d病灶内可见明显的单核细胞和多核细胞侵润、血管周围补体沉积、AQP4和GFAP表达缺失、广泛脱髓鞘以及神经元死亡^[18]。表明NMO-IgG首先通过典型补体通路破坏星形胶质细胞，随后诱导炎症反应导致广泛脱髓鞘以及神经元死亡。在缺乏T细胞的裸鼠脑内注射NMO-IgG和人的补体也能产生和野生型鼠相类似的NMO病灶，提示本模型不需要T细胞参与^[19]。另外在脑内注射NMO模型中发现缺乏中性粒细胞或者加用中性粒细胞蛋白酶抑制剂均能减轻上述病理变化，提示中性粒细胞涉及NMO早期病灶形成过程^[20]。另外使用增强补体依赖性细胞毒性或抗体依赖性细胞介导的毒性作用的突变人重组单克隆NMO-IgG和人补体的小鼠脑内注射模型研究也证实抗体依赖性细胞毒性在NMO病理机制中发挥重要作用^[21]。该类模型适合NMO治疗实验研究。但NMO-IgG不能激活小鼠补体，必需联合注射人补体；另外有时需要重复脑内注射，可能会改变中枢神经系统对炎症刺激的敏感性；而小鼠血清对经典的补体通路有很强的抑制作用且其存在弱的内在补体活性，使其用于制备NMO模型受到一定的限制^[22]。

Lewis大鼠脑内单独注射NMO-IgG，3 h后发现NMO-IgG主要分布于注射点周围约6.2 mm2的区域，5 d后形成明显的NMO病灶，包括炎性细胞浸润，AQP4表达缺损及脱髓鞘改变^[22]。如果预先给予Lewis大鼠腹腔注射NMO-IgG，6 h后脑内造成针刺损伤，18 h后再次腹腔注射NMO-IgG，针道周围亦能产生类NMO病灶^[24]，提示该大鼠NMO模型并不需要外源性补体，仅依赖内源性补体。Lewis大鼠纹状体内注射白细胞介素1β能在针道周围产生类似NMO病灶，增加病灶局部血管周围补体活性，其可能通过诱导中性粒细胞和补体移行到病灶部位加重组织损伤和病灶形成^[25]。故上述模型适用于研究NMO-IgG依赖性病理机制，并为研究细胞因子和趋化因子在NMO发病机制中作用提供了方向。而小鼠脑内注射NMO-IgG联合自然杀伤细胞也能产生类似NMO病灶损害如AQP4和GFAP丧失，为研究抗体依赖性细胞介导毒性作用提供了方法^[26]。

以上这些模型病灶均在实验动物的大脑，并不在NMO的常见部位视神经和脊髓。Matsumoto等^[27]将NMO-IgG阳性血清直接注射到SD大鼠视神经鞘内，首次建立了NMO视神经炎模型。另外在小鼠视交叉附近连续3天持续注射NMO-IgG和人的补体，12只小鼠中8只产生类似NMO病理特点的视神经炎，在CD95敲除鼠视神经病理改变明显加重，提示在视神经炎模型中补体的重要作用^[28]，该视神经炎模型适用于研究NMO视神经炎的发病机制以及评价治疗药物对视神经解剖和功能的影响。小鼠腰5～6椎间隙单次鞘内注射NMO-IgG和人补体并不导致脊髓病理变化，而80%的CD59基因敲除鼠却产生长脊髓节段白质广泛性病变，病理显示和人NMO病理变化类似，成功建立了NMO脊髓炎模型^[29]。最近对Lewis大鼠3周内反复环枕膜鞘内注射人NMO-IgG，大鼠逐渐出现进展性脊髓病体征，磁共振显示注射部位长节段脊髓病灶，脊髓病理示病灶内灰白质特异性IgG沉积，轴索和髓鞘破坏，星形胶质细胞和少突胶质细胞丧失，AQP4和EAAT 2表达减少而GFAP保留。停止鞘内注射AQP4抗体后脊髓病理变化和体征可逐渐恢复，符合缓解复发的过程^[30]，然而这种模型制备复杂，周期长，且无明显的炎性细胞浸润和补体的活化，不能用来阐述其炎性机制。

其他NMO模型并不涉及NMO-IgG，但这些模型动物病变部位和病理变化类似NMO。使用大鼠重组髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(1-116)和不完全弗氏佐剂免疫诱导布朗挪威大鼠制备视神经脊髓脱髓鞘模型，30 d后80%以上大鼠视神经和脊髓出现脱髓鞘改变和炎性细胞侵润，视神经AQP4表达减少而GFAP增加，脊髓AQP4和GFAP表达均增加，并且大鼠运动障碍评分与炎症脱髓鞘程度有关，而和AQP4或GFAP表达无关^[31]。2D2转基因小鼠模型是由髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(MOG)特异性T细胞转基因鼠和特异性B细胞受体转基因鼠杂交形成，此模型鼠能自发出现视神经炎及严重的脊髓炎表现，并不累及大脑，但无补体沉积的病理改变^[32]。这类模型可能对研究NMO-IgG阴性NMO发病机制提供实验方法。

目前尚没有一种模型能够完全模拟人类NMO的所有病理和临床表现。而其他自身抗体、AQP4特异型性T细胞、环境和遗传因素对NMO的影响尚需进一步研究。尽管NMO模型已经取得了很大的进展。发展更完美的NMO模型并探讨新的治疗方法是将来的研究方向。