小鼠弓形虫眼病模型的建立及IL-10对其炎症和免疫应答的影响

摘要

研究背景：
　　 弓形虫是一种呈世界性分布的细胞内寄生原虫。目前世界范围内将近十亿人感染弓形虫。根据感染途径，分为获得性感染和先天性感染两大类。获得性感染常通过食入未煮熟的含有包囊的动物肉类、生奶、生蛋或误食了猫粪便中释放的卵囊而感染。近年研究显示，越来越多的弓形虫眼病为获得性感染，获得性弓形虫眼部感染通过免疫介导，引起全色素膜炎或坏死性视网膜炎，重症的色素膜炎可导致视网膜脱离、青光眼及眼内炎而失明，随着弓形虫感染率的不断增高，弓形虫眼病的发病机制及有效治疗已引起了广泛关注。
　　 弓形虫眼病对患者视功能损伤严重，弓形虫感染导致弓形虫眼病的发病机制尚不十分清楚。国内对该病的认识较少，对弓形虫眼病的基础研究更是罕见。为了进一步研究弓形虫眼病的发病机制，首先需要建立弓形虫眼病模型。
　　 小鼠对弓形虫RH强毒株极为敏感，经腹腔或皮下接种感染小鼠后，可引起急性感染，造成宿主机体组织损伤，因此，小鼠常作为弓形虫急性感染的动物模型。由于小鼠具有饲养方便、繁殖快、易于实验操作、经济等特点，因此，建立弓形虫RH强毒株急性感染小鼠建立获得性弓形虫眼病动物模型具有重要的实际意义。
　　 弓形虫感染后，细胞免疫起着强有力的抗弓形虫效应，参与细胞免疫的细胞有T淋巴细胞、自然杀伤细胞、巨噬细胞等。T细胞按其功能可分为CD4+T细胞和CD8+T细胞等亚群，弓形虫在宿主细胞内寄生，其感染引起机体的免疫反应以CD4+T细胞亚群介导的免疫应答为主。
　　 CD4+T细胞多为Th细胞（辅助性T细胞）。根据产生细胞因子和生物功能的不同，传统上将CD4+T细胞分为Th1和Th2两类细胞亚群，它们在免疫过程中相互调节并相互制约。已有的研究表明:急性弓形虫眼部感染时，房水中Th1细胞分泌的γ-干扰素(interferon-γ，IFN-γ)和肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor-α，TNF-α)的水平明显升高，Th2细胞分泌的白细胞介素—10(interleukin-10，IL-10)的水平明显降低。IFN-γ和TNF-α在巨噬细胞活化、杀灭寄生虫方面十分重要，是机体对抗弓形虫侵害的主要活性分子。但过量的IFN-γ和TNF-α可能导致免疫应答过度，加重组织的炎症反应甚至导致组织坏死等。IL-10又称为细胞因子生成抑制因子(CSIF)，是IL-10家族的首要成员。已有的研究表明IL-10通过下调IFN-γ和TNF-α从而在保护性免疫和免疫病理的平衡中起着重要作用。那么，在小鼠获得性弓形虫眼病模型中，通过静脉注射IL-10，对外周血和眼内房水中的IFN-γ和TNF-α水平如何影响？是否又能进一步减轻眼部的炎症反应？文献中未见到相关报道。
　　 CD4+CD25+调节性T细胞(regulatoryTcells，Treg)是近年来发现的一类不同于Th1和Th2细胞的CD4+T细胞，作为一种调节性T细胞，此类细胞在抑制病原体感染免疫中起重要的作用。其发挥效应的一条重要途径为分泌IL-10。Th17是另一类新发现的不同于Th1和Th2细胞的CD4+T细胞亚群，以分泌IL-17为主，研究表明，Th17细胞在介导炎症反应和自身免疫病发病中发挥重要作用。正常情况下，T细胞及各亚群数目在周围组织中相对稳定，T细胞总数或其亚群的绝对数和比值发生改变，可视为免疫异常，并与某些疾病的发生和发展相关。Treg/Th17的分布在很多疾病的发生过程中出现了失衡现象，在小鼠获得性弓形虫眼病模型中，脾脏中Treg/Th17的平衡状态是否发生了变化，是否能进一步阐明弓形虫感染的发病机制？文献中未见报道。体外研究表明，IL-10可通过作用于Treg降低Th17的数量。那么，在获得性弓形虫眼病模型中，通过静脉注射IL-10，对脾脏中Treg/Th17的平衡状态如何影响？
　　 研究目的：
　　 本研究通过建立获得性弓形虫眼病的C57BL/6小鼠动物模型，检测小鼠房水和血清中IFN-γ和TNF-α浓度以及小鼠脾脏Treg与Th17细胞数量的变化，并探讨IFN-γ和TNF-α浓度的变化以及Treg/Th17平衡状态与弓形虫眼部感染的关系。通过外源性细胞因子IL-10干预，探讨IL-10对获得性弓形虫眼病小鼠体内IFN-γ和TNF-α浓度、Treg/Th17的平衡以及对视网膜组织炎症的影响。进而为弓形虫眼病的发病机制及进一步治疗提供重要理论依据。
　　 研究方法：
　　 将160只C57BL/6小鼠分为4组:①对照组40只;②实验A组（实验A组）40只;③0.01ugIL-10干预组(实验B组)40只;④0.1ugIL-10干预组(实验C组)40只。对实验组每只小鼠均通过腹腔注射给予102个/只(200ul无菌生理盐水)弓形虫强毒株（RH株）速殖子，对照组小鼠注射等体积的生理盐水，实验B组于感染虫体后第2d和第4d通过尾静脉注射0.01ugIL-10(溶于200ul无菌生理盐水中);实验C组于感染虫体后第2d和第4d通过尾静脉注射0.1ugIL-10(溶于200ul无菌生理盐水中);感染小鼠后第6天，分别处死小鼠，摘取眼球，收集外周血，取对照组和实验组小鼠脾脏。应用套式PCR技术对外周血做基因检测;对小鼠眼球做石蜡切片和HE染色，观察小鼠眼部的组织病理学切片改变;通过ELISA试剂盒检测对照组和实验组房水和血清中IFN-γ和TNF-α浓度，采用流式细胞术检测脾脏Treg和Th17细胞的数量变化，计算脾脏Treg/Th17的比值。通过小鼠尾静脉注射IL-10后，观察其对血清和房水中IFN-γ和TNF-α的浓度、Treg/Th17以及视网膜炎症的影响。
　　 研究结果：
　　 1.PCR检测弓形虫感染第6天，在实验组小鼠外周血中可检测到小鼠P30基因。
　　 2.不同组视网膜组织学切片的变化弓形虫感染第6天，实验A组视网膜组织可见到弓形虫，且出现明显的炎症反应;0.01uglL-10注射后，视网膜组织中炎症反应仍比较明显;0.1ugIL-10注射后，视网膜组织中仍可见到弓形虫，但炎症反应减轻。
　　 3.不同组房水中IFN-γ和TNF-α的浓度变化弓形虫感染第6天，实验A组房水中IFN-γ(4531.4pg/ml)和TNF-α(1572.3pg/ml)的浓度升高较对照组房水中IFN-γ(12.3pg/ml)和TNF-α的浓度(1165.2pg/ml);0.01uglL-10注射后，房水中IFN-γ(3838.7pg/ml)和TNF-α(1431.1pg/ml)的浓度变化甚微，0.1ugIL-10注射后，房水中IFN-γ(2482.7pg/ml)和TNF-α(1248.1pg/ml)的浓度较实验A组降低。
　　 4.不同组血清中IFN-γ和TNF-α的浓度变化弓形虫感染第6天，实验A组血清中IFN-γ(455.7±39pg/ml)较对照组血清中IFN-γ的浓度(16.4±3.1pg/ml)升高;实验A组血清中TNF-α(14.6±2.2pg/ml)较对照组血清中TNF-α的浓度(8.7±2.1pg/ml)升高;0.01uglL-10注射后，实验B组血清中IFN-γ(389.8±42pg/ml)和TNF-α(13.1±1.7pg/ml)的浓度较实验A组降低，统计学分析有统计学意义，但炎症反应仍比较明显;0.1ugIL-10注射后，血清中IFN-γ(265.7±27pg/ml)和TNF-α(12.1±1.9pg/ml)的浓度较实验A组降低更为明显，统计学分析有统计学意义，视网膜组织中仍可见到弓形虫，但炎症反应减轻。
　　 5.各组Treg占CD4+细胞的百分比实验A组(18.41±5.32)Treg占CD4+细胞的百分比较对照组(39.16±12.53)降低，统计学分析差异有统计意义(P＜0.05);实验B组Treg占CD4+细胞的百分比(20.57±5.61)和实验A组相比统计学分析差异无统计意义(P＞0.05);实验C组(31.27±8.47)Treg占CD4+细胞的百分比较实验A组升高，两者相比差异有统计意义(P＜0.05)。
　　 6.各组Th17占CD4+细胞的百分比实验A组Th17占CD4+细胞的百分比(33.15±8.37)较对照组(9.41±7.54)升高，统计学分析差异有统计意义(P＜0.05);实验B组(29.27±7.54)Th17占CD4+细胞的百分比和实验A组相比统计学分析差异无统计意义(P＞0.05);实验C组Th17占CD4+细胞的百分比(14.57±9.32)较实验A组降低，两者相比差异有统计意义(P＜0.05)。
　　 7.脾脏中Treg/Th17的比值的变化。实验A组(0.34±0.17)脾脏中Treg/Th17的比值低于对照组(3.76±1.23)，两者比较差异有统计意义，实验B组(0.51±0.31)脾脏中Treg/Th17的比值和实验A组相比差异无统计意义(P＞0.05);实验C组(2.33±1.16)脾脏中Treg/Th17的比值和实验A组相比升高，差异有统计意义(P＜0.05)。
　　 研究结论：
　　 经腹腔注射弓形虫强毒株（RH株）感染C57BL/6小鼠可建立获得性弓形虫眼病模型，病变主要集中在视网膜，套式PCR检测具有高度的特异性和敏感性。弓形虫感染后，血清和房水中的IFN-γ和TNF-α的浓度升高，脾脏局部Treg细胞数量下降，Th17细胞数量升高，脾脏中Treg/Th17的比值明显降低，打破了正常的免疫平衡。Treg/Th17的比值降低以及IFN-γ和TNF-α的浓度升高可能与弓形虫眼部感染炎症反应有关。通过尾静脉注射0.01ugIL-10后，房水和血清中的IFN-γ和TNF-α的浓度降低，Treg/Th17变化不明显，增加IL-10(0.1ugIL-10)注射后，脾脏中Treg/Th17比值升高，房水和血清中的IFN-γ和TNF-α的浓度继续降低，统计学分析有统计学意义，视网膜炎症反应减轻，从而推测外源性IL-10可能通过降低体内的IFN-γ和TNF-α的浓度以及改变体内的Treg/Th17的平衡状态减轻弓形虫感染小鼠的眼部炎症反应。
　　 研究意义：
　　 通过腹腔注射弓形虫RH株感染C57BL/6小鼠，建立了获得性弓形虫眼病的动物模型，为获得性弓形虫眼病发病机制、治疗方法等相关研究奠定了坚实的基础。造模成功后，应用组织化学方法(HE染色)观察弓形虫眼病的眼部病理改变特点，并对眼部组织和血液标本行套式PCR检测弓形虫P30基因，建立了敏感特异的弓形虫检测方法，PCR检测方法不仅能弥补血清学方法不能检测的免疫缺陷患者或动物的弓形虫病，而且PCR检测方法更为快速和敏感，可作为临床上检测弓形虫感染的检验方法很好的选择。本研究首次从Treg/Th17平衡的角度探讨弓形虫感染的发生机理，结果发现，弓形虫感染可以导致鼠脾脏Treg细胞水平降低，而Th17细胞水平升高，出现了Treg/Th17的失衡。结果提示，感染引起的Treg/Th17失衡在弓形虫感染的发病机制中可能起到重要的作用。然后，通过小鼠尾静脉注射IL-10，应用ELISA试剂盒检测小鼠外周血和眼内房水中炎症因子IFN-γ和TNF-α水平的改变，并检测脾脏中Treg/Th17平衡的变化。据实验结果推测在小鼠获得性弓形虫眼病模型中，眼部的炎症反应可能与体内的IFN-γ和TNF-α浓度明显升高及Treg/Th17的降低有关，外源性IL-10可能通过降低血清和房水中IFN-γ和TNF-α的浓度及改变体内Treg/Th17的平衡及减轻了小鼠弓形虫感染的眼部炎症反应，IL-10注射有可能成为治疗弓形虫眼病的一种新的途径。