文摘

1型糖尿病(近年来)是一种自身免疫性疾病由T细胞选择性地破坏产生胰岛素β细胞。先前的报道基于流行病学和动物研究已经证明,遗传因素和环境参数都可以促进或减弱自身免疫的发展。近几十年来,一些天生的啮齿动物菌株自发发展糖尿病已经应用于调查近年来的发病机理。因为老鼠的基因操纵发达(转基因、基因敲除和条件基因敲除/转基因),执行大多数研究使用nonobese糖尿病(NOD)小鼠模型。本文将重点讨论使用转基因小鼠点头探索内转的发病机理和发展潜在的治疗方法。

1。介绍

1型糖尿病(近年来)是一种自身免疫性疾病由遗传和环境的结合触发器的渐进破坏的特点是胰岛素生产细胞在胰腺胰岛autoreactive T细胞。这最终会成为一个复杂的代谢性疾病的患者胰岛素不足,血糖控制失调,持续的高血糖,和长期的并发症。政府是最常见的和广泛使用的胰岛素疗法治疗近年来。疾病约占所有病例的10%的糖尿病,最常发生在欧洲血统的人,影响大约有二百万人在欧洲和北美1]。发病率有显著的地理变异,可能是因为不同人群不同遗传易感性/阻力因素(例如,人类白细胞抗原(HLA)单)或暴露于环境触发(例如,柯萨奇病毒感染)。例如,一个孩子在芬兰(北欧)是80倍更容易患上这种疾病比一个孩子在中国(东亚)[2]。良好,有一个当前全球增加的发病率近年来每年3% (3,4),这迅速崛起强烈表明,环境因素作用于易感基因,导致近年来的流行病学。

2。啮齿动物模型研究自身免疫性糖尿病的发病机理

老鼠和老鼠是常用的动物模型研究人类疾病。几只老鼠菌株和nonobese糖尿病(NOD)小鼠自发发展自身免疫性糖尿病,这些啮齿动物模型是近年来的研究中常用。他们有类似于人类疾病免疫病理过程特性和作为优秀的工具来确定遗传因素和环境诱因导致免疫耐受的破坏。

2.1。大鼠模型

育种学(BB)老鼠是最古老,最著名,最广泛地研究了大鼠模型近年来的调查。这压力来自加拿大的殖民地远Wistar鼠自发高血糖及酮症酸中毒发生在1970年代。影响动物被用于建立所有的BB老鼠substrains,具有独特的免疫遗传的背景。BB /磨破老鼠是一个近交品系建立在伍斯特,马萨诸塞州。BB鼠应变包括T-lymphopenic diabetes-prone股票和nonlymphopenic diabetes-resistant股票;糖尿病可以引起后者通过与瞬态操纵免疫系统t细胞耗竭结合模拟病毒的挑战(聚我:C)或实际Kilham鼠病毒或巨细胞病毒(CMV)感染。BB /磨破鼠自发发展和病毒诱导自身免疫性糖尿病综合症(80 - 95%)高发病率在男女双方作为人类内转至好的模型(5]。最近,已经建立了两个额外的近亲繁殖老鼠菌株和近年来发展的特点。第一个是Komeda diabetes-prone (KDP)老鼠,显示糖尿病的高发病率(大约70%)没有淋巴细胞减少100%发展轻微到严重胰岛炎在120 - 220天的年龄6]。第二个是LEW.1AR1老鼠,显示20%的糖尿病发病率没有主要的性别偏见天(7]。这些老鼠模型展览白细胞的浸润在胰腺(胰岛炎)和患糖尿病自然没有性别偏见。此外,这些老鼠菌株有着独特的主要组织相容性复合体(MHC)二类单体型,,这可能使他们容易受到自身免疫性糖尿病(8]。

2.2。小鼠模型

点头应变最初是在日本开发的选择cataract-prone应变来源于远Jcl: ICR小鼠(线9]。这一毒株是通过重复建立兄妹交配亚系,自发发展糖尿病。NOD小鼠自发性糖尿病的发病率是60%到80%女性和20%男性的30%。糖尿病的发病通常发生在12到14周的年龄雌性老鼠,在雄性老鼠稍晚。组织学研究表明,一些免疫细胞浸润在小岛直到大约3到4周的年龄,当雄性和雌性老鼠开始开发单核细胞浸润,环绕着小岛(peri-insulitis) [10]。NOD小鼠自发发展自身免疫性糖尿病与类似人类疾病的免疫病理特性,它可以作为动物模型来研究在近年的发病机理。

多个位点控制这一毒株的遗传易感性糖尿病。点头老鼠港独特的MHC单体型,称为,这是必不可少的,是最高的遗传因素对疾病的易感性(11]。这MHC单体型不表达分子由于删除子地区的基因(12]。此外,其独特的为天冬氨酸分子包含一个替代β链的位置57 (13],它大大改变了MHC的曲目绑定此等位基因肽(14]。

总之,这些啮齿动物的MHC II级分子模型决定了对近年来,与人类。关于免疫发病机理,它是建立在所有的啮齿动物模型,近年来是一种T-cell-mediated疾病,与致病性主要来自B淋巴细胞抗原递呈细胞而不是自身抗体生产商。

3所示。保护基因的超表达在小岛逃脱免疫细胞攻击

在自身免疫性糖尿病的进展,β细胞损伤是由几个一波又一波的免疫细胞渗透,最后导致胰岛素缺乏。抗原递呈细胞(apc),如巨噬细胞和树突细胞,产生炎症介质(如肿瘤坏死因子(TNF) -α,干扰素(IFN) -γ白细胞介素(IL) 1β和氧自由基)发起胰岛炎和β细胞死亡(15]。这些装甲运兵车捕捉胰岛抗原和现在他们T细胞诱导细胞介导的免疫反应,选择性地破坏β细胞通过释放细胞毒性分子(细胞因子,granzyme B和穿孔素)或直接交付通过Fas死亡信号通路(16]。鉴于这种知识的机制β细胞损伤,几个islet-specific转基因老鼠已经生成,以剖析近年来发展的免疫发病机理和治疗策略进行测试,包括外围的重建宽容,调制的炎症和凋亡活性的增强胰岛。

3.1。调节效应t细胞功能

证实T细胞诱导β通过几个proapoptotic通路细胞破坏,包括FasL-Fas交互,穿孔素、肿瘤坏死因子-α。之前的数据表明,Fas-deficient点头老鼠的lpr突变(点头-lpr / lpr)开发糖尿病和辐照点头——失败lpr / lpr老鼠是抗糖尿病的过继转移细胞从老鼠点头,这表明Fas通路中起主要作用β细胞死亡。与这个想法一致,小鼠转基因FasL的表达β使用生成的胰岛素启动子细胞,目的是模仿免疫特权网站,这样过表达FasL会保护β细胞被激活T细胞表达Fas免受攻击。有趣的是,这些转基因小鼠表现出加速糖尿病发展和显示致糖尿病的T细胞敏感性增加。这些数据表明,在胰岛细胞因子产生胰岛炎能引起Fas表达β细胞,促进转基因FasL结扎和导致自杀式袭击17- - - - - -19]。直接削弱FasL-mediated细胞凋亡β细胞,我们生成一个诱饵受体3 (DcR3)转基因小鼠品系和调查DcR3在近年来的治疗潜力20.]。DcR3是FasL的可溶性受体结合,抑制FasL-induced凋亡[21]。转基因小鼠数据表明,过度的DcR3在小岛的结果几乎没有胰岛炎和完全抑制糖尿病发展没有改变系统性淋巴细胞的致糖尿病的属性,提供支持性证据FasL-Fas通路的至关重要的作用β细胞损伤。

t细胞激活需要两个重要的信号:t细胞受体识别特定peptide-MHC复杂和costimulatory信号。积极的costimulatory信号促进t细胞增殖和细胞因子的生产,而消极的聚集有关信号诱导t细胞无力(22]。调节浸润T细胞的活动和性能在小岛,我们和其他人产生一些胰岛素promoter-driven监管过表达基因的转基因小鼠β细胞。程序性死亡(PD) 1和细胞毒性T淋巴细胞抗原(CTLA) 4是两个重要的-聚集有关分子表达激活T细胞,控制他们的效应函数和宽容。我们已经表明,转基因的表达PD-L1 PD-1(配体)(23)或膜结合,争胜单链anti-CTLA-4阵线抗体(anti-CTLA-4 scFv) (24]在小岛上点头小鼠减少胰岛炎的严重程度,抑制糖尿病的发展。然而,PD-L1的作用在调节t细胞耐受小岛需要进一步调查,因为转基因的表达PD-L1在C57BL / 6小鼠胰岛背景诱导T-cell-mediated自发糖尿病(25],转基因的表达B7-H1 (PD-L1) peri-islet雪旺细胞突然加速而不是抑制糖尿病进展(26]。然而,过度的积极分子聚集有关(B7.1和论争的单链anti-4-1BB阵线抗体)β细胞破坏外围宽容和导致强烈的胰岛炎和糖尿病的发展(27,28]。

3.2。调节细胞因子/趋化因子网络和超表达Cytoprotective分子

已是不争的促炎细胞因子和细胞因子Th1-related高度相关内转至疾病进展和有毒的小岛,而抗炎细胞因子,如il - 4、il - 10,转化生长因子(TGF)β假设是保护。直接解决这些保护和破坏细胞因子的影响β细胞,几个islet-specific细胞因子建立了转基因老鼠,允许解剖的胰岛细胞因子的角色对浸润淋巴细胞微环境及其后续影响。正如所料,转基因的表达il - 4和TGF -β在小岛的胰岛素和胰高血糖素启动子的控制下点头抑制小鼠胰岛炎和糖尿病(29日- - - - - -31日]。然而,βTGF - -cell-specific表达式β改变了胰腺架构(30.]。令人惊讶的是,当地生产的il - 10在小岛爆发加速和糖尿病的患病率增加(32,33),这表明il - 10可能有不同的功能除了immunoinhibitory效果。il - 10的时机和位置可能生产和细胞暴露于il - 10是至关重要的因素在糖尿病发展,il - 10的系统性管理防止糖尿病的发病34,35]。最近,一个新的细胞因子白介素家族成员,IL-35,识别和已被证实能表现出强大的抑制性影响效应T细胞(36]。异位表达IL-35β细胞会导致降低t细胞浸润和扩散在胰腺和长期预防糖尿病37]。

趋化因子是指导化学引诱物的迁移细胞炎症部位。在近年来的进展,发布的树突细胞的趋化因子,巨噬细胞,胰岛的炎症病变可以吸引大量的白细胞浸润。我们和其他人证明中和胰岛的趋化因子微环境的异位表达诱饵趋化因子受体减少白细胞浸润,防止糖尿病。过度的小岛pan-chemokine诱饵受体(M3源自疱疹病毒68)(38]或炎症CC趋化因子诱饵受体(D6) [39)变弱致糖尿病的t细胞在胰腺中积累和抑制随后的t细胞活化。

炎性细胞因子,如il - 1β肿瘤坏死因子-α和干扰素-γ,进行宣传β细胞Fas-dependent和/或其他死亡受体介导细胞凋亡(40)和诱导形成的活性氧(ROS)β细胞。毒性细胞因子信号的抑制胰岛代表一个有吸引力的战略设计疗法防止胰岛的破坏。小鼠的转基因表达抑制胰岛细胞因子信号1 (SOCS1)显示显著降低糖尿病的发病率(41]。疾病保护与细胞因子诱导的信号传感器和激活的抑制转录(STAT) 1在SOCS1-expressing磷酸化β细胞,这些细胞敏感性降低破坏致糖尿病的细胞在活的有机体内。这些结果表明,细胞因子分泌的效应细胞是主要贡献者β细胞损伤。此外,由于胰岛产生非常低水平的抗氧化的酶和氧化应激(非常敏感42小岛],减少ROS水平是至关重要的维持胰岛的功能和生存能力。我们和其他人证明β-cell-specific凋亡和抗炎蛋白硫氧还蛋白的表达(硫氧还蛋白)43]或血红素oxygenase-1 (HO-1) [44)防止自身免疫性糖尿病NOD小鼠。

总的来说,这些结果islet-specific表达的免疫调节分子协助角色的深入解剖和功能的免疫细胞招募了小岛。最重要的是,这些结果可以进一步应用于免疫疗法治疗近年来的设计或移植排斥反应45]。

4所示。致糖尿病的t细胞受体转基因小鼠模型来研究自身免疫性糖尿病

转基因小鼠t细胞受体(TCR)已经广泛应用于各种免疫学研究,包括t细胞发育的调查,维护周边的宽容,对感染控制免疫反应,自身免疫的发病机理。Autoreactive CD4 T细胞中发挥核心作用的发展中自身免疫性糖尿病。研究致糖尿病的CD4 T细胞的性质,一些T细胞克隆,回应的胰岛抗原识别和他们的t细胞受体体验特征。这个面板的致糖尿病的高亲和性自身抗原t细胞克隆提供了有价值的信息来识别和验证小说自身抗原。这些发现可以进一步应用于开发策略宽容或设计MHC四聚体的感应检测autoreactive T细胞(46]。研究autoantigen-specific T细胞的特性在活的有机体内,一些转基因小鼠t细胞受体菌株使用细胞生成α和β链从这些克隆表达CD4和CD8 T细胞。

使用生成的细胞受体)BDC2.5转基因小鼠t细胞受体基因的致糖尿病的CD4 t细胞克隆BDC2.5广泛应用探讨t细胞反应在活的有机体内和体外(47]。BDC2.5点头老鼠出生后3周内开发胰岛炎更早比野生型小鼠点头,但是这些老鼠不显示无论男女,糖尿病发病率增加。然而,当BDC2.5 TCR转基因表达在NOD / SCID小鼠动物患严重的胰岛炎和糖尿病在出生后4周(48]。另一个CD4细胞生成转基因老鼠在点头背景使用NY4.1 t细胞克隆的细胞受体基因(49]。这些NY4.1 TCR转基因老鼠在两性发展糖尿病点头更早比nontransgenic点头老鼠,但是转基因的疾病外显率动力学和nontransgenic人口是相似的。所识别的识别主导胰岛自身抗原致糖尿病的T细胞,在BDC6.9 TCR产生转基因小鼠应变描述一个先前被映射到一个身份不明的抗原位点6号染色体上的点头但不是BALB / c小鼠(50]。糖尿病进展的速度显著增加在BDC6.9 TCR转基因老鼠;然而,当点头小鼠6号染色体上的抗原位点的替换,从BALB / c小鼠生成BDC6.9点头。观察C6同类品系,没有糖尿病,直到1岁。更重要的是,脾细胞从BDC6.9 /点头。C6鼠保留其致糖尿病的属性作为过继转移实验,证明了诱导糖尿病NOD / SCID接受者具有相似动力学nontransgenic老鼠的细胞相比,表明胰岛自身抗原表达的关键是由BALB / c 6号染色体上的等位基因控制的。

尽管CD4 T细胞对糖尿病进展至关重要,老鼠缺乏CD8 T细胞培养胰岛炎和糖尿病,这表明CD8 T细胞参与β细胞的破坏(16]。探讨CD4和CD8 T细胞之间的相互作用,TCR基因从NY8.3 CD8 T细胞克隆承认islet-specific glucose-6-phosphatase催化subunit-related蛋白质(内部网关路由选择协议)被用来生成一个NY8.3 TCR转基因小鼠应变(51]。类似于NY4.1 TCR转基因老鼠,NY8.3 TCR转基因小鼠显示加速糖尿病发作而nontransgenic点头老鼠。有趣的是,当NY8.3 TCR转基因是交叉RAG2-deficient点头背景,老鼠,这只有NY8.3 CD8 T细胞和CD4 T细胞,患糖尿病的频率更低,明显晚于RAG-2-sufficient NY8.3 TCR转基因小鼠点头。这些结果强调的CD4 T细胞在糖尿病发展起到关键作用。

由于异质性的islet-reactive CD4和CD8 T细胞在小鼠点头,使用转基因小鼠细胞单克隆细胞在活的有机体内可以简化实验系统测试特定的免疫反应。此外,T细胞从细胞受体转基因老鼠的幼稚T细胞来源在体外代self-antigen-specific Th1、Th2 Th17,调节性T细胞,其致病性和保护角色可以明确检查(52- - - - - -54]。因此,识别转基因老鼠在活的有机体内模型来探索内生自身抗原的多态性,以确定关键的自身抗原在疾病发展的起始,和识别关键自身抗原的抗原表位。总之,建立和良好的细胞受体转基因小鼠行可以帮助研究人员了解自身免疫性疾病的发病机理和开发治疗策略,例如,映射自身抗原被T细胞和评估autoantigen-specific耐受疗法。

5。病毒诱导疾病的模型和转基因的表达Islet-Specific Neoantigens研究外围宽容

近年来与病毒感染有关包括肠道病毒、风疹、流行性腮腺炎、轮状病毒、细小病毒、巨细胞病毒。其中,柯萨奇病毒是最常见的肠病毒在前驱糖尿病的发现和糖尿病的人。这种病毒可以感染许多组织和严重的胰腺炎,主要原因可能导致自身免疫性糖尿病的感应通过分子拟态(55]或旁观者autoreactive激活的T细胞(56]。

相比之下,从流行病学的观察和实验动物数据越来越多的证据表明,病毒感染可以防止内转(57]。因此,数据对病毒感染的影响增强或预防内转不是决定性的,必须考虑许多因素。例如,病毒的复制水平可能是重要的;肠道病毒复制上级加速近年来的发展,而复制水平较低导致糖尿病的预防(58]。此外,宿主遗传因素也影响病毒感染的结果。全基因组关联研究(GWAS)和目标基因序列分析表明,遗传变异调解微分宿主细胞对病毒感染的反应,最终促进或阻止内转(59]。

Autoreactive T细胞在体内通过感应控制的负选择优雅的胸腺细胞凋亡(60),而那些逃到外围的T细胞反应被抑制的调节性T细胞(61年]。研究机制,维持免疫自我耐受性在外围,几株转基因小鼠islet-specific表达外源蛋白(使用胰岛素启动子)已经建立了研究t细胞反应在活的有机体内(62年- - - - - -65年]。在这些模型中,病毒蛋白的表达(从淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒糖蛋白或从流感病毒血凝素)β细胞不能产生T-cell-mediated毁灭在稳态条件下,表明t细胞外围的无知。然而,这些转基因小鼠感染病毒携带这些抗原废除外围宽容,导致T-cell-mediated糖尿病。重要的是,这些数据也表明,打破宽容是依赖于装甲运兵车的成熟和激活状态。病毒成分被主机模式识别受体(PRRs) apc可以诱导表达的功能成熟装甲运兵车和表示抗原T细胞,导致激活的T细胞反应(66年]。

总之,这些小鼠模型有助于增加我们的知识之间的关系环境感染、遗传变异和宿主免疫反应。此外,这些模型可以进一步应用于研究克隆删除的分子机制和克隆无力理解之间的平衡效应细胞的激活和免疫耐受或无知。

6。人性化的MHC转基因老鼠在t细胞Autoreactivity的研究

还点头小鼠作为模型识别的遗传因素引起宿主的免疫失调参与发展自身免疫性糖尿病(67年]。其中易感性位点,MHC分子内Idd1轨迹带来的主要比例疾病易感性。基因研究寻找糖尿病易感基因已经确定了60多个位点导致对近年来在人类身上。这些位点的产品都进行了广泛的调查,以了解他们的分子机制和开发基因预测方法显示承诺用于预防策略(68年]。有趣的是,超过90%的患者发展为临床糖尿病有特殊的MHC单,也在autoimmune-prone啮齿动物模型(69年]。老鼠有一个独特的点头单体型,表达一个不带电的丝氨酸残基的位置57链,相比之下其他diabetes-resistant菌株使用带负电荷的天冬氨酸,表明这种变化会导致糖尿病易感性(13]。鼠标的同族体在人类hla dq8 ()分子MHC II级,还编码一个卸货丝氨酸、丙氨酸、缬氨酸残基。鉴于这种疾病易感性的遗传性质,几组使用人性化的MHC转基因模型来理解特定细胞的分子机制/肽/二级相互作用参与地图t细胞抗原表位的疾病过程和各种各样的人类胰岛自身抗原MHC II级提出的分子,例如,DQ8分子(70年]。

1999年,两个独立的组生成一个DQ8转基因小鼠突变NOD小鼠应变与零的性质我等位基因,阻止内生MHC II级分子的表达。在这些老鼠,绝大多数T细胞是限于DQ8分子,可以用来识别主导T细胞抗原表位,如谷氨酸脱羧酶65 (GAD65) [71年,72年]。这些小鼠模型是有用的工具来定义自身抗原的重要抗原表位抗原递呈细胞,被人类加工的T细胞。此外,这些分析提供了一种重要的资源为研究糖尿病发病机制和发展为t细胞抗原特异的治疗方法和策略监控在疾病发展和治疗(73年]。虽然人类CD4转基因/ DQ8转基因/点头老鼠被发现不患自身免疫性糖尿病72年),随后详细研究解决问题hla dq等位基因抗病和敏感在活的有机体内跨越这些老鼠β-cell-specific B7-1转基因小鼠(74年]。温等人产生DQ8转基因小鼠(DQ8tg)在MHC类II-deficient ()C57BL / 6株是免费的从其他糖尿病易感基因的潜在影响的点头。然而,类似于前面的转基因小鼠上生成点头背景(72年),这些人性化的小鼠没有自发患糖尿病。有趣的是,当DQ8tg /小鼠交配与应变表达鼠胰岛素promoter-driven聚集有关分子B7.1转基因,这些的81%左右糖尿病小鼠自发发展。引人注目的是,更换DQ8抗糖尿病DQ6分子将生成相同的老鼠老鼠,发达胰岛炎和糖尿病(74年]。

与近年来人类,最常见的HLA单体型包含DR4和DQ8分子,和两个变异分子在强大的连锁不平衡。进一步分析的相对重要性DQ8 DR4在糖尿病发展的角色在活的有机体内,温家宝等人建立的和老鼠监测近年来在这些老鼠的发病机制75年]。令人惊讶的是,只有25%的糖尿病小鼠发达,同时DR4和DQ8分子的表达老鼠导致降低糖尿病发病率(23%)相比老鼠(81%)。作者建议DR4分子会使致糖尿病的DQ8提高Th2-like免疫反应的影响。

因此,这些人性化的模型可以应用于识别至关重要的抗原表位的自身抗原限制disease-susceptible MHC分子。更重要的是,这些系统中识别的抗原表位自然提供的加工和装甲运兵车,支持这些抗原表位的可能的临床意义。这些发现可能最终被利用来监控自身免疫高危个体活动或接受介入治疗的患者73年]。

7所示。结论

总之,使用动物模型来研究近年来绕开道德的发病机理和技术问题不容易解决。使用动物模型的好处包括(1)易于获得pancreata和胰腺癌淋巴结,可以直接分析淋巴细胞在炎症病变的状态;(2)评估潜在的治疗策略和决心的治疗干预措施的效果和最佳时机存在剂量依赖的相关性在严格的控制(例如,房屋动物特定的无菌条件);(3)简单的识别易感性近交鼠/鼠标/抗病位点。然而,一些免疫调节疗法的试验成功NOD小鼠模型中没有在人类临床试验(76年]。因此,研究结果在翻译前的动物模型应该进一步考虑到诊所。在下一代的研究中,GWAS地图可用于基因组区域以外的MHC基因导致人类的易感性内转(77年),这可能导致更多的转基因小鼠模型探索点头内转genotype-phenotype关系。

确认

这项工作是由美国国家科学委员会,台湾(nsc99 - 2320 - b - 016 - 001 my3 nsc101 - 2321 b H.-K - 016 - 002。Sytwu;nsc101 - 2321 - b - 016 - 001, nsc102 - 2321 b M.-C - 016 - 004。方),陆海空三军种综合医院基金会(tsgh - c101 - 009 - 0 s01 tsgh - c102 - 007 - 009 - 0 - s01),和C.Y.基金会发展的教育、科学、和药品。