适用于MR成像的多发性硬化大鼠模型的研究进展

张海琴，李坤成，盛树力

(1.首都医科大学宣武医院影像部放射科，北京 100053;2.首都医科大学宣武医院中心实验室，北京 100053)

适用于MR成像的多发性硬化大鼠模型的研究进展

张海琴1，李坤成1，盛树力2

(1.首都医科大学宣武医院影像部放射科，北京 100053;2.首都医科大学宣武医院中心实验室，北京 100053)

多发性硬化(MS)是中青年非外伤性致残的最常见原因，但是 MS的发病机制迄今尚不完全明了。核磁共振成像(MRI)是目前诊断、监测MS的重要手段。实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)是公认的研究人类MS的动物模型，MRI为EAE模型的评估提供直接、客观的影像学依据。理想的EAE大鼠模型不仅有助于开展对MS的防治、发病机理、相关药物开发等多方面的研究，而且为MRI提供合适的研究平台，对MS早期诊断、病情的监测和评价提供重要线索。

多发性硬化;实验性自身免疫性脑脊髓炎;髓鞘少突胶质细胞糖蛋白;磁共振成像

多发性硬化(multiple sclerosis，MS)是中枢神经系统最常见的脱髓鞘疾病，同时也是中青年非外伤性致残的最常见原因之一［1］。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是目前诊断 MS的金标准，也是监测MS病情演变、评价疗效的重要手段。实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)是公认研究 MS的动物模型，其中EAE大鼠模型是研究EAE病理改变基础、探索MS病因及发病机制、选择新的治疗靶点和评估疗效的重要平台。MRI能活体监测EAE大鼠中枢神经系统(central nervous system，CNS)脑和脊髓病变的演变过程，为EAE大鼠的疾病状态提供客观的影像学依据，具有重要的研究应用价值［2－6］。

MS的组织病理学特征为CNS血管周围炎、局灶性炎性脱髓鞘和轴索损伤，病灶具有在时间和空间上播散的特性，依据疾病复发时是否加重将临床表型分为良性型、复发缓解型、原发进展型和继发进展型。然而MS的病因和发病机理迄今尚未完全明了。目前没有一种EAE模型能模拟人类MS的所有特征，不同的模型只是侧重模拟了MS病理生理或发病机制的不同方面［7］，因此，选择适当的动物模型，不仅为研究MS的病因、发病机制提供重要线索，而且能促进MRI设备及成像技术的研发应用和MS影像学特征的深入研究。本文就具有不同MR影像特征的EAE大鼠模型的研究进展进行综述，重点阐述髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(myelin oligodendrocyte glycoprotein，MOG)诱发的EAE大鼠模型及其在MR影像研究中的应用价值，预测其在MS发病机制、影像病理基础研究中的应用前景。

1 用于MRI研究的EAE大鼠模型

MR主要针对EAE大鼠急性发病期和慢性复发期CNS的炎症和脱髓鞘病变进行研究。

1.1 用于EAE炎症影像特征研究的大鼠模型

以炎症为主要病理改变的EAE大鼠模型最多见，也是既往MRI研究的主要着眼点。常见的主要有脑脊髓组织匀浆 (brain spinal cord homogenate，BSCH)－EAE和髓鞘碱性蛋白 (myelin basic protein，MBP)－EAE。这两种模型大鼠 CNS炎症病变显著，但是脱髓鞘病变缺乏(少见)，因此都仅适用于EAE炎症病变的 MR影像特征研究［2］。并且由于 MBPEAE只出现急性发病，而 BSCH－EAE虽然具有慢性复发的病程，但复发期病情轻微，因此，二者都适用于进行急性期而非慢性期的MR影像特征研究。

1.2 用于EAE脱髓鞘影像特征研究的大鼠模型

此类模型较少，有报道称应用豚鼠BSCH致敏豚鼠建立的EAE具有明显的脱髓鞘病灶［3］，但病变仅出现在细小的脊髓，对MRI设备要求高。

近期研究显示，用最新发现的髓鞘少突胶质细胞糖蛋白致敏大鼠建立的EAE模型非常近似地模拟出人类 MS的慢性进程(复发或进展型)，并且CNS内同时出现显著的局灶性炎症和脱髓鞘斑块这两种MS的特征性病理改变［8］。

2 EAE大鼠的MR影像特征

组织病理学检查只能提供病变的静态信息，而MR检查能活体监测病变的动态过程，是进行活体动物CNS疾病演变过程纵向研究的重要方法。

MBP－EAE 等大鼠模型 T2加权像(T2－weighted imaging，T2WI)发现病灶的敏感性低，仅为 42%［5］。BSCH－EAE脱髓鞘病变程度轻，无法进行磁化传递成像(magnetization transfer imaging，MTI)等显示CNS白质病变的 MRI技术的研究。豚鼠 BSCHEAE脱髓鞘病变仅出现在细小的脊髓，MRI需要设备具有更高的场强，研究由此受到较大的限制。

MOG－EAE大鼠的 MRI研究结果显示，病灶在T2WI上为高信号，呈斑块状，体积大且边界清楚，T2WI敏感性高达100%;脱髓鞘改变显著，便于进行MTI研究;斑块内部有大量的巨噬细胞浸润，应用超微超顺磁性造影剂，MRI能动态观察巨噬细胞浸润过程，是进一步探索MS免疫病理机制的有效手段［6，9－10］。可见，MOG－EAE 大鼠模型更适合进行MRI研究［5－6］。

3 髓鞘少突胶质细胞糖蛋白致敏大鼠制备EAE模型

3.1 髓鞘少突胶质细胞糖蛋白

MOG是唯一在CNS髓鞘上表达的免疫球蛋白超家族成员［8］，是免疫性疾病的生化标志物。它位于髓鞘最外层的少突胶质细胞膜表面，虽然含量仅占全部髓鞘蛋白组成的0.05% ～0.1%，但是在不同动物种属间具有高度同源性(＞90%)［7］。MOG能诱导机体产生特异性T细胞和特异性抗体，而抗－MOG抗体与疾病的复发和脱髓鞘病变的形成尤为密切相关［11］。由此推测，MOG可能是启动初期自身免疫引发脱髓鞘病变的CNS抗原之一，很可能是MS发病过程中免疫攻击的主要自身抗原靶点。

MOG的抗原决定簇主要分布于 N′端的前125个氨基酸残基肽段(MOG1－125)，应用 MOG或MOG1－125免疫DA或 LEW 等敏感品系大鼠所获得的EAE 模型具有相似的特征［8］。MOG35－55多肽片段上集中了MOG上最强的抗原决定簇，MOG44－55含有能诱导产生特异性T细胞的抗原决定簇，MOG37－46含有能诱导产生特异性抗体的抗原决定簇，有报道称，单独应用 MOG35－55能诱导大鼠出现 EAE 症状［11］。

3.2 MOG-EAE大鼠模型的临床表现

MOG－EAE大鼠模型能复制出各种类型的 MS，包括典型的慢性复发型、慢性进展型以及变异型(如视神经炎、视神经脊髓炎等)［8］。Storch 等［8］的研究结果显示，MOG1－125－EAE的发病率为 77.8% ～100%，主要表型为慢性复发型，占71.15%，其次是慢性进展型和稳定神经功能障碍型，各占10.25%。发病时的临床症状包括体重下降、前和(或)后肢无力或瘫痪、共济失调等，少数表现为选择性视神经病变或以视神经病变为主而无上述临床症状。可见，MOG1－125－EAE 大鼠的疾病特征与 MBP－EAE 者不同，后者仅出现尾和后肢的症状［2，12］，前者还出现了共济失调和视神经病变。MOG免疫不同种属或同一种属不同品系动物诱发的疾病进程和临床症状的多样性正是人类MS患者表现多样化特征的体现。

3.3 MOG-EAE大鼠的神经病理学特征

MOG－EAE大鼠的病理改变为CNS内血管周围的炎症浸润以及融合成片的脱髓鞘斑块，斑块内轴索相对保留完好，可有胶质瘢痕形成，这与人类MS的病理特征极为相似［8］。

炎症反应主要出现在静脉和小静脉周围。浸润的炎症细胞以单核细胞为主，位于脱髓鞘病灶内部的巨噬细胞胞质内含有髓鞘碎片［8］。

脱髓鞘斑块是MOG－EAE大鼠最主要的病理特征。斑块体积较大、数量少。大多数斑块都以小静脉为中心，向周围呈“指样”延伸。斑块可累及脑和脊髓的任何部位，脑内病灶好发于脑室周围、皮层下白质、小脑、脑干和视路［8］，脊髓病灶好发于脊髓背侧。根据斑块的演变过程可将之分为:活动性脱髓鞘斑块、静止性脱髓鞘斑块、毁损性斑块和髓鞘再生性斑块4类。活动性斑块边缘的变性髓鞘上有免疫球蛋白Ig和补体C9的沉积，浸润的巨噬细胞胞质内含有Ig、C9和髓鞘碎片。静止性斑块内部常有较大的胶质瘢痕。毁损性斑块的内部无髓鞘、轴索和星形胶质细胞成分，形似软化灶。再生性斑块特征为新生的较薄髓鞘。

虽然斑块内部的轴索能相对完好地保存下来，但是与临近部位的正常脑白质相比，斑块内部轴索的密度有所减低［8］。目前较为流行的观点认为，轴索损伤与永久性神经功能障碍密切相关［13］。

3.4 模型制备的影响因素

影响MOG－EAE大鼠模型疾病特征的主要因素与人类MS的基本相同，主要为遗传和环境两大类，具体包括基因、动物性别和致敏方法等若干方面。

3.4.1 遗传因素:遗传基因中起主要作用的是主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex，MHC)［8，14］。MHC 基因 a－单倍体型和 n－单倍体型都是容易诱发慢性EAE模型的基因类型，但后者模型动物的脱髓鞘病变严重程度比前者显著［8］。

3.4.2 性别因素:Storch 等［8］制备的 MOG1－125－EAE模型中，嗜酸性粒细胞仅出现在雌性大鼠的炎症病灶内部，并且也只有雌性大鼠才出现视神经脊髓炎病变。

3.4.3 致敏方法:与既往 MBP－EAE等大鼠模型主要由 T细胞介导的免疫机制不同［12］，MOG－EAE的炎性脱髓鞘病灶是致脑炎T淋巴细胞和致脱髓鞘抗体共同作用的结果［7］。细胞免疫和体液免疫的反应程度决定了模型的表型及病理改变类型［15］。免疫复合物组成中，MOG溶液和完全弗氏佐剂(complete Freund's adjuvant，CFA)主要刺激 T细胞免疫，抗体反应相对较弱，所建立的大鼠模型主要表现为急性或亚急性病程，病变以炎症反应为主，脱髓鞘很轻微;不完全弗氏佐剂(incomplete Freund's adjuvant，IFA)对 T细胞免疫的刺激很弱;固态 MOG在免疫部位缓慢释放，T细胞介导的免疫反应建立缓慢。实验中，若用IFA替换CFA或者用MOG粉剂替换MOG溶液都会减弱炎症反应、增加抗体免疫，从而延缓大鼠疾病的进程、加重病灶的脱髓鞘程度［8］。

总之，通过选用适当品系和性别的大鼠、特定性质的抗原、佐剂以及致敏方法，可以复制出某种特定类型的EAE(如，慢性复发缓解型、进展型等)。

4 髓鞘少突胶质细胞糖蛋白诱发EAE大鼠的研究前景

MOG及 MOG1－125只能通过组织提纯或基因重组的方法制备，获取比较困难。MOG35－55可通过简单化学合成方法获得，成本较低，MOG35－55－EAE 具有与MOG－EAE相似的特征［5－6，8］，虽然研究结果显示MOG35－55－EAE大鼠模型的稳定性和发病率尚有待于进一步提高［8］，但是此模型更便于进行 EAE的 MR特征和疗效评价的深入研究。

由于大鼠中枢神经系统体积很小，进行动物实验最好选用高场强MR设备和小孔径动物专用线圈［2、3］，遗憾的是国内医院几乎没有装备该种设备。近年来，临床型 MR设备的场强升至3.0T，通过优化脉冲序列和参数，应用临床应用型线圈也能获得大鼠脑的高质量MR图像，为大鼠MR的实验研究奠定了基础［4］。MOG35－55－EAE 大鼠模型的病理改变特点使其有望日后在临床型MR设备上进行成像研究，这一进展将为MRI新技术在MS患者中的深入研究提供重要线索和可靠的诠释。

［1］ 于春水，李坤成.MRI技术在多发硬化中的应用进展［J］.临床放射学杂志，2003，22(12):1067－1070.

［2］ Berger C，Hiestand P，Baumann D，et al.Analysis of lesion development during acute inflammation and remission in a rat model of experimental autoimmune encephalomyelitis by visualization of macrophage infiltration，demyelination and bloodbrain barrier damage［J］.NMR Biomed，2006，19:101－107.

［3］ Cook LL，Foster PJ，Mitchell R，et al.In vivo 4.0－T magnetic resonance investigation of spinal cord inflammation，demyelination， and axonal damage in chronic－progressive experimental allergic encephalomyelitis［J］.J MRI，2004，20:563－571.

［4］ Heckl S， Nagele T， Herrmann M， etal. Experimental autoimmune encephalomyelitis(EAE):lesion visualization on a 3 Tesla clinical whole－body system after intraperitoneal contrast injection［J］.Fortschr Rontgenstr，2004，176:1549－1554.

［5］ 张海琴，李坤成，于春水.实验性自身免疫性脑脊髓炎的MRI研究进展［J］.医学影像学杂志，2007，17(10):1113－1115.

［6］ 张海琴，李坤成，于春水.实验性自身免疫性脑脊髓炎巨噬细胞活性MR成像的研究进展［J］.医学影像学杂志，2007，17(4):402－404.

［7］ Gold R，Hartung HP，Toyka KV.Animal models for autoimmune demyelinating disorders of the nervous system［J］.Mol Med Today，2000，6:88－91.

［8］ Storch MK，Stefferl A，Brehm U，et al:Autoimmunity to myelin oligodendrocyte glycoprotein in rats mimics the spectrum of multiple sclerosis pathology［J］.Brain Pathol 1998，8:681－694.

［9］ Floris S，Blezer ELA，Schreibelt G，et al.Blood－brain barrier permeability and monocyte infiltration in experimental allergic encephalomyelitis:a quantitative MRI study［J］.Brain，2004，127:616－627.

［10］ Dousset V，Brochet B，Deloire MSA，et al.MR imaging of relapsing multiple sclerosis patients using ultra－small－particle iron oxide and compared with gadolinium［J］.AJNR，2006，27:1000－1005.

［11］ Johns TG，Kerlero de Rosbo N，Menon K，et al.Demyelinating encephalomyelitis resembling multiple sclerosis after immunization with a peptide from myelin oligodendrocyte glycoprotein［J］.J Immunol，1995，154:5536－5541.

［12］ Kornek B，Storch MK，Weissert R，et al.Multiple sclerosis and chronic autoimmune encephalomyelitis: a comparative quantitative study of axonal injury in active， inactive， and remyelinated lesions［J］.AJP，2000，157:267－276.

［13］ Muhallab S，Dahlman I，Wallstrom E.Disparate MHC class II haplotypes in myelin oligodendrocyte glycoprotein－and myelin basic protein－induced experimental autoimmune encephalomyelitis［J］.J Neuroimmunol，2005，161:155－161.

［14］ Kawakami N，Lassmann S，Li ZX，et al.The activation status of neuroantigen－specific T cells in the target organ determines the clinical outcome of autoimmune encephalomyelitis［J］.J Exp Med，2004，199:185－197.

［15］ Floris S，Blezer ELA，Schreibelt G，et al.Blood－brain barrier permeability and monocyte infiltration in experimental allergic encephalomyelitis:a quantitative MRI study［J］.Brain，2004，127:616－627.

Progress in Research of Rat Models of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis Suitable for MR Imaging

ZHANG Hai－qin1，LI Kun－cheng1，SHENG Shu－li2
(1.Department of Medical Imaging，Xuanwu Hospital，2.Central Lab of Medical Imaging，Capital University of Medical Sciences，Beijing 100053，China)

The most common cause of non－traumatic disability in adults is multiple sclerosis(MS).However，the pathomechanisms of MS have not been fully clarified yet.Magnetic resonance imaging(MRI)is an important tool for monitoring the development of lesions and assessing the efficacy of treatments in MS in vivo.Experimental autoimmune encephalomyelitis(EAE)is an available animal model for studying MS.MRI provides direct and objective basis for the assessment of EAE models.An appropriate animal model can be applied in research of prevention and treatment，etiology and mechanism，new medicines and therapeutic strategies of MS，and also to provide an opportunity for MR research in early diagnosis and assessment of multiple sclerosis.

Multiple sclerosis; Experimental autoimmune encephalomyelitis; Myelin oligodendrocyte glycoprotein;Magnetic resonance imaging

R744.51

A

1005－4847(2010)05－0433－04

10.3969/j.issn.1005－4847.2010.05.17

2010－05－18

北京市自然科学基金(编号:7042026);中外医学磁共振交流基金(编号:N4－002)。

张海琴，女，博士，主治医师，主要从事神经影像学研究和诊断工作。

李坤成，男，教授，研究方向:比较影像学 E－mail:likuncheng1955@yahoo.com.cn