Summary

クローン病における機械的ストレスの病原的役割を研究するためのTNBS誘発げっ歯類モデル

Published: March 01, 2022
doi:

Summary

本プロトコールは、げっ歯類におけるクローン様大腸炎モデルの開発を記載している。経壁炎症はTNBS点眼部位に狭窄をもたらし、狭窄の近位セグメントに機械的拡大が観察される。これらの変化は、大腸炎における機械的ストレスの研究を可能にする。

Abstract

クローン病(CD)などの炎症性腸疾患(IBD)は、ヨーロッパおよび米国で約20 per 1,00,000に影響を及ぼす胃腸管の慢性炎症性障害である。CDは、経壁炎症、腸線維症、および管腔狭窄症を特徴とする。抗炎症療法は炎症の制御に役立つかもしれませんが、CDの線維症や狭窄には効果がありません。CDの病因はよく分かっていない。現在の研究は、主に調節不全の腸内免疫応答メカニズムの描写に焦点を当てている。CD関連経壁炎症、腸管線維症、および管腔狭窄症はすべて腸壁への機械的ストレスを表すが、CDにおける機械的ストレスの役割は明確に定義されていない。機械的ストレスがCDにおいて独立した病原性役割を果たすかどうかを決定するために、げっ歯類におけるTNBS誘発CD様大腸炎モデルのプロトコールが開発されている。このTNBS誘発性経壁炎症および線維症モデルは、結腸におけるCDの病理学的特徴に類似している。これは、成体スプレイグ・ドーリーラットの遠位結腸へのTNBSの結腸内点滴入によって誘導される。このモデルでは、経壁炎症はTNBS点眼部位(サイトI)で狭窄をもたらす。機械的膨張は、点眼部位に近い部分(部位P)において観察され、機械的ストレスを表すが目に見えない炎症を表す。炎症に対する遠位結腸部分(部位D)は、炎症も機械的ストレスも示さない。異なる部位(P、I、およびD)における遺伝子発現、免疫応答、線維症、および平滑筋成長の特徴的な変化が観察され、機械的ストレスの深刻な影響が浮き彫りになった。したがって、CD様大腸炎のこのモデルは、CDの病原メカニズム、特に免疫調節不全、腸線維症、およびCDにおける組織リモデリングにおける機械的ストレスおよび機械的ストレス誘発遺伝子発現の役割をよりよく理解するのに役立ちます。

Introduction

炎症性腸疾患(IBD)は、潰瘍性大腸炎(UC)およびクローン病(CD)を含む、胃腸(GI)管における慢性炎症によって特徴付けられる。それは〜100万〜200万人のアメリカ人に影響を与えます1。米国におけるIBDケアの推定年間費用は118億ドルです。UCとは異なり、CDは経壁炎症および狭窄形成によって特徴付けられる2,3。狭窄形成(狭窄)は、CD患者3の最大70%で起こり、経壁炎症(炎症性狭窄)または腸線維症(線維性狭窄)4,5によって引き起こされる可能性がある。腸管線維症は、プロセス3,4に関与する主な間葉系細胞型の1つとして平滑筋細胞(SMC)を有する過剰なコラーゲン沈着および他の細胞外マトリックス(ECM)によって特徴付けられる。肥大に関連する平滑筋過形成は、CD6における線維性狭窄症における別の重要な組織学的変化である。CDにおける狭窄形成は慢性炎症と関連しているが、外科的治療を除いて抗炎症治療は有効ではない2,6。しかし、術後の再発はほぼ100%であり、十分な時間が与えられている2,7。炎症反応として、線維症およびSMC過形成はまた、腸内の非炎症状態(すなわち、腸閉塞)において発症し得る8,9;炎症依存性および独立したメカニズムの両方が狭窄形成に関与していると考えられている3,4。炎症依存性機構に関する広範な研究が狭窄形成のためのいかなる効果的な治療法にも変換されていないことを考えると、腸線維症における炎症非依存性機構の可能な役割に関する研究が必要である。

非炎症性因子として、浮腫、炎症性細胞浸潤、組織変形、線維症、および狭窄10、111213に関連する機械的ストレス(MS)は、IBD、特にCDにおいて一般的に遭遇し、これは経壁炎症によって特徴付けられる。機械的ストレスは狭窄性CDにおいて最も顕著であり、炎症部位における狭窄(炎症性または線維性)は局所組織に機械的ストレスを提示し、閉塞部位10,14に近位するセグメントにおける内腔膨張をもたらす。以前のインビトロ研究は、機械的ストレスが胃腸組織、特に腸平滑筋細胞(SMC)16における特定の炎症メディエーター(すなわち、COX-2IL-6)81415および成長因子(すなわちTGF-β)の遺伝子発現を変化させることを実証している16。最近の研究はまた、結合組織成長因子(CTGF)などの特異的な親線維性メディエーターの発現が機械的ストレスに対して非常に敏感であることも見出した17,18。機械的ストレスがCD関連炎症、線維症、および組織リモデリングにおいて独立した病原性役割を果たす可能性があるという仮説が立てられた。しかしながら、CDにおける腸の炎症、線維症、および平滑筋過形成における機械的ストレスの病原的意義は、ほとんど未解明のままである。これは、炎症が機械的ストレスよりも目に見え、よりよく研究されたプロセスであるためかもしれません。さらに重要なことに、機械的ストレスの影響と炎症の影響を区別するために、IBDの明確に定義された動物モデルはなかった。

今回の研究は、ハプテン試薬2,4,6-トリニトロベンゼンスルホン酸(TNBS)19,20の結腸内注射によって誘発されるクローン様大腸炎のげっ歯類モデルを記述しており、CDにおける機械的ストレスの役割を研究する目的に役立つ可能性がある。TNBS点眼は、遠位結腸の内腔狭窄(狭窄)を伴う局在性(長さ〜2cm)の経壁炎症を誘発することが見出された。狭窄は顕著な腸膨張(機械的ストレス)14,15をもたらすが、点眼部位に近位の結腸セグメントでは目に見えない炎症をもたらす。それどころか、狭窄部位の遠位にある結腸セグメントは、炎症も機械的ストレスも示さない。遺伝子発現、炎症、線維症、およびSMC過形成における有意な部位特異的変化が、3つの異なる部位において観察された。この結果は、機械的ストレス、特に機械的ストレス誘発遺伝子発現が、クローン大腸炎における線維症および過形成の発症に重要な役割を果たす可能性があることを示唆している。

Protocol

すべての動物実験は、テキサス大学医学部(#0907051C)の施設動物ケアおよび使用委員会に従って実施した。生後〜8〜9週齢の雄または雌のSprague-Dawleyラットを本研究に使用した。 1. 動物の準備 ラットを24時間絶食させ、一晩下剤(腸洗浄料、 材料表を参照)で処理する。 翌日、TNBS投与中にラットを麻酔システム( 材料表を?…

Representative Results

TNBSの結腸内点眼によって誘発されるクローン様大腸炎の巨視的見解図1に示すように、ラットにおけるTNBSの結腸内点眼は、遠位結腸の点眼部位において、腸壁が肥厚し、管腔が狭くなった(狭窄)を伴う局在性経壁炎症(長さ〜2cm)を誘発した(図1A)。TNBS点眼の部位をサイトIと呼ぶ。経壁炎症および狭窄の結果として、炎症および機械的…

Discussion

TNBS誘発性大腸炎は1989年に導入され、それ以来クローン病の実験モデルとして使用されてきました 19,20,23.げっ歯類におけるこのモデルの重要な特徴は、ヒトクローン病において発症した病理組織学的病変によく似た経壁炎症の発症を含む19,20。このモデルに関する以前の研究は?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作業は、NIH(R01 DK124611からXZSまで)と米国国防総省(W81XWH-20-1-0681からXZSまで)からの助成金によって部分的にサポートされています。組織学の研究は、UTMB外科病理学研究室の助けを借りて行われました。

Materials

ACT-1 Control Software Ver2.63 Nikon DXM1200F
C1000 Touch Thermal Cycler with 96-Well Fast Reaction Module BIO-RAD 1851196
CFX96 Optical Reaction Module for Real-Time PCR Systems BIO-RAD 1845097
Dako Agilent Artisan Link Pro Special stainer Dako AR310
Dako-Agilent Masson's Trichrome Kit ref# AR173 Dako AR173
DXM1200 Digital Color HR Camera Nikon DXM1200
Eukaryotic 18S rRNA Endogenous Control ThermoFisher Scientific 4352930E
E-Z Anesthesia E-Z Systems Inc. EZ-155
GraphPad Prism 9 GraphPad 9.0.2 (161)
Hard-Shell 96-Well PCR Plates, low profile, thin wall, skirted, white/clear BIO-RAD HSP9601
HBSS (Corning Hank's Balanced Salt Solution, 1x without calcium and magnesium) CORNING 21-021-CV
HM 325 Microtome Thermo Scientific 23-900-667
Isoflurane Piramal NDC 66794-017-10
LI-COR Odyssey Digital Imaging System LI-COR 9120
Mastercycler epGradient Thermal Cycler with Control Panel 5340 Thermal Cycler Eppendorf 5341
Medical grade open end polyurethane catheter Covidien 8890703013
NanoDrop 2000/2000c Spectrophotometers Thermo Fisher Scientific ND2000CLAPTOP
Nikon Eclipse E800 Upright Microscope Nikon E800
Nitrocellulose/Filter Paper Sandwiches Pkg of 50, 0.45 μm, 7 x 8.5 cm BIO-RAD 1620215
Polyethylene Glycol 3350, Osmotic Laxative Miralax C8175 Dose: 17g in 226 mL of water
RNeasy Mini Kit (250)
250 RNeasy Mini Spin Columns, Collection Tubes (1.5 mL and 2 mL), RNase-free Reagents and Buffers
QIAGEN 74106
SuperScript III First-Strand Synthesis System ThermoFisher Scientific 18080051
TaqMan Gene Expression Assays Rn00573960_g1 CTGF Probe ThermoFisher Scientific 4331182
TaqMan Gene Expression Assays Rn99999011_m1 IL6 Probe ThermoFisher Scientific 4331182
TaqMan Fast Advanced Master Mix ThermoFisher Scientific 4444557
Tissue-Tek Prisma H&E Stain Kit #1 Sakura 6190
Tissue-Tek Prisma Plus Automated Slide Stainer Sakura 6171
TNBS (Picrylsulfonic acid solution) SIGMA-ALDRICH 92822

References

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Citer Cet Article
Geesala, R., Lin, Y., Zhang, K., Qiu, S., Shi, X. A TNBS-Induced Rodent Model to Study the Pathogenic Role of Mechanical Stress in Crohn’s Disease. J. Vis. Exp. (181), e63499, doi:10.3791/63499 (2022).

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