Wykorzystanie myszy

szczepu NOD w badaniach

nad cukrzycą

insulinozależną (typ 1)

• Cukrzyca typu I (insulinozależna, T1D) to przewlekła

autoimmunologiczna

choroba

spowodowana

stopniowym

niszczeniem komórek wysp trzustkowych,

występująca u osób podatnych genetycznie. Typową

jej

postać cechuje nagły początek z koniecznością

insulinoterapii, wskutek bezwzględnego niedoboru

insuliny, do którego doprowadził agresywny proces

autoimmunologiczny.

• Myszy szczepu NOD (nonobese diabetic) to zwierzęcy model

ludzkiej cukrzycy insulinozależnej, który spontanicznie
rozwija chorobę autoimmunologiczną za pośrednictwem
komórek T, charakteryzującą się intensywną infiltracją wysp
trzustkowych oraz innych organów (okołożuchwowych
ślinianek oraz tarczycy) przez komórki CD4+ oraz CD8+.

• Różnorodne linie myszy NOD różnią się częstością

występowania spontanicznej cukrzycy, np. 93% samic myszy
NOD/Lt w porównaniu do 43% samic NOD/Wehi rozwinęło
cukrzycę po 250 dniach.

Pochodzenie i opis myszy NOD

• Makino i wsp. stworzyli szczep myszy NOD w Japonii

podczas

selekcji

szczepu

podatnego

na

zaćmę

pochodzącego z hodowli niekrewniaczej myszy linii
JCL:ICR. Podczas tej selekcji zaobserwowali myszy bez
zaćmy, ale charakteryzujące się niską wagą, wielomoczem
(poliurią), polidypsją (nadmiernym spożywaniem płynów)
oraz cukromoczem (glikozurią). Szczep NOD ustalono
poprzez powtarzające się kojarzenie brat-siostra, jako linię,
która spontanicznie rozwija cukrzycę.

• Rozwój spontanicznej cukrzycy u myszy NOD waha się w

granicach od 60% do 80% u samic oraz od 20% do 30% u
samców.

• Samice NOD stają się trwale hiperglikemiczne

w młodszym wieku niż samce (początek
między 16 a 20 tygodniem, w porównaniu do
21 – 28 tygodnia) i charakteryzują się większą
częstością zachorowań.

• Steroidy płciowe są istotnym modulatorem

patogenezy: wycięcie jąder zwiększa, a
wycięcie

jajników

zmniejsza,

częstość

występowania choroby.

• Badania histologiczne wykazały obecność niewielkiej ilości

infiltratów

komórek

immunologicznych

w

wyspach

trzustkowych do ok. 3-4 tygodnia życia. W tym okresie
zarówno u samców, jak i samic myszy NOD zaczynają się
pojawiać infiltraty komórek jednojądrzastych, które otaczają
wyspy trzustkowe (peri-insulitis). Te infiltraty przemieszczają
się do i atakują wyspy trzustkowe (insulitis) przez kolejne
kilka tygodni, tak, że większość myszy wykazuje ostre
zapalenie ok. 10 tygodnia życia.

• Odkrycie, że samce chorują z mniejszą częstością niż samice,

mimo, że mają podobny poziom wczesnego zapalenia,
sugeruje, że późniejsze mechanizmy regulatorowe kontrolują
rozwój choroby.

• Infiltraty komórek jednojądrzastych wysp trzustkowych

mają złożony skład. Większość komórek stanowią
komórki T CD4+, ale występują też komórki T CD8+,
komórki NK, limfocyty B, komórki dendrytyczne i
makrofagi.

• T1D u myszy jest przede wszystkim zależna od komórek

CD4+ oraz CD8+.

• Wiele loci odpowiada za podatność genetyczną na cukrzycę

u myszy NOD. Myszy tego szczepu posiadają unikalny
haplotyp MHC, zwany H-2

g7

, który jest czynnikiem

genetycznym mającym największy wpływ na podatność na
rozwój cukrzycy.

• Wiele badań, mających na celu sprawdzenie roli MHC u

myszy NOD w rozwoju zapalenia i cukrzycy, wykazało, że
homozygotyczność haplotypu H-2

g7

może być niezbędna dla

rozwoju T1D.

• Myszy NOD są również podatne na rozwój innych

autoimmunologicznych

chorób,

takich

jak:

autoimmunologiczne

zapalenie

ślinianek,

autoimmunologiczne

zapalenie

tarczycy,

autoimmunologiczna

obwodowa

polineuropatia,

choroba podobna do tocznia rumieniowatego oraz
zapalenie gruczołu krokowego (u samców).

Patogeneza T1D u myszy NOD

• Etiologia cukrzycy typu 1 u myszy NOD jest zarówno

złożona, jak i wieloczynnikowa.

• Myszy NOD charakteryzują się obecnością licznych

defektów układu immunologicznego, które przyczyniają
się

do

wystąpienia

autoimmunizacji.

Układ

immunologiczny

posiada

defekty

w

różnorodnych

subpopulacjach leukocytów. U myszy NOD obserwuje się
niewłaściwe dojrzewanie i funkcjonowanie makrofagów,
niski poziom aktywności komórek NK, defekty w
komórkach NKT, niedobór ich regulatorowych komórek T
CD4+CD25+ oraz brak dopełniacza hemolitycznego i C5a.

• U myszy NOD, autoimmunologiczny atak na

komórki beta w wyspach trzustkowych jest
prawdopodobnie wynikiem nieprawidłowej selekcji
komórek T w grasicy.

• Wyniki wielu badań wskazują, że zarówno komórki T

CD4+, jak i CD8+ biorą udział w rozwoju i progresji
cukrzycy typu 1. Komórki T CD4+ są niezbędne we
wczesnej i późnej fazie rozwoju choroby. Komórki T
CD4+ są niezwykle istotne dla patogenezy T1D i mogą
bezpośrednio wpływać na destrukcję komórek wysp
trzustkowych.

• Komórki T CD8+ również promują rozwój choroby.

Komórki T CD8+ biorą udział we wczesnej fazie
choroby,

być

może

poprzez

powodowanie

wystarczającej destrukcji komórek wysp do aktywacji
silniejszej odpowiedzi komórek T CD4+. Komórki T
CD8+ mogą również odgrywać rolę w funkcji
efektorowej.

• Antygeny rozpoznawane przez CD4+ i CD8+ są to np.

insulina, GAD, IA-2 czy Hsp60. Wszystkie te antygeny
są wytwarzane przez wyspy trzustkowe, ale tylko
insulina jest produkowana wyłącznie przez te wyspy.

• Wyniki doświadczeń sugerują, że komórki B odgrywają

istotną rolę w rozwoju autoreaktywności w T1D myszy NOD.

• Mechanizm bądź mechanizmy, za pomocą których komórki B

wpływają na patogenezę T1D, są niejasne. Komórki B mogą
wpływać

na

chorobę

autoimmunologiczną

poprzez

produkcję

autoprzeciwciał

lub

jako

komórki

APC

zaangażowane w selekcję lub aktywację autoreaktywnych
komórek T.

• Pomimo, że wysokie miana autoprzeciwciał przeciwko

insulinie

lub

anty-GAD

są

wykrywane

u

przedklinicznych myszy NOD i u ludzi z cukrzycą,
transfer tych przeciwciał nie indukuje choroby u myszy
NOD.

• W odniesieniu do immunopatofizjologii, jasne jest, że

T1D jest chorobą związaną z komórkami T we
wszystkich modelach gryzoni, z patogennym wsparciem
ze strony limfocytów B, raczej jako komórek APC, niż
producentów przeciwciał.

• Zidentyfikowano genetyczne loci, które są związane z

wystąpieniem cukrzycy typu 1 u myszy, podczas gdy pełen
rozwój cukrzycy wymaga ekspresji unikalnego genu MHC I-
A

NOD

.

• Myszy NOD spontanicznie rozwijają cukrzycę, poprzedzoną

okresem zapalenia wysp trzustkowych podczas którego
wyspy Langerhansa są infiltrowane przez autoreaktywne
komórki T i komórki APC.

• Zapalenie stopniowo rozprzestrzenia się z obrzeży wysp

Langerhansa do ich wnętrza. Skutkuje to spadkiem liczby
komórek wysp, ilość komórek beta również się zmniejsza i
są one niszczone. W ten sposób, zapalenie stale postępuje.

• Wystąpienie zapalenia jest związane z nieprawidłowością w

genie MHC klasy II.

(„THE NOD MOUSE:

A Model of Immune

Dysregulation”

Mark S. Anderson, Jeffrey

A. Bluestone

)

• Rozwój repertuaru komórek T w grasicy prawdopodobnie

jest nieprawidłowy i pozwala komórkom T reaktywnym
przeciw wyspom trzustkowym na uniknięcie zniszczenia oraz
zapobiega właściwej generacji komórek Treg. Na obwodzie
komórki T reaktywne napotykają antygeny w węzłach
chłonnych trzustki i są niewłaściwie aktywowane do bycia
efektorami. Otoczenie cytokin, APC, komórek wrodzonej
odporności, interakcje z cząsteczkami kostymulatora, które
są obecne podczas tego etapu prawdopodobnie prowadzą do
początkowej aktywacji i ekspansji odpowiedzi przeciw
wyspom trzustkowym, czyli do insulitis.

• Następnie, odpowiedź przeciw wyspom trzustkowym

przekształca się na dłuższy okres czasu w skomplikowaną
immunoregulatorową „bitwę” angażującą komórki Treg,
NK oraz predysponującą do odpowiedzi typu Th1, która
kończy się niewłaściwą odpowiedzią efektorową wobec
wysp trzustkowych i rozwojem cukrzycy.

Podobieństwa i różnice między

cukrzycą typu 1 u myszy i u ludzi

• Podobieństwa:

- gwałtowny początek choroby pomiędzy 90-120 dniem
(co odpowiada wczesnemu okresowi dojrzewania u ludzi)
- hiperglikemia
- glikozuria
- hipercholesterolemia
- ketonuria
- polidypsja
- poliuria
- polifagia

- insulitis
- podwyższony w surowicy poziom Ab przeciw wyspom
trzustkowym
-

autoimmunologiczny

udział

innych

organów

endokrynnych
- udział komórek T w patogenezie
- makrofagi mają osłabioną zdolność aktywowania
regulatorowych komórek T (podobne osłabienie funkcji
występuje w komórkach dendrytycznych u ludzi z T1D)

- predyspozycja genetyczna (geny MHC klasy II)
- złożona kontrola poligenetyczna
- choroba przenoszona przez szpik kostny

• Różnice:

- brak uszkodzeń nerek
- brak neuropatii
- brak retinopatii
- homozygotyczność dla genów MHC niezbędna dla
rozwinięcia się choroby (u ludzi heterozygotyczność dla
genów MHC jest częsta)
- wpływ płci