過表達人源PLA2R1小鼠膜性腎病模型的介紹與應用
膜性腎�。╩embranous nephropathy, MN）是成年人中非糖尿病性腎病綜合征最常見的病因之一。約80%的病例為腎臟局限性（原發(fā)性MN），其余20%則與其他系統(tǒng)性疾病或外源性因素相關（繼發(fā)性MN）。大約三分之一的患者可以達到緩解，三分之一的患者病情穩(wěn)定，而另外三分之一的患者則會出現(xiàn)進行性的腎功能喪失和持續(xù)的蛋白尿[1]。
由基底膜下免疫復合物沉積引起的自身免疫反應是MN的主要致病機制。近年來，諸如磷脂酶A2受體（phospholipase A2 receptor，PLA2R）和含有血小板反應蛋白第1型結構域的蛋白7A（(thrombospondin type I domain containing 7A，THSD7A）等自身抗原的發(fā)現(xiàn)，極大地推動了人們對MN發(fā)病機制的理解。其中，磷脂酶A2受體（PLA2R）在足細胞上表達，在約70%的原發(fā)性膜性腎病患者中作為抗原存在。這些抗原能夠誘導以IgG4為主導的體液免疫反應，因此適合作為MN的診斷與監(jiān)測指標。此外，補體系統(tǒng)的激活、遺傳易感基因以及環(huán)境污染也被認為在MN的免疫反應中發(fā)揮一定作用。
圖1. 原發(fā)性膜性腎病的發(fā)病機制[2]。
然而，小鼠和大鼠的腎小球足細胞不表達PLA2R1，因此缺乏能模擬人類PLA2R1相關MN的動物模型。2019年~2023年，Gunther Zahner及其團隊發(fā)表過一系列研究，通過在足細胞過表達PLA2R1抗原，構建了三種基于PLA2R1抗體的膜性腎病小鼠模型。
被動免疫模型
研究人員構建了在小鼠足細胞中特異性表達全長小鼠PLA2R1的模型，即：mPLA2R1 positive（BALB/c）小鼠[3]。該小鼠本身無自發(fā)性腎病，但在注射Rabbit anti-mPLA2R1抗體后，觀察到同步的抗體生成和蛋白尿；被動免疫3天后，尿蛋白開始有顯著差異，21天后降回平均值。病理在第7天也有顯著差異，同時觀察到補體激活[3]。
局限性：
使用的是兔源性抗體，而非人類自身抗體。
為被動免疫模型，尚不能研究B細胞介導的自身免疫反應。
圖2. mPLA2R1被動免疫模型[3]。
純自發(fā)模型
研究人員構建了Rosa26-CAG-Stop-hPLA2R1（Balb/c）小鼠，通過與NPHS2-Cre小鼠交配，實現(xiàn)足細胞特異性表達人PLA2R1模型[4]。
在hPLA2R1 過表達小鼠中，尿蛋白從4周齡開始增加，腎臟IgG 沉積；同時對腎臟組織的抗體洗脫后能夠結合human PLA2R1，表明小鼠對人PLA2R1蛋白發(fā)生了免疫反應。同時，3周齡的hPLA2R1 過表達小鼠在循環(huán)中有anti-PLA2R1 antibody產(chǎn)生，并隨周齡增加。5~6周齡有腹水等，12周齡因小鼠狀態(tài)終止實驗，表現(xiàn)為嚴重的腎小球和腎小管間質損傷。且在Rag2-/-小鼠（缺乏T/B細胞）即使過表達hPLA2R1，也不產(chǎn)生抗體，也未出現(xiàn)蛋白尿或腎損傷，證明該模型是真正的自身免疫模型，而非轉基因本身毒性[4]。
局限性：
疾病進展較快（6周內嚴重），可能不完全模擬人類慢性過程。
圖3. hPLA2R1自發(fā)模型[4]。
主動免疫模型
由于純自發(fā)模型發(fā)病過快，研究人員構建了“嵌合體”PLA2R1小鼠chPLA2R1（將人源PLA2R1的3個N端結構域“CysR、FnII、CTLD1”與鼠源PLA2R1的7個C端結構域CTLD2-8融合而構建），隨后與NPHS2-Cre小鼠交配，實現(xiàn)足細胞特異性表達人PLA2R1模型。該模型通過主動免疫誘導產(chǎn)生抗PLA2R1抗體，成功模擬了人類PLA2R1相關膜性腎病的關鍵臨床、免疫和組織學特征[5]。
該小鼠到6月齡無自發(fā)異常（無自發(fā)抗體產(chǎn)生、無蛋白尿、無腎損傷）。用人源PLA2R1蛋白+溫和佐劑（TiterMax Gold）免疫該小鼠，抗人PLA2R1抗體于免疫后第5周出現(xiàn)（可能更早），識別位點與人類患者相似；蛋白尿從第3周開始升高，第6周顯著加重，出現(xiàn)嚴重腎病綜合征[5]。
圖4. chPLA2R1主動免疫模型[5]。
南模生物膜性腎病模型
基于上述報道，南模生物通過在C57BL/6 背景下誘導足細胞特異性表達人源PLA2R1，建立了一種由抗體介導的自發(fā)膜性腎病模型。
這些小鼠自發(fā)地產(chǎn)生抗人源PLA2R1抗體，并表現(xiàn)為進行性白蛋白尿和高脂血癥等腎病綜合征典型特征。在病理形態(tài)方面，其腎組織呈現(xiàn)出典型的膜性腎病形態(tài)學特征：免疫熒光檢測可見小鼠IgG在腎小球呈顆粒狀沉積，電子顯微鏡下則觀察到足細胞下方的電子致密沉積物。
該模型能精確模擬人類膜性腎病的病理特征，如腎小管足細胞的損傷、免疫復合物沉積、蛋白尿等，同時避免了Balb/c背景的人PLA2R1過表達小鼠死亡過快的情況，為研究PLA2R1在膜性腎病中的作用提供了有效工具。此外，南模正在繼續(xù)開發(fā)BALB/c背景hPLA2R1過表達小鼠并內部測試陽性藥效果，以為后續(xù)臨床前藥效評價提供參考。
R26-CAG-LSL-hPLA2R1-IRES-EGFP
NM-KI-220264
圖5. R26-CAG-LSL-hPLA2R1-IRES-EGFP; NPHS2-Cre小鼠體重和存活率結果。足細胞特異性過表達人源PLA2R1的小鼠體重增長減緩，死亡率升高。
圖7. R26-CAG-LSL-hPLA2R1-IRES-EGFP; NPHS2-Cre小鼠血生化結果。足細胞特異性過表達人源PLA2R1的小鼠從4/6周齡開始出現(xiàn)血液生化指標異常（n=7/group）。
圖8. R26-CAG-LSL-hPLA2R1-IRES-EGFP; NPHS2-Cre小鼠腎臟hPLA2R1的免疫熒光染色。足細胞特異性過表達人源PLA2R1小鼠表現(xiàn)出持續(xù)的PLA2R1表達。
圖9. R26-CAG-LSL-hPLA2R1-IRES-EGFP; NPHS2-Cre小鼠腎臟腎臟mIgG（綠色）與lamin A/C（紅色）的免疫熒光染色�？傮w來看，足細胞特異性過表達人源PLA2R1小鼠腎臟IgG沉積增多，主要沿腎小球基底膜分布。
圖10. R26-CAG-LSL-hPLA2R1-IRES-EGFP; NPHS2-Cre小鼠腎組織PSA染色與病理分析。足細胞特異性過表達人源PLA2R1小鼠出現(xiàn)明顯腎損傷，包括間質損害、腎小管擴張、管型形成及基底膜增厚。
Reference：
[1] Fogo AB, Lusco MA, Najafian B, Alpers CE. AJKD Atlas of Renal Pathology: Membranous Nephropathy. Am J Kidney Dis. 2015 Sep;66(3):e15-7. doi: 10.1053/j.ajkd.2015.07.006. PMID: 26300203.
[2] Pan Y, Chen S, Wu L, Xing C, Mao H, Liang H, Yuan Y. Animal models of membranous nephropathy: more choices and higher similarity. Front Immunol. 2024 Oct 21;15:1412826. doi: 10.3389/fimmu.2024.1412826. PMID: 39497816; PMCID: PMC11532550.
[3] Meyer-Schwesinger C, Tomas NM, Dehde S, Seifert L, Hermans-Borgmeyer I, Wiech T, Koch-Nolte F, Huber TB, Zahner G. A novel mouse model of phospholipase A2 receptor 1-associated membranous nephropathy mimics podocyte injury in patients. Kidney Int. 2020 May;97(5):913-919. doi: 10.1016/j.kint.2019.10.022. Epub 2019 Nov 9. PMID: 32033781.
[4] Tomas NM, Dehde S, Meyer-Schwesinger C, et al. Podocyte expression of human phospholipase A2 receptor 1 causes immune-mediated membranous nephropathy in mice. Kidney Int. 2023;103(2):297-303. doi:10.1016/j.kint.2022.09.008
[5] Tomas NM, Schnarre A, Dehde S, et al. Introduction of a novel chimeric active immunization mouse model of PLA2R1-associated membranous nephropathy. Kidney Int. 2023;104(5):916-928. doi:10.1016/j.kint.2023.07.024
關于我們
上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，簡稱"南模生物"），成立于2000年9月，是一家上交所科創(chuàng)板上市高科技生物公司（股票代碼：688265），始終以編輯基因、解碼生命為己任，專注于模式生物領域，打造了以基因修飾動物模型研發(fā)為核心，涵蓋多物種模型構建、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥物臨床前評價等多個技術平臺，致力于為全球高校、科研院所、制藥企業(yè)等客戶提供全方位、一體化的基因修飾動物模型產(chǎn)品解決方案。
