免疫缺陷動(dòng)物的品種介紹

在上一期學(xué)習(xí)了疾病動(dòng)物模型的基本簡(jiǎn)介，包括模型的意義，應(yīng)用及分類等。免疫缺陷動(dòng)物是一種先天免疫功能缺陷的動(dòng)物，它的出現(xiàn)開創(chuàng)了腫瘤學(xué)、免疫學(xué)新的里程碑。同樣它歸屬于疾病動(dòng)物模型，在生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域必不可少。本期內(nèi)容：免疫缺陷動(dòng)物。

一、免疫缺陷動(dòng)物簡(jiǎn)介

概念：免疫缺陷動(dòng)物（Immunodeficiency animals）是指由于先天遺傳突變或用人工方法造成一種或多種免疫系統(tǒng)組成成分缺陷的動(dòng)物。

按產(chǎn)生原因分類：

先天性免疫缺陷動(dòng)物：又為自發(fā)性免疫缺陷動(dòng)物，是指動(dòng)物自然發(fā)生的免疫缺陷疾病，通過定向培育而獲得的免疫功能缺陷或者低下的動(dòng)物。包括裸小鼠，Beige小鼠，Xid小鼠，SCID小鼠，NOD/SCID小鼠，BNX小鼠。

獲得性免疫缺陷動(dòng)物：又為誘發(fā)性免疫缺陷動(dòng)物，是指采用人工方式干預(yù)使其免疫功能缺陷或者低下的動(dòng)物，主要是轉(zhuǎn)基因的免疫缺陷動(dòng)物。如AIDS模型，免疫抑制等模型。

按免疫缺陷程度分為：

T淋巴細(xì)胞缺陷：如裸鼠

B淋巴細(xì)胞缺陷：如XID小鼠

NK細(xì)胞缺陷：如Beige小鼠

聯(lián)合免疫缺陷動(dòng)物：如T、B淋巴細(xì)胞缺陷的小鼠（SCID、Nod-scid小鼠）

二、免疫缺陷動(dòng)物的發(fā)展史
1. Nude小鼠，1966年(Flanagan, 1966)

科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)在C57BL/6品系中的Foxn1基因突變會(huì)導(dǎo)致胸腺上皮細(xì)胞發(fā)育異常，表現(xiàn)出沒有毛發(fā)，且致使血液中缺乏T細(xì)胞，小鼠免疫力顯著降低，但NK細(xì)胞活性增強(qiáng)，體液免疫能力正常，導(dǎo)致人類造血干細(xì)胞無法移植。可用于人類腫瘤及各種免疫缺陷疾病的研究。

2. CB17-scid小鼠，1983年(Bosma, Custer, & Bosma, 1983)

1983年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在CB17小鼠品系中的Prkdc突變首次讓人類PBMCs能夠在該小鼠品系中的移植得以極低水平的存活，但無法重建人類免疫系統(tǒng)。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)CB17-Scid缺乏成熟的T細(xì)胞和B細(xì)胞，但依然存在很高的NK細(xì)胞活性和固有免疫力，導(dǎo)致造血人類干細(xì)胞無法移植，該品系還是難以成為好的人源化小鼠模型。

3．Nod-scid小鼠，1995年(Shultz et al., 1995)

偶然的機(jī)會(huì)Shultz發(fā)現(xiàn)將scid突變小鼠和Non-obesediabetic（NOD）小鼠雜交后出生的NOD-scid小鼠能夠支持更多人類PBMCs或者造血干細(xì)胞移植的生長(zhǎng)，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)該雜交品系抑制了NK細(xì)胞的活性，并且還伴隨有固有免疫系統(tǒng)的缺陷。該品系成為近20年應(yīng)用最廣的重癥免疫缺陷型小鼠，并且和眾多不同品系雜交產(chǎn)生了更多的亞型小鼠。

4. IL2rg小鼠，1995年(Cao et al., 1995; DiSanto, Muller, Guy-Grand, Fischer,& Rajewsky, 1995)

1995年，數(shù)個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告了IL-2Rγ-chain基因位點(diǎn)的突變會(huì)導(dǎo)致小鼠淋巴系統(tǒng)發(fā)育不良。IL-2Rγ-chain是細(xì)胞因子IL-2，4，7，9，15和21受體的至關(guān)重要的組成部分，而其突變將導(dǎo)致這些細(xì)胞因子的信號(hào)傳導(dǎo)受阻，使得NK細(xì)胞發(fā)育嚴(yán)重受阻，且T細(xì)胞和B細(xì)胞的功能也受到極大的破壞。在后面數(shù)年中進(jìn)一步得到了IL2rg-/-小鼠，在此小鼠中人類造血干細(xì)胞和PBMCs的移植變得容易了很多。

5. Rag1-/-和Rag2-/-小鼠，2000年(Shultz et al., 2000; Traggiai et al., 2004)

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)Rag1基因敲除后，小鼠體內(nèi)的V(D)J重組喪失，T和B淋巴細(xì)胞分化、發(fā)育被完全阻斷，使得小鼠血液中T細(xì)胞和B細(xì)胞喪失了正常的功能，引起一類嚴(yán)重的聯(lián)合免疫缺陷，同樣的表型在Rag2突變小鼠中也發(fā)生了。

三、免疫缺陷型動(dòng)物家族圖譜

當(dāng)下生物醫(yī)藥研究中大部分人源化動(dòng)物模型，都是由以上五類免疫缺陷型動(dòng)物相互雜交產(chǎn)生的（如下圖），不同的雜交基因型具備不同的屬性，適用于不同的適應(yīng)癥研究。

在四個(gè)大的研究領(lǐng)域，腫瘤學(xué)，免疫學(xué)，人源化肝臟和感染性疾病，實(shí)驗(yàn)所用到的動(dòng)物模型全部來自于以上圖譜。

四、部分重要免疫缺陷動(dòng)物及其發(fā)展方向

1. 其中最受關(guān)注的便是NRG小鼠（Rag2，IL2rg雙敲小鼠），普遍認(rèn)為是當(dāng)今免疫缺陷程度最高的動(dòng)物模型。將可誘導(dǎo)的uPA系統(tǒng)引入該品系，生產(chǎn)出URG小鼠，據(jù)研究人員表示，URG足以媲美FRG小鼠，可以重建最高80%的人類肝臟組織，用來研究HBV和HCV感染，以及藥物毒性和代謝過程。大鼠具有更加明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并可以提供足夠的血液便于實(shí)驗(yàn)操作，邦耀實(shí)驗(yàn)室利用CRISPR/Cas9技術(shù)研發(fā)的NRG大鼠已應(yīng)用于感染疾病及藥物代謝的研究。

2. NRG與Fah-/-小鼠雜交獲得的FRG小鼠成為了人源化肝臟研究領(lǐng)域最重要的模型，利用這個(gè)模型，使得我們研究得以研究肝臟纖維化疾病，肝臟代謝性疾病，藥物代謝途徑，肝臟腫瘤疾病，人類寄生蟲（瘧疾）和感染性疾病。邦耀實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)成功構(gòu)建出FRG大小鼠，已經(jīng)開始應(yīng)用于肝臟相關(guān)疾病的研究。

3.NOD-scid小鼠與IL2rg-/-雜交所得的品系NOG（NOD/Shi-scid,IL-2Rγnull）小鼠，與NOD/scid小鼠相比，NOG小鼠的人體細(xì)胞和組織移植存活率顯著提高，同時(shí)能夠植入更高比例的正�；虬┳�?nèi)祟惣?xì)胞和組織。另外，NOG小鼠還能滿足作為人類免疫系統(tǒng)模型的需求，植入人類造血干細(xì)胞后，NOG小鼠的外周淋巴組織可以產(chǎn)生人類T細(xì)胞。

五、免疫缺陷型動(dòng)物應(yīng)用領(lǐng)域

1. 腫瘤學(xué)研究：腫瘤生長(zhǎng)、腫瘤轉(zhuǎn)移、腫瘤復(fù)發(fā)及抗腫瘤藥物篩選等研究。其中BALB/cNude小鼠在建立異種移植瘤模型較常見。裸大鼠沒有胸腺，缺乏T細(xì)胞，裸大鼠可為常規(guī)血液學(xué)和血清生物化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)提供足夠的血樣。

2. 免疫系統(tǒng)研究：免疫缺陷動(dòng)物由于免疫功能缺陷因此可以用于免疫系統(tǒng)中如T細(xì)胞、B細(xì)胞、NK細(xì)胞及免疫相關(guān)疾病的研究，并且BALB/cNude還可以制備高效多產(chǎn)的單克隆抗體。

3. 肝臟研究：主要是指肝臟再生功能，藥物代謝及肝臟相關(guān)疾病研究。

4. 感染性疾病：因?yàn)槿毕輨?dòng)物對(duì)環(huán)境細(xì)菌和病毒敏感，是研究病毒、細(xì)菌感染的很好的動(dòng)物模型。

 參考文獻(xiàn)：

Flanagan, S. P. (1966). 'Nude',a new hairless gene with pleiotropic effects in the mouse. Genet Res, 8(3),295-309.

Bosma, G. C., Custer, R. P.,& Bosma, M. J. (1983). A severe combined immunodeficiency mutation in the mouse. Nature, 301(5900), 527-530.

Shultz, L. D., Schweitzer, P.A., Christianson, S. W., Gott, B., Schweitzer, I. B., Tennent, B., . . . et al.(1995). Multiple defects in innate and adaptive immunologic function in NOD/LtSz-scid mice. J Immunol, 154(1), 180-191.

Cao, X., Shores, E. W., Hu-Li,J., Anver, M. R., Kelsall, B. L., Russell, S. M., . . . et al. (1995).Defective lymphoid development in mice lacking expression of the common cytokine receptor gamma chain. Immunity, 2(3), 223-238.

DiSanto, J. P., Muller, W.,Guy-Grand, D., Fischer, A., & Rajewsky, K. (1995). Lymphoid development in mice with a targeted deletion of the interleukin 2 receptor gamma chain. ProcNatl Acad Sci U S A, 92(2), 377-381.

Shultz, L. D., Lang, P. A.,Christianson, S. W., Gott, B., Lyons, B., Umeda, S., . . . Greiner, D. L.(2000). NOD/LtSz-Rag1null mice: an immunodeficient and radioresistant model for engraftment of human hematolymphoid cells, HIV infection, and adoptive transfer of NOD mouse diabetogenic T cells. J Immunol, 164(5), 2496-2507.

Traggiai, E., Chicha, L.,Mazzucchelli, L., Bronz, L., Piffaretti, J. C., Lanzavecchia, A., & Manz,M. G. (2004). Development of a human adaptive immune system in cord blood cell-transplanted mice. Science, 304(5667), 104-107. doi:10.1126/science.1093933