免疫缺陷動物的品種介紹

在上一期學習了疾病動物模型的基本簡介，包括模型的意義，應用及分類等。免疫缺陷動物是一種先天免疫功能缺陷的動物，它的出現開創了腫瘤學、免疫學新的里程碑。同樣它歸屬于疾病動物模型，在生命醫學領域必不可少。本期內容：免疫缺陷動物。

一、免疫缺陷動物簡介

概念：免疫缺陷動物（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組成成分缺陷的動物。

按產生原因分類：

先天性免疫缺陷動物：又為自發性免疫缺陷動物，是指動物自然發生的免疫缺陷疾病，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。

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

按免疫缺陷程度分為：

T淋巴細胞缺陷：如裸鼠

B淋巴細胞缺陷：如XID小鼠

NK細胞缺陷：如Beige小鼠

聯合免疫缺陷動物：如T、B淋巴細胞缺陷的小鼠（SCID、Nod-scid小鼠）

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

科學家首次發現在C57BL/6品系中的Foxn1基因突變會導致胸腺上皮細胞發育異常，表現出沒有毛發，且致使血液中缺乏T細胞，小鼠免疫力顯著降低，但NK細胞活性增強，體液免疫能力正常，導致人類造血干細胞無法移植。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年科學家發現在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。后續研究發現CB17-Scid缺乏成熟的T細胞和B細胞，但依然存在很高的NK細胞活性和固有免疫力，導致造血人類干細胞無法移植，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)

偶然的機會Shultz發現將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或者造血干細胞移植的生長，后續研究發現該雜交品系抑制了NK細胞的活性，并且還伴隨有固有免疫系統的缺陷。該品系成為近20年應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，數個獨立的實驗室報告了IL-2Rγ-chain基因位點的突變會導致小鼠淋巴系統發育不良。IL-2Rγ-chain是細胞因子IL-2，4，7，9，15和21受體的至關重要的組成部分，而其突變將導致這些細胞因子的信號傳導受阻，使得NK細胞發育嚴重受阻，且T細胞和B細胞的功能也受到極大的破壞。在后面數年中進一步得到了IL2rg-/-小鼠，在此小鼠中人類造血干細胞和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)

科學家發現Rag1基因敲除后，小鼠體內的V(D)J重組喪失，T和B淋巴細胞分化、發育被完全阻斷，使得小鼠血液中T細胞和B細胞喪失了正常的功能，引起一類嚴重的聯合免疫缺陷，同樣的表型在Rag2突變小鼠中也發生了。

三、免疫缺陷型動物家族圖譜

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

在四個大的研究領域，腫瘤學，免疫學，人源化肝臟和感染性疾病，實驗所用到的動物模型全部來自于以上圖譜。

四、部分重要免疫缺陷動物及其發展方向

1. 其中最受關注的便是NRG小鼠（Rag2，IL2rg雙敲小鼠），普遍認為是當今免疫缺陷程度最高的動物模型。將可誘導的uPA系統引入該品系，生產出URG小鼠，據研究人員表示，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量標準并可以提供足夠的血液便于實驗操作，邦耀實驗室利用CRISPR/Cas9技術研發的NRG大鼠已應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域最重要的模型，利用這個模型，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。邦耀實驗室目前已經成功構建出FRG大小鼠，已經開始應用于肝臟相關疾病的研究。

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小鼠的人體細胞和組織移植存活率顯著提高，同時能夠植入更高比例的正常或癌變人類細胞和組織。另外，NOG小鼠還能滿足作為人類免疫系統模型的需求，植入人類造血干細胞后，NOG小鼠的外周淋巴組織可以產生人類T細胞。

五、免疫缺陷型動物應用領域

1. 腫瘤學研究：腫瘤生長、腫瘤轉移、腫瘤復發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細胞，裸大鼠可為常規血液學和血清生物化學分析實驗提供足夠的血樣。

2. 免疫系統研究：免疫缺陷動物由于免疫功能缺陷因此可以用于免疫系統中如T細胞、B細胞、NK細胞及免疫相關疾病的研究，并且BALB/cNude還可以制備高效多產的單克隆抗體。

3. 肝臟研究：主要是指肝臟再生功能，藥物代謝及肝臟相關疾病研究。

4. 感染性疾病：因為缺陷動物對環境細菌和病毒敏感，是研究病毒、細菌感染的很好的動物模型。

參考文獻：

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