免疫缺陷小鼠是指一種或多種免疫系統(tǒng)組成成分缺陷的小鼠。隨著基因編輯技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的免疫缺陷小鼠品系被研發(fā)出來，在免疫學(xué)，傳染病學(xué)，腫瘤學(xué)，干細(xì)胞生物學(xué)等研究領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。

品系繁多的免疫缺陷小鼠，到底應(yīng)該如何選擇呢？

比較免疫缺陷小鼠時(shí)，
我們可以從以下這些方面考量：

1 遺傳背景
小鼠的遺傳背景不同會導(dǎo)致不同的免疫反應(yīng)與表型，比如不同背景的小鼠H2單體型不同：
 

Background	H2 haplotype
C57BL/6J	b
BALB/c	d
NOD/LtSz	g7
nu/nu	q

不同遺傳背景的Prkdcscid突變小鼠，功能淋巴細(xì)胞的泄漏程度也不同：在 C57BL/6J 和 BALB/c 背景上泄漏率高；在C3H背景上較低；在NOD背景上極低。

再例如，Nude裸小鼠就有3種不同的背景：BALB/c Nude、nu/nu、CD-1 Nude。其中BALB/c Nude為近交系，個(gè)體差異小，最常用于異種移植瘤模型的建立，成瘤所需腫瘤細(xì)胞接種量以及成瘤速度較后兩者也都具有一定的優(yōu)勢；Nu/Nu和CD-1 Nude為封閉群，個(gè)體差異較大。

2 免疫系統(tǒng)缺失成分
不同免疫缺陷小鼠免疫系統(tǒng)缺失的成分不同，有缺失某種淋巴細(xì)胞的，也有缺失多種淋巴細(xì)胞的：
· T 淋巴細(xì)胞功能缺陷
例：Nude裸鼠

· B 淋巴細(xì)胞功能缺陷
例如：CBA/N小鼠

· NK細(xì)胞功能缺陷
例如：Beige小鼠

· 聯(lián)合免疫缺陷
例如：Scid小鼠、M-NSG小鼠等

3 突變基因
在研究過程中，考慮某個(gè)或某幾個(gè)基因的突變對免疫反應(yīng)的影響（如NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和補(bǔ)體活性等），以及與遺傳背景可能的相互作用。例如，β2微球蛋白（B2m）和穿孔素（Prf1）突變會降低NK細(xì)胞活性；白介素2受體γ鏈（Il2rg）突變則使NK細(xì)胞完全失活；Prkdcscid突變在NOD小鼠中會抵抗糖尿病的發(fā)生等。
 

免疫缺陷相關(guān)靶基因及其功能：

· Foxn1: Foxn1純合突變會導(dǎo)致小鼠無胸腺，無毛，T細(xì)胞缺失。因此對胸腺依賴的抗原沒有響應(yīng)，不排斥同種和異種移植物移植。

· Prkdc: Prkdc（protein kinase, DNA-activated, catalytic polypeptide）基因主要編碼DNA依賴性蛋白激酶（DNA-PK）的催化亞基，是參與雙鏈DNA斷裂修復(fù)、免疫球蛋白和T細(xì)胞受體可變(V)、多樣性(D)、連接(J)區(qū)段重組的重要基因。Prkdcscid突變代表嚴(yán)重的聯(lián)合免疫缺陷，表現(xiàn)為缺失T、B細(xì)胞，無法介導(dǎo)細(xì)胞和體液免疫，不排斥同種和異種移植。

· IL2rg: Interleukin-2受體gamma鏈（IL-2Rγc，又稱CD132)是具有重要免疫功能的細(xì)胞因子Il2、Il-4、Il-7、Il-9、Il-15和Il-21的共同受體亞基，該基因敲除后的小鼠機(jī)體免疫功能嚴(yán)重降低，尤其是NK細(xì)胞的活性幾乎喪失。

· Rag1: Rag1（recombination activating gene 1）對于在T和B細(xì)胞中產(chǎn)生功能性抗原受體的V(D)J重排是必不可少的。Rag1缺失純合子缺乏成熟的功能性T和B細(xì)胞。NOD背景上Rag1突變可使NOD小鼠抵抗糖尿病。

· Prf1: Prf1穿孔素（perforin）也稱為成孔蛋白(PFP)，在NK細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞上都有表達(dá)，是CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞通過裂解途徑殺傷靶細(xì)胞的主要毒性蛋白。

· B2m: B2m（beta-2 microglobulin）是MHC I類分子正常表達(dá)、CD8+ T細(xì)胞成熟以及NK細(xì)胞發(fā)育的必需蛋白。

看完上面的介紹，相信大家對免疫缺陷小鼠的方方面面已經(jīng)有了一定的了解，那么每種免疫缺陷模型的特點(diǎn)是什么，主要有哪些應(yīng)用方向呢，我們直接上總結(jié)表格：



M-NSG重度免疫缺陷小鼠應(yīng)用示例

我們以當(dāng)前免疫缺陷程度最高，適用研究領(lǐng)域廣泛的重度免疫缺陷小鼠M-NSG為代表，以具體的研究案例為基礎(chǔ)，給大家介紹一下免疫缺陷小鼠在科研中的實(shí)際應(yīng)用。

1 CDX造模
細(xì)胞株移植瘤模型 (Cell Derived Xenograft, CDX) 是將體外傳代培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞接種至免疫缺陷小鼠而形成的模型。M-NSG小鼠是CDX模型構(gòu)建的理想載體，模型構(gòu)建成功率高；各類人源細(xì)胞系，都可以使用 M-NSG小鼠進(jìn)行皮下或原位瘤模型建立，并開展相應(yīng)的體內(nèi)藥理藥效學(xué)研究。M-NSG小鼠比NOD-scid和裸鼠有更明顯的CDX建模優(yōu)勢。
 

 

如上圖所示，將A549 肺腫瘤細(xì)胞系和Raji淋巴瘤細(xì)胞系分別接種到不同免疫缺陷小鼠上，在不同的時(shí)間點(diǎn)測量腫瘤體積，可以看到M-NSG小鼠的成瘤效果最佳。目前，我們已經(jīng)驗(yàn)證了近百種細(xì)胞系在M-NSG上的成瘤效果，相關(guān)成瘤數(shù)據(jù)可在南模生物官網(wǎng)搜索細(xì)胞系免費(fèi)查閱。

表2. 基于 M-NSG 小鼠成功建立的 CDX 模型

CDX模型可用于抗腫瘤藥物、CAR-T細(xì)胞等的藥效驗(yàn)證，示例如下：

圖3. 淋巴癌（Raji）CDX模型進(jìn)行抗人CD47抗體藥效驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

 

圖4. 肺癌（A549）CDX模型進(jìn)行CAR-T藥效驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

2 PDX造模
人源性組織異種移植模型(patient-derivedxenografts , PDX)是將腫瘤患者的腫瘤組織移植至重癥免疫缺陷型小鼠體內(nèi)而形成的模型。PDX模型可以較完整地保持患者腫瘤原有的生物學(xué)特征、病理分型、分子標(biāo)志物表達(dá)、基因突變類型等，在臨床前實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用廣泛。PDX模型構(gòu)建流程大致如下：
 

圖5 PDX模型構(gòu)建流程

南模生物已成功建立多個(gè)癌種的PDX模型，僅肝癌PDX模型就超過60多種。這些PDX模型可以從各方面復(fù)制病人腫瘤的異質(zhì)性，包括其分子層面, 基因?qū)用婧徒M織層面上的復(fù)雜性。我們可以使用PDX快速測試和分析藥物療效，PDX腫瘤模型亦可以用于臨床前測試，通過模擬第二期臨床試驗(yàn)中癌癥病人的規(guī)模，以幫助藥物開發(fā)。
 

圖6. 肝癌PDX模型成瘤驗(yàn)證

3 Hu-PBMC重建
Hu-PBMC模型，或者被稱為Hu-PBL（perihperal blood lymphocyte, PBL）模型，是一種構(gòu)建較為簡單和經(jīng)濟(jì)的免疫系統(tǒng)人源化小鼠模型。Hu-PBMC模型的移植方式主要有腹腔注射與尾靜脈注射，通常以4-6周齡的M-NSG小鼠作為移植受體，PBMC移植/接種量通常在5~10*10^6/小鼠。該模型常被用于研究人效應(yīng)T細(xì)胞的活化以及評估免疫抑制藥物。
 

Hu-PBMC 模型的準(zhǔn)備期較短。在移植PBMC后，最快一周就可以檢測到人CD3+ T細(xì)胞；大約2周左右，免疫細(xì)胞就會快速重建；大約4周左右，小鼠外周血中可檢測到約50%的人CD45+細(xì)胞，其中約90%為CD3+T細(xì)胞，CD4+: CD8+T細(xì)胞比率約為1:1。但是，Hu-PBMC模型會發(fā)生致死性的移植物抗宿主�。℅vHD），程度與人T細(xì)胞的植入直接相關(guān)，可以通過小鼠體重的減輕來評估。一般移植后2-3周就會出現(xiàn)GvHD，因此實(shí)驗(yàn)觀察窗較短。
 

4 Hu-HSC重建
Hu-HSC模型，也叫hu-CD34+，或叫hu-SRC（scid-repopulatingcell），已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于研究人類造血發(fā)育、細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)以及HIV和EBV等病毒感染性疾病中。 其構(gòu)建方式是將來自人臍帶血、骨髓、G-CSF激活的外周血或胎肝的人CD34+ HSCs通過靜脈內(nèi)（i.v.）或股骨內(nèi)（i.f.）注射到成年免疫缺陷小鼠M-NSG中，得到的小鼠可以產(chǎn)生多種造血干細(xì)胞。

 

如圖11所示，人造血干細(xì)胞 (HSCs) 移植 M-NSG 小鼠重建造血系統(tǒng)后，可以觀察到人源CD45+ 免疫細(xì)胞在小鼠外周血水平不斷升高，包括人源T（CD3+ CD4+和CD3+CD8+cells）、B（CD19+cells ）、NK淋巴細(xì)胞（CD56+CD16+cells ）及單核細(xì)胞（CD14+CD11b+cells）等。但是因?yàn)橹亟ㄋ�用的重度免疫缺陷鼠沒有人T細(xì)胞發(fā)育所必需的人的胸腺，因此重建后的T細(xì)胞免疫功能是有缺陷的。
 

Hu-HSC藥效驗(yàn)證示例

5 M-NSG衍生品系
隨著腫瘤免疫的進(jìn)一步深入，研究者有時(shí)發(fā)現(xiàn)移植PBMC后，實(shí)驗(yàn)窗口期不夠；髓系細(xì)胞無法在重度免疫缺陷鼠體內(nèi)順利重建；人源化重建后的小鼠無法表達(dá)浸潤性巨噬細(xì)胞等。為了克服上述困難，我們進(jìn)一步開發(fā)出針對這些挑戰(zhàn)的M-NSG衍生品系，詳見下表！
 

例如在M-NSG小鼠上進(jìn)一步人源化IL15基因，得到的NVG-hIL15小鼠，在進(jìn)行免疫系統(tǒng)重建時(shí)，可以得到更高比例的NK細(xì)胞，用于CAR-NK細(xì)胞治療等方面的藥效研究。

圖13. 人源PBMC來源NK細(xì)胞重建小鼠。(A) 實(shí)驗(yàn)流程圖；(B) NVG-hIL15小鼠體內(nèi)NK細(xì)胞比例的變化；(C) K562腫瘤細(xì)胞在NVG-hIL15小鼠體內(nèi)的增殖情況。