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(lái)越多的免疫缺陷小鼠品系被研發(fā)出來(lái)，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(lái)越重要的作用。本期小編將對(duì)免疫缺陷小鼠的前世今生進(jìn)行全面盤(pán)點(diǎn)。

免疫缺陷小鼠發(fā)展歷史

自上世紀(jì)60年代，裸鼠作為第一類(lèi)免疫缺陷品系出現(xiàn)，后面又經(jīng)歷了90年代免疫缺陷程度更高的NOD/SCID小鼠被開(kāi)發(fā)出來(lái)，直到21世紀(jì)初，科學(xué)家們?cè)贜OD/SCID小鼠品系引入IL-2Rγ的突變，進(jìn)而產(chǎn)生了目前來(lái)講免疫缺陷程度最高的NSG小鼠或NOG小鼠（Fig1）。在這個(gè)漫長(zhǎng)的歷程中，也產(chǎn)生了很多衍生品系，有不少直到今天也在廣泛使用，下面小編將逐一介紹。

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Fig?1.?主要免疫缺陷小鼠的發(fā)展歷程^[1]

Nude小鼠（裸鼠）

1962年，第一個(gè)免疫功能障礙的小鼠在英國(guó)的Ruchill醫(yī)院被發(fā)現(xiàn)。它們由于渾身不長(zhǎng)毛，所以被叫做裸鼠（Nude）。裸鼠的Foxn1基因缺陷，缺乏功能性胸腺和T淋巴細(xì)胞，導(dǎo)致它們的適應(yīng)性免疫應(yīng)答（包括T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答和輔助T細(xì)胞介導(dǎo)的抗體形成）是有缺陷的。這使得它們通常不排斥同種或異種移植物，因此裸鼠開(kāi)始被用作人腫瘤異種移植物的受體。不過(guò)，裸鼠仍具有B細(xì)胞和NK細(xì)胞（NK細(xì)胞比野生型小鼠更活躍），完整的先天免疫一定程度上限制了人類(lèi)癌癥移植的選擇。此外，裸鼠隨著年齡的增長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)T細(xì)胞的滲漏。

SCID小鼠

嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷小鼠 Severe Combined Immunodeficient Mice

1983年，Bosma（美國(guó)Fox Chase癌癥研究所）在CB17近交系小鼠中發(fā)現(xiàn)位于16號(hào)染色體上的Prkdc基因存在隱性突變，并首次描述了缺乏功能性T和B淋巴細(xì)胞的嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷（SCID）小鼠。SCID小鼠外觀與普遍小鼠無(wú)差異，體重發(fā)育正常，但是胸腺和外周淋巴組織嚴(yán)重萎縮。SCID小鼠Prkdc的缺失導(dǎo)致可變(V)、多樣性(D)、連接(J)區(qū)段無(wú)法正常重組。 SCID小鼠最初用作人造血干細(xì)胞（HSCs）和外周血單核細(xì)胞（PBMC）移植的受體。與裸鼠相比，SCID小鼠的人類(lèi)腫瘤植入效率更高。不過(guò)，人血細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的移植效率并沒(méi)有預(yù)期的那么高。這是因?yàn)镾CID小鼠殘存有NK細(xì)胞、補(bǔ)體及髓系細(xì)胞的正常免疫，阻止了人類(lèi)細(xì)胞的歸巢和維持。SCID小鼠自發(fā)性T細(xì)胞淋巴瘤（主要在胸腺）的發(fā)病率在15℅左右。

RAG^-/-小鼠（重組激活基因缺失小鼠）

1992年，缺失重組激活基因（Rag^-/-）的免疫缺陷小鼠模型問(wèn)世。重組激活基因包括Rag1和Rag2兩種基因，都是TCR和免疫球蛋白?V（D）J重組所必需的，任一基因的缺失都會(huì)導(dǎo)致T細(xì)胞和B細(xì)胞的缺乏。Rag1^-/-和Rag2^-/-小鼠的特征基本相似。與SCID小鼠相比，Rag2基因缺失能更早且更完全地阻斷T和B細(xì)胞分化。不過(guò)，Rag^-/-小鼠保留了較高水平的NK細(xì)胞，在一定程度上也限制了人HSC細(xì)胞的移植。（品系詳情頁(yè)）

NOD-SCID小鼠

非肥胖型糖尿病/重癥聯(lián)合免疫缺陷小鼠 nonobese diabetic severe combined immunodeficiency

1980年，?Makino（日本Shionogi公司）發(fā)現(xiàn)非肥胖糖尿病（NOD）小鼠患有由T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)和胰島β細(xì)胞破壞引起的糖尿病，同時(shí)還伴有多種免疫異常，包括補(bǔ)體缺失和NK、巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞功能受損等。

1995年，Shultz通過(guò)雜交NOD和SCID小鼠建立了NOD-SCID小鼠。 NOD-SCID小鼠不會(huì)發(fā)生糖尿病，缺乏T細(xì)胞和B細(xì)胞，同時(shí)具備固有免疫缺陷，因此成為人類(lèi)造血干細(xì)胞和人類(lèi)實(shí)體瘤移植的更好的受體。此外，Shultz等研究發(fā)現(xiàn)，SCID小鼠免疫滲漏高達(dá)90%，而NOD-scid小鼠則低于10%。NOD-scid小鼠一度成為造血細(xì)胞研究中應(yīng)用最廣、最為重要的移植模型。

IL2rg^-/-小鼠

干擾白細(xì)胞介素2 (interleukin2, IL-2)受體gamma鏈 (IL-2Rγc) 是形成高親和力受體的重要組成部分，能編碼重要的信號(hào)通路組成因子(如細(xì)胞因子IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21)，這對(duì)于淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞的發(fā)育至關(guān)重要。1995年，通過(guò)靶向敲除IL-2Rγc基因，獲得了IL2rg^-/-小鼠。它們的T細(xì)胞和B細(xì)胞發(fā)育和功能?chē)?yán)重受損，且NK細(xì)胞發(fā)育被完全阻斷。IL2rg-/-小鼠的產(chǎn)生使更多淋巴細(xì)胞缺陷小鼠模型成為可能，可以大大降低人體細(xì)胞和組織的排斥率。

IL-2Rγ與Jak3激酶相互作用進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此，Jak3缺失的Jak3^-/-小鼠與IL2rg^-/-小鼠類(lèi)似，也缺乏NK細(xì)胞且T、B淋巴細(xì)胞減少。

NSG/NRG/BRG小鼠

2002至2005年，多個(gè)實(shí)驗(yàn)室分別繁育出了多種帶有IL2rg-/-的免疫缺陷小鼠，其中應(yīng)用最為廣泛的幾個(gè)下小鼠品系為：NOG/NSG小鼠（NOD-SCID?IL2rg^-/-）、NRG小鼠（NOD-Rag1^-/- IL2rg^-/-）、BRG小鼠（BALB/cA-Rag2^-/-?IL2rg^-/-）。

正如我們之前提到的，IL-2Rγ缺陷使小鼠接受人HSC和外周血的移植效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于之前的免疫缺陷小鼠。NOG和NSG小鼠是由日本（2002年）和美國(guó)（2005年）的實(shí)驗(yàn)室分別獲得的，都是通過(guò)NOD-scid小鼠與IL2rg^-/-小鼠交配繁育產(chǎn)生，表現(xiàn)為T(mén)、B細(xì)胞和NK細(xì)胞功能性缺失，是目前人源化組織最理想的受體小鼠。NOG與NSG小鼠的區(qū)別在于，NOG小鼠缺失IL-2Rγ胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，而NSG小鼠則完全缺失IL-2Rγ。

由于種種原因，NSG小鼠目前在國(guó)內(nèi)并無(wú)途徑進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)，為解決客戶(hù)對(duì)該類(lèi)品系的需求，南模生物自主研發(fā)了M-NSG小鼠，該品系是在NOD-SCID小鼠基礎(chǔ)上敲除Il2rg基因，與NSG或NOG小鼠一樣，缺乏成熟的T、B細(xì)胞和NK細(xì)胞，是目前免疫缺陷程度最高的小鼠之一。（品系詳情頁(yè)）

NRG小鼠與NSG小鼠非常類(lèi)似，是由Rag1基因缺失代替scid突變，可以克服scid突變引起的一些不足，如：對(duì)輻照敏感。BRG小鼠是在BALB/c背景的小鼠中引入Rag1-/-或Rag2-/-突變以及IL-2Rγ缺失，表現(xiàn)為T(mén)、B細(xì)胞缺失和NK細(xì)胞無(wú)活性。NRG小鼠的人HSC細(xì)胞植入率比BRG高，主要的原因是NOD背景小鼠的SIRPα帶有突變，可以結(jié)合人源CD47，抑制巨噬細(xì)胞對(duì)人源細(xì)胞的吞噬作用。

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如何選擇免疫缺陷小鼠？?

多種多樣的免疫缺陷小鼠讓我們?cè)诓煌难芯款I(lǐng)域或研究策略中可以靈活選擇，這時(shí)需要從以下幾個(gè)方面來(lái)綜合考量：

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遺傳背景

小鼠的遺傳背景，比如不同背景的小鼠H2單體型不同：裸鼠就有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(shì)；Nu/Nu和CD-1 Nude為封閉群，個(gè)體差異較大。

免疫系統(tǒng)組成成分

到底是需要哪種淋巴細(xì)胞缺陷的小鼠，還是多種免疫細(xì)胞共同缺失的？

T 淋巴細(xì)胞功能缺陷，例如：裸鼠

B 淋巴細(xì)胞功能缺陷，例如：CBA/N小鼠，帶有Btk基因突變，是一種X連鎖免疫缺陷，影響前B細(xì)胞的分化成熟，使B細(xì)胞功能缺陷，導(dǎo)致對(duì)胸腺非依賴(lài)性II型抗原無(wú)法作出抗體應(yīng)答。血清中IgM和IgG含量降低，對(duì)B細(xì)胞分裂素缺乏反應(yīng)，分泌IgM和IgG亞類(lèi)的B細(xì)胞數(shù)量減少，其T細(xì)胞功能正常。

NK細(xì)胞功能缺陷，例如：Beige小鼠，Beige基因是13號(hào)常染色體隱性突變基因，表現(xiàn)為嚴(yán)重缺乏NK細(xì)胞，以及對(duì)同種、異種腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性T細(xì)胞和抗體應(yīng)答減弱。較少單獨(dú)在腫瘤學(xué)研究中應(yīng)用。

聯(lián)合免疫缺陷，例如：NOD-Scid小鼠、NSG小鼠等。

基于不同研究需求，南模生物自主研發(fā)了不同類(lèi)型免疫細(xì)胞缺陷的基因工程小鼠（表1）以供廣大科研工作者研究使用。

表1 南模生物自研免疫缺陷小鼠基本特點(diǎn)

注：紅色×表示Deleted，淺紅色×表示Reduced?activity

突變基因

在研究過(guò)程中，考慮某個(gè)或某幾個(gè)基因的突變對(duì)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(huì)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；scid突變?cè)贜OD小鼠中抵抗糖尿病的發(fā)生。

免疫細(xì)胞的泄漏

有的免疫缺陷小鼠品系會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生一定程度的功能T、B細(xì)胞。

例如，不同遺傳背景的scid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。

壽命

有的免疫缺陷小鼠會(huì)自發(fā)淋巴瘤，導(dǎo)致小鼠壽命大幅縮短，因此不利于長(zhǎng)期的跟蹤實(shí)驗(yàn)。比如：Nod-Scid小鼠的壽命大約只有8-9個(gè)月。

輻照敏感度

對(duì)輻照特別敏感的免疫缺陷小鼠品系不適合在移植前進(jìn)行輻照處理，比如：scid突變小鼠的輻照耐受量不超過(guò)400cGy (4 Gy)。

繁殖能力

例如：雌性裸鼠的繁殖能力很差，只有2.5月齡到4月齡的雌鼠才有生育能力。所以裸鼠的繁育是通過(guò)雄性純合子與雌性雜合子來(lái)完成的。

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介紹到這里，相信大家已經(jīng)對(duì)各類(lèi)免疫缺陷小鼠的特性有了大致了解。免疫缺陷小鼠一直備受關(guān)注，其在腫瘤模型構(gòu)建及人源化免疫系統(tǒng)重建等方面有著廣泛應(yīng)用，是疾病相關(guān)機(jī)理研究、臨床前藥物篩選、藥效學(xué)和安全性評(píng)價(jià)的重要載體。想知道免疫缺陷小鼠在生物醫(yī)藥研究當(dāng)中的最新進(jìn)展，請(qǐng)持續(xù)關(guān)注南模生物公眾號(hào)。

南模生物深耕基因編輯領(lǐng)域，提供全方位模式生物服務(wù)，包括模型定制服務(wù)、成品模型、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥物篩選，可提供各類(lèi)小鼠、大鼠、斑馬魚(yú)及線蟲(chóng)模型，滿足不同實(shí)驗(yàn)室需求。