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扒一扒免疫缺陷小鼠的发展史

作者:香雪生命科学--胡馨元

发布时间:2021-09-22

阅读:153

       作为药物研发,动物实验是不可或缺的一环。几乎所有新药在进入临床前都需要进行动物实验,以验证药物的有效性和安全性。其中小白鼠是最常用的动物模型之一。而免疫缺陷小鼠的发现与应用在肿瘤研究中起着重要的地位。那么免疫缺陷小鼠是怎么来的呢?接下来,就由笔者来开扒一下免疫缺陷小鼠的发展进程(图1,图2)。

 

       1962年,第一只免疫功能缺陷的小鼠在英国的Ruchill医院被Grist发现。由于这只小鼠浑身不长毛,因此它被命名为“裸鼠”。“裸鼠”缺乏胸腺和T淋巴细胞,这导致所有需要T细胞介导和协助的适应性免疫反应是有缺陷的。“裸鼠”的这种免疫系统的缺陷是由单基因Foxn1的基因突变所引起的。因此,免疫系统不全的“裸鼠”被作为人类肿瘤移植的模型。然而,“裸鼠”模型具有一定的局限性。随着“裸鼠”年龄的增长,会出现T淋巴细胞渗漏的情况。此外,“裸鼠”还具有完整的固有免疫。

 

       1983年,Bosma(美国费城Fox Chase癌症研究所)首次描述缺乏功能性T和B淋巴细胞的严重联合免疫缺陷小鼠(SCID)。与其它小鼠相比,SCID小鼠的外观上并无差异。但SCID小鼠有由Prkdc基因的缺失及可变(Variable)-多样性(diversity)-连接(joining)区域重组的缺失所导致的严重免疫缺陷。作为最初的人类造血干细胞和外周血单核细胞的的受体,SCID小鼠被广泛运用。和“裸鼠”相比,SCID小鼠的人类肿瘤移植效率更高。但是,SCID小鼠模型体内残留的NK细胞,补体及其他的髓系细胞能阻止人类细胞的维持和归巢。通过将SCID小鼠和Beige小鼠的杂交,得出的新品种SCID/Beige能够很大程度上提高人类肿瘤细胞的移植率。然而,人类造血干细胞的移植率并没有很大的提升。

 

       1980年,Makino(日本大阪Shionogi公司)发现非肥胖型糖尿病(NOD)小鼠患有由T淋巴细胞浸润和胰岛细胞破坏而导致的糖尿病。NOD小鼠具有多种的免疫失常,其中包括补体的缺失。NK细胞,巨噬细胞和树突细胞功能的受损。通过将NOD小鼠和SCID小鼠杂交而成的新品种NOD/SCID小鼠具有固有免疫和适应性免疫的缺陷。由于缺失功能性T细胞,NOD/SCID小鼠并不会患有糖尿病。可是,NOD/SCID小鼠体内还是有一些残留的NK细胞。

 

       白介素2受体γ链(IL2Rγ)是众多重要的免疫因子的共同受体的亚基,包括白介素2(IL2),白介素4(IL4),白介素7 (IL7),白介素(IL9),白介素15 (IL15)和白介素21 (IL21)。这些免疫因子对淋巴细胞和NK细胞的发展起着至关重要的作用。而Janus Kinase 3(Jak3)是IL2Rγ信号转导的酶。IL2RγJak3基因的缺陷会导致小鼠体内NK细胞的缺乏和T以及B淋巴细胞的大量锐减。因此,通过将NOD/SCID与IL2Rγ基因缺陷小鼠进行杂交,得到的新品种NOD/SCID/IL2Rγnul(NOG),NOD/SCID/IL2Rγnul(NSG)或NOD/SCID/Jak3null(NOJ)可以克服小鼠体内NK细胞残留的问题。NSG和NOG不同之处在于NOG缺失部分IL2Rγ,而NSG完全丧失IL2Rγ。然而,这三种小鼠体内都基本没有什么免疫细胞,是以都具有很高的肿瘤移植率。

 

       此外,BALB/C背景的免疫缺陷小鼠包括BALB/C Rag-2null/IL2Rnull(BRG)和Rag-2null/Jak3null(BRJ)小鼠也具有很高的肿瘤移植率。

 

       作为非生科人,看了上面的免疫小鼠的发展史可能会懵圈。不明白什么是固有免疫?什么是适应性免疫?仍然不太清楚不同小鼠模型之间的差别。笔者在这边举个例子来帮助大家更好地理解一下。

 

       假如晚上你和小伙伴开黑打王者,如何才能获得胜利呢?获得游戏最终胜利的条件就是你需要破开对方所有的防御,攻下对方的大本营。同样的道理,要在小鼠身上成功建立肿瘤模型,需要成功抵御小鼠免疫系统的防御。

 

       免疫缺陷小鼠模型的建立,发展与完善是通过不断削弱它的免疫系统而实现。其中,小鼠的免疫系统包括固有免疫和适应性免疫。适应性免疫包括T和B细胞。T细胞能通过识别抗原产生效应T细胞进行近距离杀伤。B细胞则通过浆细胞产生的抗体进行远程伤害。而固有免疫包括除T和B细胞以外的其它一些免疫细胞。简单来说,固有免疫等于王者里面的防御塔,无论敌方是谁,它都会进行无差别攻击。而适应性免疫等于王者里的英雄,它的装备、走位和发动的招式可以根据对手的变化而变化。

 

     “裸鼠”模型体内缺乏T细胞,其实就是少了近战的英雄“战士”。 SCID小鼠则缺乏T和B细胞,也就是同时缺了近战英雄“战士”和远程英雄“射手”。SCID/Beige和NOD/SCID小鼠体内缺乏T和B细胞,并且固有免疫也是受损的。这就意味着不光缺少“战士”和“射手”,并且防御塔也被推了大半。但是,“裸鼠”, SCID和NOD/SCID小鼠这三种模型的T细胞随着老鼠年龄增长,有一定几率会泄露,也就是说它能回血。NOG/NSG/NOJ模型则在NOD/SCID基础上缺乏了IL2Rγ或Jak3。这等于“战士”和“射手”没了,作为打辅助位的IL2Rγ或Jak3也没了,并且防御塔也都被推掉了,基本上能直攻对方大本营了。所以在这几种模型当中,NOG/NSG/NOJ的肿瘤移植率最高。因此,在我们TCR-T的细胞免疫治疗当中,使用的小鼠模型就是NSG模型(图3)。

 

 

       图3 NSG小鼠模型。图中可以看到NSG小鼠模型体内作为特应性免疫的 “射手”B细胞和“战士”T细胞都被秒掉了,作为辅助位的IL2Rγ也没了,固有免疫防御塔也快被推了。

 

       除了在肿瘤方面的研究,免疫缺陷小鼠模型还可以广泛应用在免疫系统、移植、自体免疫疾病、感染性疾病等方面的研究。可以说几乎每一种新药的出现都离不开小白鼠的卓越贡献。在这里向实验室里推动生命科学发展的无数小白致敬!

 

 

参考文献:

  1. Belizario 2009,Immunodeficient mouse models:an overview,The Open Immunology Journal,Vol 2,pp79-85
  2. Zhang B.J.,Duan Z.Y.&Zhao Y. 2009,Mouse models with human immunity and their application in biomedical research, J.Cell.Mol.Med.,Vol 13,No.6, pp1043-1058
  3. Okada S.,Vaeteewoottacharn K.& Kariya R. 2019,Application of Highly Immunocompromised Mice for the Establishment of Patient-Derived Xenograft(PDX) Models, Cells, Vol 8, pp1-pp18
  4. 南模生物 2021,https://www.modelorg.com/portal/article/index/id/4177.html
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