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。
不過品系繁多的免疫缺陷小鼠，到底應(yīng)該如何選擇呢？
免疫缺陷小鼠根據(jù)造成免疫缺陷的方式不同，可以分為遺傳性免疫缺陷和非遺傳性免疫缺陷小鼠。
遺傳性免疫缺陷小鼠主要是指先天遺傳突變導(dǎo)致的免疫缺陷，包括 T 淋巴細(xì)胞功能缺陷、B 淋巴細(xì)胞功能缺陷、NK細(xì)胞功能缺陷和聯(lián)合免疫缺陷。
非遺傳性免疫缺陷小鼠是指由于某些外界因素 (比如營養(yǎng)不良、惡性腫瘤、藥物、病毒等) 造成小鼠免疫方面有缺陷，例如AIDS模型。
今天我們主要介紹的是遺傳性免疫缺陷小鼠的選擇。
選擇小鼠品系時，
我們可以從以下這些方面來考量:
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：
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，個體差異較大。
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)胞缺失的？
T 淋巴細(xì)胞功能缺陷
例如：Nude裸小鼠
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
在研究過程中，考慮某個或某幾個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小鼠中抵抗糖尿病的發(fā)生。
免疫缺陷相關(guān)靶基因及其功能：
| Foxn1 | Foxn1nu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。 |
表1. 免疫缺陷相關(guān)靶基因及其功能
有的免疫缺陷小鼠品系會隨著年齡的增長，會產(chǎn)生一定程度的功能T、B細(xì)胞。
例如上文提到的不同背景的Prkdcscid突變小鼠。
有的免疫缺陷小鼠會自發(fā)淋巴瘤，導(dǎo)致小鼠壽命大幅縮短，因此不利于長期的跟蹤實驗。比如：Nod-scid小鼠的壽命大約只有8-9個月。
對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：Prkdcscid突變小鼠。
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雄性純合子與雌性雜合子來完成的。
具體使用哪種類型的模型，是同種異體移植還是異種移植？接種的腫瘤細(xì)胞的生長特性如何？是免疫學(xué)研究還是腫瘤學(xué)研究？下面的表格也許可以給你一些參考。
| 品系 | 特性 | 應(yīng)用 |
| Nude (nu) | Foxn1基因純合突變。無毛、無胸腺，因此CD4 +和CD8 + T細(xì)胞無法分化和成熟。 | 裸鼠是快速生長的腫瘤細(xì)胞系是理想的宿主。 由于其無毛，因此評估皮下腫瘤的生長時無需剃毛，也易于通過成像系統(tǒng)觀察熒光標(biāo)記的腫瘤細(xì)胞。然而，因為裸鼠仍有B細(xì)胞和強(qiáng)烈的NK細(xì)胞應(yīng)答，所以不適合作為血源性癌癥如白血病或淋巴瘤的宿主。 |
| Scid (scid) | Prkdcscid純合突變。 scid突變位于DNA修復(fù)復(fù)合蛋白Prkdc中。Prkdc蛋白功能缺失，使TCR和血清免疫球蛋白Ig基因不能重排，導(dǎo)致小鼠T、B細(xì)胞功能缺失。 | 適合同種和異種腫瘤移植。特別是如需移植生長緩慢、原代細(xì)胞、血源性癌癥細(xì)胞時，比裸鼠更為適合。不過，Scid小鼠隨著年齡，可能會產(chǎn)生低水平的血清免疫球蛋白（Ig）。另外，由于scid突變對輻射敏感，因此不太合適需要輻照后再進(jìn)行移植的實驗。人類PBMC和胎兒造血細(xì)胞（HSC）的移植效率也比較低。 |
| RAG1null or RAG2 null (rag) | Rag1和Rag2都是TCR和Ig基因重組所必需的，任一基因缺失都會導(dǎo)致T細(xì)胞和B細(xì)胞無法正常分化。Rag1和Rag2敲除的小鼠具有非常相似的表型。 | 適合同種和異種腫瘤移植。特別是如需移植生長緩慢、原代細(xì)胞、血源性癌癥細(xì)胞時，比裸鼠更為適合。相比帶有scid突變的小鼠，對輻射的抗性強(qiáng)。 |
| CBA/N | 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，故而B細(xì)胞功能缺陷，導(dǎo)致對胸腺非依賴性II型抗原無法作出抗體應(yīng)答。血清中IgM和IgG含量降低，對B細(xì)胞分裂素缺乏反應(yīng)，分泌IgM和IgG亞類的B細(xì)胞數(shù)量減少，其T細(xì)胞功能正常。 | 可以進(jìn)行骨髓移植修復(fù)，用于研究B淋巴細(xì)胞的產(chǎn)生、功能和異質(zhì)性，可研究人類Bruton氏丙種球蛋白缺乏癥和Wiskott-Aidsch綜合癥，較少用于腫瘤學(xué)研究。 |
| Beige（bg） | Beige是13號常染色體隱性突變基因，表現(xiàn)為嚴(yán)重缺乏自然殺傷（NK）細(xì)胞，以及對同種、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。欠缺巨噬細(xì)胞的抗腫瘤活性、殺傷細(xì)胞活性等。 | 應(yīng)用于免疫學(xué)領(lǐng)域。對各種致病因子較敏感，表型與人類罕見病Chediak-Higashi綜合征非常相似。 |
| NOD-scid | NOD背景下Prkdcscid純合突變。無功能T細(xì)胞和B細(xì)胞，NK細(xì)胞活性低，沒有溶血補(bǔ)體活性，骨髓發(fā)育缺陷。 | 血清免疫球蛋白（Ig）泄漏率非常低，非常適合同種和異種腫瘤移植。但由于其自發(fā)胸腺淋巴瘤，導(dǎo)致NOD-scid小鼠平均壽命大幅縮短（大約為8-9個月）。 因此，NOD-scid小鼠可能不適合長期的移植實驗。 |
| NRG | NOD背景上攜帶Rag1null和IL2受體γ鏈（IL2rgnull）雙基因純合突變。 Rag1null突變使小鼠B和T細(xì)胞功能缺陷，并且IL2rgnull突變導(dǎo)致功能性NK細(xì)胞缺陷。 | 可高效地移植人CD34+造血干細(xì)胞（HSC）和病人來源異種移植物（PDX），建立移植人源化小鼠模型。Prkdcscid小鼠相比，NRG小鼠對輻照和遺傳毒性藥物的抗性強(qiáng)。 |
| NSG | NOD背景下攜帶Prkdcscid和IL2受體γ鏈（IL2rgnull）雙基因純合突變。scid突變導(dǎo)致小鼠T、B細(xì)胞功能缺失。 IL2rgnull突變通過多種受體阻斷細(xì)胞因子信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致功能性NK細(xì)胞缺陷。 | 可高效地植入人CD34+造血干細(xì)胞（HSC），外周血單核細(xì)胞（PBMC），病人來源異種移植物（PDX）或成體干細(xì)胞和組織，基本上可以植入人體免疫系統(tǒng)，是研究人體免疫功能，傳染病，糖尿病，腫瘤學(xué)和干細(xì)胞生物學(xué)的重要免疫缺陷小鼠，是目前國際公認(rèn)的免疫缺陷程度最高、最適合人源細(xì)胞或組織移植的工具小鼠。 |
表2. 免疫缺陷小鼠模型和應(yīng)用
南模生物自主研發(fā)
缺乏成熟的 T、B 和 NK 細(xì)胞
對人源細(xì)胞和組織免疫排斥反應(yīng)低
腫瘤細(xì)胞成瘤性好，少量細(xì)胞即可成瘤
人體細(xì)胞和組織移植存活率顯著提高
適用于人類造血干細(xì)胞移植，制備人源化小鼠模型
適合用做異源細(xì)胞和組織移植的載體小鼠
圖1. M-NSG小鼠脾臟中T 、B和NK細(xì)胞完全缺失。
取C57BL/6、NOD-scid和M-NSG小鼠的脾臟細(xì)胞，并通過FACS對其中T 、B和NK細(xì)胞的組成進(jìn)行分析。
圖2. M-NSG小鼠血液中T 、B和NK細(xì)胞完全缺失。
取C57BL/6、NOD-scid和M-NSG小鼠的外周血，并通過FACS對其中T 、B和NK細(xì)胞的組成進(jìn)行分析。
圖3. A549肺腫瘤細(xì)胞在M-NSG小鼠上能更有效地建立腫瘤模型。
分別將3x106 A549細(xì)胞皮下接種到C57BL/6、Balb/c Nude 、NOD-scid和 M-NSG小鼠中，在不同的時間點測量腫瘤體積。
圖4. Raji淋巴腫瘤細(xì)胞在M-NSG小鼠上能更有效地建立腫瘤模型。
分別將1x106 Raji細(xì)胞皮下接種到C57BL/6、Balb/c Nude 、NOD-scid和 M-NSG小鼠中，在不同的時間點測量腫瘤體積。
M-NSG小鼠已成功建立CDX模型：
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