一文带你了解免疫缺陷小鼠模型「真的很详细」
什么是免疫缺陷和免疫缺陷动物？
免疫缺陷（Immunodeficiency ）是由先天性免疫系统发育不良或后天损伤因素而引起免疫细胞的发生、分化增殖、调节和代谢异常，并导致机体免疫功能降低或缺陷。
免疫缺陷动物（immunodeficiency animals）是指由于先天性遗传突变、或用人工方法造成一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物。
为什么需要免疫缺陷模型？
小鼠无疑是生物学和医学领域最常用的实验动物模型，然而，小鼠毕竟不是人类，也无法完全替代人类。免疫缺陷小鼠出现后，使得通过移植人体免疫组织或细胞到其体内构建人鼠嵌合模型，人源化免疫系统小鼠（人源化小鼠）成为可能。由于与人类免疫系统缺陷相似，人源化小鼠模型已成为人类造血功能、先天性和适应性免疫、自身免疫、传染病、癌症生物学和再生医学等领域的重要模型工具。
免疫缺陷小鼠模型经历了哪些发展？
1966年英国科学家首次发现在C57BL/6品系中发现Foxn1基因突变会导致小鼠胸腺上皮细胞发育异常，表现出没有毛发，且致使血液中T细胞缺乏，免疫力低，无毛的表型使其被称为裸鼠（Nude）。
1983年美国科学家发现CB-17小鼠品系中的Prkdc基因突变会导致功能性T和B细胞的严重联合免疫缺陷（severe combined immune deficiency）。
1995年日本科学家使用免疫异常的非肥胖糖尿病（NOD）小鼠与SCID小鼠杂交建立了NOD-SCID小鼠。
1995年，数个独立的实验室报告了IL2受体蛋白的γ链基因（IL2rg）位点的突变会导致小鼠淋巴系统发育不良，在后面数年中进一步得到了IL2rg-/-小鼠。
2000年，科学家发现Rag1基因敲除后，小鼠体内的V(D)J重组丧失，T和B淋巴细胞分化、发育被完全阻断，使得小鼠血液中T细胞和B细胞丧失了正常的功能，引起一类严重的联合免疫缺陷，同样的表型在Rag2突变小鼠中也发生了。
在应用广泛的今天，随着基因编辑技术的不断发展，免疫缺陷小鼠的品系类型也在不断增加。在研究过程中，通常考虑的是某个基因的突变对免疫反应产生的影响，从而有针对性地编辑该基因。免疫缺陷相关靶基因有：Nu、Prkdc、IL-2Rγ、Rag1/2、Prf1、B2m等。
常见的免疫缺陷小鼠有哪些？
免疫缺陷动物按免疫功能分类可分为：
- T淋巴细胞功能缺陷：裸小鼠、裸大鼠
- B淋巴细胞功能缺陷：CBA/N小鼠
- NK细胞缺陷：Beige小鼠
- 联合免疫缺陷：重度联合免疫缺陷小鼠（SCID小鼠）、非肥胖糖尿病/重症联合免疫缺陷（NOD/SCID小鼠）、 NOD/SCID IL2rg大小鼠（NPG小鼠）等
1、无胸腺裸鼠（Nude Mouse，简称"裸鼠"）
位于11号染色体上的隐性基因Foxn1（forkhead box N1）突变造成的毛发生长发育异常（没有毛发），并伴有先天性胸腺发育不良，T细胞缺损，B细胞正常，NK细胞略有升高。
它的T淋巴细胞功能缺陷，先天无胸腺，目前成为医学生物学研究领域不可或缺的实验动物模型，特别是在肿瘤、免疫、药品与生物制品的安全性评价及有效药品的临床前筛选等方面发挥着重要的作用。
由于裸鼠通常不排斥异体移植物，其逐渐开始被用作肿瘤异种移植物的受体。但NK细胞活性增强，体液免疫能力正常，导致人类造血干细胞无法移植。
品系
裸鼠
背景
BALB/c等
缺陷
T淋巴细胞缺陷
缺陷基因
Nu
特点
胸腺上皮细胞发育不全，T细胞失去正常功能，不产生细胞毒效应细胞，无接触敏感性，无移植排斥。
2、CBA/N小鼠
B细胞功能缺陷，1966年起源于CBA/H品系，1972年证实为X-链隐性突变系,命名为X-链免疫缺陷型，基因符号为xid，位于X性染色体上。CBA/N小鼠对对T细胞非依赖性II型抗原（如聚蔗糖ficoll、右旋糖苷dextran、肺炎球菌多糖体）不能引起应答反应，而对T细胞非依赖性I型抗原（如：布氏菌脂多糖等）呈正常反应；分泌IgM和IgG亚类的B细胞数量减少，其T细胞功能正常。
CBA/N小鼠可以进行骨髓移植修复，是研究B淋巴细胞的产生、功能和异质性理想的动物，其病理是人类Bruton氏丙种球蛋白缺乏症和Wiskott-Aidsch综合症的理想模型。
品系
CBA/N小鼠
背景
CBA/H
缺陷
B淋巴细胞缺陷
缺陷基因
Bkt
特点
细胞功能减退，无体液免疫反应，对胸腺依赖型抗原不产生抗体。
3、Beige小鼠
Beige小鼠为NK细胞活性缺陷的突变系小鼠，在第13号染色体上的隐性遗传基因bg发生突变引起，这种动物被称为Beige (bg/bg)小鼠。
Beige小鼠内源性NK细胞发育和功能缺陷，血液凝固和巨噬细胞活性也有缺陷，其免疫抗肿瘤杀伤作用出现较晚，缺乏细胞毒性T细胞功能，对同种、异种肿瘤细胞的体液免疫功能减弱，欠缺巨噬细胞的抗肿瘤活性、杀伤细胞活性等。应用于免疫学领域，对各种致病因子较敏感，需良好SPF环境。
品系
Beige小鼠
背景
B6
缺陷
NK细胞缺陷
缺陷基因
Bg
特点
NK细胞活力缺乏，中性粒细胞作用减弱，体液反应受损，溶酶体功能缺损。
4、SCID小鼠
SCID是由Severe Combined Immune-deficiency缩写而来，最早此一症状是1950年在人类的婴儿中发现，其后在阿拉巴马也发现有相似的症状出现，直到1983年才首次在CB-17品系小鼠中发现SCID症状。
Prkdc（ protein kinase, DNA activated, catalytic polypeptide）基因发生突变，导致体内B细胞与T细胞中不能完成V(D)J 重组，导致T细胞和B细胞均存在成熟缺陷（胸腺、脾、淋巴结的重量不及正常的30%），令部分人体细胞可以在该小鼠上存活。
SCID小鼠是一种比裸鼠更为严重的免疫缺陷型小鼠，它无疑是继裸鼠之后又一种有价值的免疫缺陷动物。SCID小鼠在肿瘤学、免疫学、微生物学、生殖医学等领域研究中得到广泛应用，是PDX模型的良好宿主。SCID小鼠最初被用作人造血干细胞和外周血单核细胞移植的受体，但是移植效率并不高。
少数SCID小鼠，在青年期可出现一定程度的免疫功能恢复，此即为SCID小鼠的渗漏现象。其渗漏现象不遗传，但与小鼠的年龄、品系、饲养环境有关。SCID小鼠极易感染，在高度洁净的SPF环境下可存活1年以上。
品系
SCID小鼠
背景
CB-17
缺陷
联合免疫缺陷
缺陷基因
Prkdc
特点
T细胞和B细胞数量减少，细胞和体液免疫功能缺损，胸腺脾脏和淋巴结的重量约为正常鼠的1/3，易死于感染。
5、NOD/SCID小鼠
与普通SICD相比NK细胞活性低，具有更低的免疫恢复几率。NOD-SCID小鼠是在SCID小鼠的基础上，通过与非肥胖性糖尿病小鼠NOD/Lt杂交而成的一种重度免疫缺陷动物。NOD-SCID小鼠既有先天免疫缺陷，又有T和B淋巴细胞缺乏，各种肿瘤细胞可以植入，且较少发生排斥反应及移植物抗宿主病(GVHD)。其免疫缺陷程度高但是免疫渗漏少，一度成为应用最广的免疫缺陷模型。
品系
NOD/SCID小鼠
背景
NOD
缺陷
联合免疫缺陷
缺陷基因
Prkdc
特点
T细胞、B细胞缺失，缺乏补体活性，不发生自发免疫性糖尿病，NK细胞和巨噬细胞活性降低，免疫渗漏低。
6、NPG小鼠（NOD-scid-Il2rgnull）
是在NOD/SCID背景下通过引入IL2受体蛋白的γ链基因（IL2rg）敲除小鼠，也被称为NSG或NOG小鼠。NOG（日本）和NSG（美国）的区别在于，NOG小鼠缺失IL-2Rγ胞内结构域，而NSG小鼠则完全缺失IL-2Rγ。
IL2受体蛋白的γ链是具有重要免疫功能的细胞因子IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21高亲和力受体的关键组成部分，为受体传导这些细胞因子信号所必需，基因敲除后机体免疫功能严重降低，尤其是NK细胞的活性几乎丧失。
所以NPG小鼠既缺乏T、B淋巴细胞，也缺乏功能性的NK细胞，是迄今世界上免疫缺陷程度最高的小鼠模型。同时，NPG小鼠被公认为世界上最好的进行人源异种移植的受体，在此小鼠中人类造血干细胞和外周血单个核细胞的移植变得容易了很多。目前这种小鼠已被广泛用于造血，免疫，药物，病毒和肿瘤等多方面的人源化模型的研究。
品系
NPG小鼠
背景
NOD
缺陷
联合免疫缺陷
缺陷基因
Prkdc，IL2受体蛋白的γ链基因（IL2rg）
特点
T细胞、B细胞、NK细胞和巨噬细胞缺失，缺乏补体活性，淋巴瘤发病率低，免疫渗漏低，对辐射敏感。
7、NRG小鼠
NOD/SCID小鼠敲除Rag1和IL2rg，Rag2突变使小鼠T和B细胞缺失；Il2rg敲除小鼠引起NK细胞数量减少，活性丧失。
品系
NRG小鼠
背景
NOD
缺陷
联合免疫缺陷
缺陷基因
Prkdc，IL2受体蛋白的γ链基因（IL2rg），Rag1
特点
T细胞、B细胞、NK细胞和巨噬细胞缺失，T细胞无法进行循环，缺乏补体活性，耐受辐射和放疗药物。
8、BRG小鼠
BRG小鼠是在BALB/c背景的小鼠中引入Rag1-/-或Rag2-/-突变以及IL-2Rγ缺失，表现为T、B细胞缺失和NK细胞无活性。这是一种超级免疫缺陷小鼠，对开展人源化研究、传染病研究、自身免疫性疾病研究以及异种移植试验研究非常有用。
该类小鼠为了有效达到无血清免疫球蛋白和无正常功能的B细胞和T细胞，使用RAG-1与RAG-2基因缺陷的小鼠杂交，由于此两种RAG基因所表现的蛋白在V（D）J重组中占重要的角色，因此RAG基因缺陷小鼠，就能达到无血清免疫球蛋白和无正常功能的B细胞和T细胞，不存在渗漏的个体，也可能是未来取代SCID小鼠成为理想细胞移植接受者的动物模型。
品系
BRG小鼠
背景
BALB/c
缺陷
联合免疫缺陷
缺陷基因
IL2受体蛋白的γ链基因（IL2rg），Rag1或Rag2
特点
T细胞、B细胞、NK细胞和巨噬细胞缺失，T细胞无法进行循环，缺乏补体活性，细胞移植效率高，耐受辐射。
结语
免疫缺陷小鼠是一类广泛应用的模型工具，由于其免疫功能受损，体质脆弱，在饲养此类小鼠的过程中，如果实验室洁净度不够级别或饲养时不注意操作规范，很容易让小鼠感染而死亡，因此理论上免疫缺陷小鼠应饲养于隔离环境中。
参考文献：
1. Shultz L D , Ishikawa F , Greiner D L . Humanized mice in translational biomedical research.[J]. Nature Reviews Immunology, 2007, 7(2):118-130.
2. 《实验动物学》第2版
