在免疫学、传染病、癌症生物学、造血干细胞和再生医学等领域的研究中，免疫缺陷小鼠已经成为十分重要的模型工具。但目前免疫缺陷小鼠的品系繁多，且每种品系自身特性也有所不同。我们如何选择合适的免疫缺陷小鼠模型呢？

本期小编将对免疫缺陷小鼠进行全面盘点。

免疫缺陷小鼠发展历史

图1. 免疫缺陷鼠发展史[1]

自上世纪60年代，裸鼠作为第一类免疫缺陷品系出现以来，免疫缺陷小鼠发展至今已有80多年的历史。在这漫长的历程中，不断出现各种新的品系，我们对免疫缺陷小鼠的研究也愈发深入，下面小编将为你介绍一下常见品系的发展历程。

裸鼠

1962年，在英国格拉斯哥Ruchill医院的病毒实验室中，病毒流行病学家Norman Grist“偶遇了”一只全身无毛的小鼠，这只小鼠就是第一只被发现的裸鼠。

图2. a：雌性裸鼠纯合子（nu/nu），b：雌性裸鼠杂合子（nu/+)[2]

裸鼠的主要特征表现为无毛（Hairless）和无胸腺（Athymus）。这些表型归咎于Foxn1蛋白的隐形突变。无毛的成因并不是毛囊缺失，而是由于Foxn1功能缺失导致毛发无法穿透表皮，盘绕在基底层内。而小鼠无胸腺同样是由于Foxn1功能缺失，导致胸腺上皮细胞和T细胞祖细胞无法正常增殖和分化，影响胸腺的发育和成熟。

图3. 裸鼠毛发生长示意图

图4. 胸腺上皮细胞调控T细胞祖细胞分化

目前，裸鼠主要用作构建肿瘤的异源移植模型。根据移植来源不同分为CDX和PDX模型。但由于裸鼠只存在T细胞免疫缺陷，肿瘤移植种类只限于实体瘤，并且成瘤率、肿瘤生长和转移都会受到限制。

由于裸鼠的乳腺发育不完全，裸鼠的繁育方式主要是通过雌性杂合子和雄性纯合子进行交配。

南模生物长期提供现货裸鼠出售，如有需要，可拨打400-728-0660电话或在官网查询BALB/c Nude小鼠进行咨询。

SCID小鼠

1983年，Bosma（美国Fox Chase癌症研究所）在CB17近交系小鼠中发现位于16号染色体上的Prkdc基因存在隐性突变，并首次描述了缺乏功能性T和B淋巴细胞的严重联合免疫缺陷（Severe Combined Immunodeficient Mice，SCID）小鼠。

SCID小鼠外观与普遍小鼠无差异，体重发育正常，免疫细胞发育分化环境正常，但胸腺、脾脏、淋巴结等组织器官中无功能性T细胞及B细胞。Prkdc基因编码了DNA依赖性蛋白激酶的催化亚基（DNA-PKcs）。该蛋白是DNA修复中NHEJ通路的关键蛋白，并且参与了T、B 细胞的 T 细胞抗原受体（TCR）、B 细胞抗原受体（BCR）基因的V(D)J重排。SCID小鼠Prkdc的缺失导致TCR、BCR基因的V(D)J重排无法进行，进而影响T、B细胞的成熟。

图6. 典型DNA双链断裂的修复途径[3]

与裸鼠相比，SCID小鼠的人类肿瘤植入效率更高。SCID小鼠的免疫细胞发育分化环境正常，理论上可以用作人造血干细胞（HSCs）和外周血单核细胞（PBMC）移植的受体，但移植效率并不理想。这是因为SCID小鼠残存有NK细胞、补体及髓系细胞的正常免疫，阻止了人类细胞的归巢和维持。此外，由于Prkdc的缺失，SCID小鼠对辐照较为敏感，无法在移植前进行辐照处理。随着年龄的增长，SCID小鼠会发生免疫细胞泄露，产生一定程度的功能性T、B细胞。

RAG-/-小鼠（重组激活基因缺失小鼠）

1992年，缺失重组激活基因（Rag-/-）的免疫缺陷小鼠模型问世。重组激活基因包括 Rag1 和 Rag2 ，两者编码的RAG1和RAG2组成的RAG复合体在TCR和免疫球蛋白 V(D)J重排中起到关键作用。RAG复合体识别RSS序列并将DNA双链剪切，之后 DNA 双链通过 DNA-PKcs、Ku70/Ku80、Artemis等酶启动NHEJ，修复DNA双链完成 VDJ 重排。因此，Rag1和 Rag2 任一基因的缺失都会导致T细胞和B细胞的缺乏。

图7. VDJ重排示意图[4]

Rag1-/-和Rag2-/-小鼠的特征基本相似。与SCID小鼠相比，Rag基因缺失能更早且更完全地阻断T和B细胞分化。并且Rag基因缺失不影响DNA双链修复进程，因此Rag-/-小鼠对辐照不敏感。不过，Rag-/-小鼠保留了较高水平的NK细胞，在一定程度上也限制了人HSC细胞的移植。

南模生物提供Rag-KO小鼠出售，如有需要，可拨打400-728-0660电话或在官网查询Rag-KO小鼠进行咨询。

NOD-SCID小鼠

无论是SCID小鼠还是Rag KO小鼠，因为其固有免疫活性限制了人类组织细胞的定植率。因此，科学家们尝试通过更换小鼠背景改变这一情况。NOD SCID小鼠应运而生。

1980年， Makino（日本Shionogi公司）发现非肥胖糖尿病（NOD）小鼠患有由T淋巴细胞浸润和胰岛β细胞破坏引起的糖尿病，同时还伴有多种免疫异常，包括补体缺失和NK、巨噬细胞和树突状细胞功能受损等。

图8. NOD小鼠免疫异常细胞

1995年，Shultz通过杂交NOD和SCID小鼠建立了NOD SCID小鼠。NOD SCID小鼠不会发生糖尿病，缺乏T细胞和B细胞，患有低丙种球蛋白血症，补体活性降低，抗原呈递细胞（APC）、巨噬细胞和NK细胞的功能受到损害。因此成为人类造血干细胞和人类实体瘤移植的更好的受体。此外，Shultz等研究发现，SCID小鼠免疫渗漏高达90%，而NOD SCID小鼠则低于10%。NOD SCID小鼠一度成为造血细胞研究中应用最广、最为重要的移植模型。

南模生物长期提供现货NOD SCID小鼠出售，如有需要，可拨打400-728-0660电话或在官网查询NOD SCID小鼠进行咨询。

IL2rg-/-小鼠

X连锁重症联合免疫缺陷症（X-SCID）是一种 X 染色体隐性遗传的免疫缺陷病，表现为外周血T细胞和NK细胞的缺乏，B细胞通常存在但几乎没有免疫球蛋白。X-SCID是由IL2RG 基因突变引起的，该基因编码干扰白细胞介素2（interleukin2, IL-2）受体gamma链（IL-2Rγc）。

图9. X-SCID疾病患者

IL-2Rγc是形成高亲和力受体的重要组成部分，能编码重要的信号通路组成因子（如细胞因子IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21），这对于淋巴细胞和NK细胞的发育至关重要。

图10. IL-2Rγc相关细胞因子[5]

1995年，通过靶向敲除IL2rg基因，获得了IL2rg-/-小鼠。它们的T细胞和B细胞发育和功能严重受损，且NK细胞发育被完全阻断。IL2rg-/-小鼠的产生使更多固有免疫缺陷小鼠模型成为可能，可以大大降低人体细胞和组织的排斥率。

IL-2Rγ与Jak3激酶相互作用进行信号转导，因此，Jak3缺失的Jak3-/-小鼠与IL2rg-/-小鼠类似，也缺乏NK细胞且T、B淋巴细胞减少。

南模生物提供IL2rg-KO小鼠出售，如有需要，可拨打400-728-0660电话或在官网查询Il2rg-KO小鼠进行咨询。

M-NSG小鼠

IL2rg缺陷小鼠，为免疫缺陷小鼠品系的构建提供了新的思路。各地科学家们纷纷尝试将IL2rg缺陷引入NOD SCID小鼠，构建免疫缺陷程度更高的小鼠。南模生物在NOD SCID小鼠中敲除Il2rg基因，成功构建出了M-NSG小鼠。

介绍了这么多，相信大家已经初步掌握免疫缺陷小鼠的相关知识。免疫缺陷小鼠一直备受关注，其在肿瘤模型构建及人源化免疫系统重建等方面有着广泛应用，是疾病相关机理研究、临床前药物筛选、药效学和安全性评价的重要载体。

Reference:

[1] Shultz LD, Ishikawa F, Greiner DL. Humanized mice in translational biomedical research. Nat Rev Immunol. 2007;7(2):118-130. doi:10.1038/nri2017

[2] Szadvari I, Krizanova O, Babula P. Athymic nude mice as an experimental model for cancer treatment. Physiol Res. 2016;65(Suppl 4):S441-S453. doi:10.33549/physiolres.933526

[3] Yue X, Bai C, Xie D, Ma T, Zhou PK. DNA-PKcs: A Multi-Faceted Player in DNA Damage Response. Front Genet. 2020;11:607428. Published 2020 Dec 23. doi:10.3389/fgene.2020.607428

[4] Soulas-Sprauel P, Rivera-Munoz P, Malivert L, et al. V(D)J and immunoglobulin class switch recombinations: a paradigm to study the regulation of DNA end-joining. Oncogene. 2007;26(56):7780-7791. doi:10.1038/sj.onc.1210875

[5] Spolski R., Gromer D., Leonard W.J. The γ c family of cytokines: fine-tuning signals from IL-2 and IL-21 in the regulation of the immune response. F1000Res 23;6:1872(2017).

[6] Kwong LS, Brown MH, Barclay AN, Hatherley D. Signal-regulatory protein α from the NOD mouse binds human CD47 with an exceptionally high affinity-- implications for engraftment of human cells. Immunology. 2014;143(1):61-67. doi:10.1111/imm.12290