免疫缺陷小鼠是指一种或多种免疫系统组成成分缺陷的小鼠。随着基因编辑技术的不断发展，越来越多的免疫缺陷小鼠品系被研发出来，在免疫学，传染病学，肿瘤学，干细胞生物学等研究领域中发挥着越来越重要的作用。

品系繁多的免疫缺陷小鼠，

到底应该如何选择呢？

比较免疫缺陷小鼠时，

我们可以从以下这些方面考量：

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      遗传背景

小鼠的遗传背景不同会导致不同的免疫反应与表型，比如不同背景的小鼠H2单体型不同：

不同遗传背景的Prkdcscid突变小鼠，功能淋巴细胞的泄漏程度也不同：在 C57BL/6J 和 BALB/c 背景上泄漏率高；在C3H背景上较低；在NOD背景上极低。

再例如，Nude裸小鼠就有3种不同的背景：BALB/c Nude、nu/nu、CD-1 Nude。其中BALB/c Nude为近交系，个体差异小，最常用于异种移植瘤模型的建立，成瘤所需肿瘤细胞接种量以及成瘤速度较后两者也都具有一定的优势；Nu/Nu和CD-1 Nude为封闭群，个体差异较大。

2

      免疫系统缺失成

不同免疫缺陷小鼠免疫系统缺失的成分不同，有缺失某种淋巴细胞的，也有缺失多种淋巴细胞的：

· T 淋巴细胞功能缺陷

例：Nude裸鼠

· B 淋巴细胞功能缺陷

例如：CBA/N小鼠

· NK细胞功能缺陷

例如：Beige小鼠

· 联合免疫缺陷

例如：Scid小鼠、M-NSG小鼠等

3

      突变基因

在研究过程中，考虑某个或某几个基因的突变对免疫反应的影响（如NK细胞、巨噬细胞和补体活性等），以及与遗传背景可能的相互作用。例如，β2微球蛋白（B2m）和穿孔素（Prf1）突变会降低NK细胞活性；白介素2受体γ链（Il2rg）突变则使NK细胞完全失活；Prkdcscid突变在NOD小鼠中会抵抗糖尿病的发生等。

免疫缺陷相关靶基因及其功能：

· Foxn1: Foxn1纯合突变会导致小鼠无胸腺，无毛，T细胞缺失。因此对胸腺依赖的抗原没有响应，不排斥同种和异种移植物移植。

· Prkdc: Prkdc（protein kinase, DNA-activated, catalytic polypeptide）基因主要编码DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PK）的催化亚基，是参与双链DNA断裂修复、免疫球蛋白和T细胞受体可变(V)、多样性(D)、连接(J)区段重组的重要基因。Prkdcscid突变代表严重的联合免疫缺陷，表现为缺失T、B细胞，无法介导细胞和体液免疫，不排斥同种和异种移植。

· IL2rg: Interleukin-2受体gamma链（IL-2Rγc，又称CD132)是具有重要免疫功能的细胞因子Il2、Il-4、Il-7、Il-9、Il-15和Il-21的共同受体亚基，该基因敲除后的小鼠机体免疫功能严重降低，尤其是NK细胞的活性几乎丧失。

· Rag1: Rag1（recombination activating gene 1）对于在T和B细胞中产生功能性抗原受体的V(D)J重排是必不可少的。Rag1缺失纯合子缺乏成熟的功能性T和B细胞。NOD背景上Rag1突变可使NOD小鼠抵抗糖尿病。 

· Prf1: Prf1穿孔素（perforin）也称为成孔蛋白(PFP)，在NK细胞和CD8+T细胞上都有表达，是CD8+T细胞和NK细胞通过裂解途径杀伤靶细胞的主要毒性蛋白。

· B2m: B2m（beta-2 microglobulin）是MHC I类分子正常表达、CD8+ T细胞成熟以及NK细胞发育的必需蛋白。

看完上面的介绍，相信大家对免疫缺陷小鼠的方方面面已经有了一定的了解，那么每种免疫缺陷模型的特点是什么，主要有哪些应用方向呢，我们直接上总结表格：

M-NSG重度免疫缺陷小鼠应用示例

我们以当前免疫缺陷程度最高，适用研究领域广泛的重度免疫缺陷小鼠M-NSG为代表，以具体的研究案例为基础，给大家介绍一下免疫缺陷小鼠在科研中的实际应用.

1

               CDX造模

细胞株移植瘤模型 (Cell Derived Xenograft, CDX) 是将体外传代培养的肿瘤细胞接种至免疫缺陷小鼠而形成的模型。M-NSG小鼠是CDX模型构建的理想载体，模型构建成功率高；各类人源细胞系，都可以使用 M-NSG小鼠进行皮下或原位瘤模型建立，并开展相应的体内药理药效学研究。M-NSG小鼠比NOD-scid和裸鼠有更明显的CDX建模优势。

图2. A549 肺肿瘤细胞（A）或 Raji 淋巴瘤细胞（B）在 M-NSG 小鼠上的成瘤验证。

如上图所示，将A549 肺肿瘤细胞系和Raji淋巴瘤细胞系分别接种到不同免疫缺陷小鼠上，在不同的时间点测量肿瘤体积，可以看到M-NSG小鼠的成瘤效果最佳。目前，我们已经验证了近百种细胞系在M-NSG上的成瘤效果，相关成瘤数据可在南模生物官网搜索细胞系免费查阅。

表2. 基于 M-NSG 小鼠成功建立的 CDX 模型

CDX模型可用于抗肿瘤药物、CAR-T细胞等的药效验证，示例如下：

图3. 淋巴癌（Raji）CDX模型进行抗人CD47抗体药效验证实验。

图4. 肺癌（A549）CDX模型进行CAR-T药效验证实验

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      PDX造模

人源性组织异种移植模型(patient-derivedxenografts , PDX)是将肿瘤患者的肿瘤组织移植至重症免疫缺陷型小鼠体内而形成的模型。PDX模型可以较完整地保持患者肿瘤原有的生物学特征、病理分型、分子标志物表达、基因突变类型等，在临床前实验中应用广泛。PDX模型构建流程大致如下：

图5 PDX模型构建流程

南模生物已成功建立多个癌种的PDX模型，仅肝癌PDX模型就超过60多种。这些PDX模型可以从各方面复制病人肿瘤的异质性，包括其分子层面, 基因层面和组织层面上的复杂性。我们可以使用PDX快速测试和分析药物疗效，PDX肿瘤模型亦可以用于临床前测试，通过模拟第二期临床试验中癌症病人的规模，以帮助药物开发。

图6. 肝癌PDX模型成瘤验证

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      Hu-PBMC重建

Hu-PBMC模型，或者被称为Hu-PBL（perihperal blood lymphocyte, PBL）模型，是一种构建较为简单和经济的免疫系统人源化小鼠模型。Hu-PBMC模型的移植方式主要有腹腔注射与尾静脉注射，通常以4-6周龄的M-NSG小鼠作为移植受体，PBMC移植/接种量通常在5~10*10^6/小鼠。该模型常被用于研究人效应T细胞的活化以及评估免疫抑制药物。

图7. Hu-PBMC模型的构建示意图

Hu-PBMC 模型的准备期较短。在移植PBMC后，最快一周就可以检测到人CD3+ T细胞；大约2周左右，免疫细胞就会快速重建；大约4周左右，小鼠外周血中可检测到约50%的人CD45+细胞，其中约90%为CD3+T细胞，CD4+: CD8+T细胞比率约为1:1。但是，Hu-PBMC模型会发生致死性的移植物抗宿主病（GvHD），程度与人T细胞的植入直接相关，可以通过小鼠体重的减轻来评估。一般移植后2-3周就会出现GvHD，因此实验观察窗较短。

图8. Hu-PBMC重建模型中外周血淋巴细胞亚群的分析

Hu-PBMC药效验证示例

图9. Hu-PBMC荷瘤小鼠模型抗肿瘤药效验证示例

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       Hu-HSC重建

Hu-HSC模型，也叫hu-CD34+，或叫hu-SRC（scid-repopulatingcell），已经被广泛应用于研究人类造血发育、细胞介导的免疫反应以及HIV和EBV等病毒感染性疾病中。 其构建方式是将来自人脐带血、骨髓、G-CSF激活的外周血或胎肝的人CD34+ HSCs通过静脉内（i.v.）或股骨内（i.f.）注射到成年免疫缺陷小鼠M-NSG中，得到的小鼠可以产生多种造血干细胞。

图10. Hu-HSC模型的构建示意图

如图11所示，人造血干细胞 (HSCs) 移植 M-NSG 小鼠重建造血系统后，可以观察到人源CD45+ 免疫细胞在小鼠外周血水平不断升高，包括人源T（CD3+ CD4+和CD3+CD8+cells）、B（CD19+cells ）、NK淋巴细胞（CD56+CD16+cells ）及单核细胞（CD14+CD11b+cells）等。但是因为重建所用的重度免疫缺陷鼠没有人T细胞发育所必需的人的胸腺，因此重建后的T细胞免疫功能是有缺陷的。

图11. 人造血干细胞（HSCs）移植入小鼠体内20周时各类造血/免疫细胞的比例

Hu-HSC药效验证示例

图12. Hu-HSC荷瘤小鼠模型抗肿瘤药效验证示例

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       M-NSG衍生品系

随着肿瘤免疫的进一步深入，研究者有时发现移植PBMC后，实验窗口期不够；髓系细胞无法在重度免疫缺陷鼠体内顺利重建；人源化重建后的小鼠无法表达浸润性巨噬细胞等。为了克服上述困难，我们进一步开发出针对这些挑战的M-NSG衍生品系，详见下表！

例如在M-NSG小鼠上进一步人源化IL15基因，得到的NVG-hIL15小鼠，在进行免疫系统重建时，可以得到更高比例的NK细胞，用于CAR-NK细胞治疗等方面的药效研究。

图13. 人源PBMC来源NK细胞重建小鼠。(A) 实验流程图；(B) NVG-hIL15小鼠体内NK细胞比例的变化；(C) K562肿瘤细胞在NVG-hIL15小鼠体内的增殖情况。

图14. CAR-NK92细胞在NVG-hIL15小鼠体内对肿瘤细胞的杀伤毒性。(A) 实验流程图；(B) MIA PaCa-2肿瘤细胞在NVG-hIL15小鼠体内的增殖情况。

南模生物作为一家专注于模式生物领域的高新技术企业，始终以编辑基因、解码生命为己任，专业从事遗传修饰动物模型的研发、饲养繁育和分析检测。致力于为全球高校、科研院所、医院、制药企业提供全面、便捷、专业的模式生物技术服务和模型资源。