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肿瘤免疫是近些年的研究热点领域，国自然中标数量也在逐年攀升。近年来随着对生命科学认识的加深，免疫系统在机体生理病理过程中的重要性逐渐展露， 但是小鼠与人的免疫系统差异较大，如何在小鼠体内进行人的免疫系统功能研究成为解决这些疾病面临的巨大考验。

近十年肿瘤免疫年度中标量

20 世纪 60 年代，裸鼠（ Nude ）的出现为解决这一问题提供了良好的思路，随后各种免疫系统缺陷的小鼠陆续被发现或被研发出来，使得在小鼠体内重建人的免疫系统成为可能。

今天简单聊一聊 免疫系统人源化小鼠 ，也叫 免疫系统 重建模型 （ HIS, Humanized Immune System Mice ） ，主要包含以下内容：

一、 免疫缺陷小鼠的发展与种类

二、 移植细胞及对应免疫 重建模型

三、 HIS 可应用于免疫相关的多种领域

四、 HIS 的使用或成为重要研究意义和临床转化的关键

一、 免疫缺陷小鼠的发展与种类

1962 年，英国科学家 Isaacson 和 Cattanach 首次发现并报道了无胸腺裸鼠（ Nude mice ），这类小鼠 因 Foxn1 基因突变 导致胸腺缺失， 缺乏功能性 T 细胞 ，成为首个被广泛应用的免疫缺陷动物模型 。裸鼠的诞生为异种移植和免疫学研究提供了关键工具， 但其保留的部分 B 细胞和 NK 细胞活性仍限制了某些实验应用。

1980 年 NOD （ Non-Obese Diabetic ，非肥胖型糖尿病）小鼠被培育筛选出来成为用于研究人类 1 型糖尿病的重要小鼠模型，该小鼠糖尿病发病与 MHC II 类分子（ H2-Ag7 ）的独特单倍型密切相关， 该分子呈递 自身抗原的能力异常，导致自身反应性 T 细胞激活 。 更重要的是 后续发现 NOD 小鼠还表现出 胸腺选择缺陷、调节性 T 细胞（ Treg ）功能异常以及 B 细胞自身抗体产生等免疫失调 特征 ，为人类自身免疫疾病研究提供了关键线索。

1983 年，美国科学家 Bosma 在 CB-17 品系中发现了严重联合免疫缺陷 （ SCID ）小鼠，其 Prkdc 基因突变导致 T 、 B 细胞发育受阻，但 NK 细胞和部分先天免疫功能仍存在 。 SCID 小鼠 的推出显著推动了人类造血干细胞和肿瘤移植研究。为进一步提升人源化模型的效率， 1990 年代研究者通过 NOD 小鼠和 SCID 小鼠杂交培育出 NOD-scid 小鼠，其巨噬细胞和补体功能减弱，更适合人源细胞植入 。

21 世纪初，基因编辑技术的突破催生了更彻底的免疫缺陷模型。 2002 年，缺失 IL-2 受体γ链的 NSG （ NOD-scid IL2rg⁻/⁻ ）和 NOG （ NOD/Shi-scid IL2rg⁻/⁻ ）小鼠问世，该突变导致 NK 细胞功能丧失，形成 T 、 B 、 NK 细胞三重缺陷，使人源细胞植入率突破性提高。 近年来， CRISPR 等技术的应用进一步产生了如 BRGS （ Balb/c Rag 2⁻/⁻ IL2rg⁻/⁻ SIRPα⁺ ）等新型模型，通过优化遗传背景提升人源化水平。

早期，国内研究人员在免疫缺陷鼠应用研究中不得不从国外进口 NSG 或 NOG ，昂贵的运费和较长的周期使很多青年学者望而却步，同时这也成为国内巨大的市场空缺，因此众多模型公司开始着手研发具有国内知识产权的免疫缺陷鼠模型，涌现出了如今 国内广泛使用的 NCG （ NOD 小鼠中敲除 Prkdc 及 Il2rg ）、 M-NSG （ NOD-SCID 小鼠中敲除 Il2rg ）等免疫缺陷鼠模型 。

免疫缺陷小鼠构建、发展及特点

总而言之，目前市场上广泛应用的免疫缺陷小鼠模型都是在 NOD 、 Balb/c 等不同的小鼠背景中对 Foxn1 、 Prkdc 、 IL2rg 、 Rag 、 SIRPα 等免疫系统关键基因进行突变、敲除，或进行不同免疫缺陷鼠之间的杂交，以破坏免疫细胞的形成与发育，最终达到摧毁小鼠原有免疫系统的目的 。

免疫缺陷鼠与野生型小鼠体内免疫细胞种类及数量概况

（ https://www.linkedin.com/pulse/mouse-models-research-using-human-immune-cells-gempharmatech ）

二、 移植细胞及对应免疫重建模型

具备了免疫系统缺陷的宿主小鼠，接下来需要在宿主小鼠体内重建人的免疫系统，目前常用的方法有如下几种：

1 、人外周血单核细胞（ PBMCs ）移植构建 Hu-PBMC/Hu-PBL 模型

外周血单核细胞（ Peripheral blood mononuclear cell, PBMC) 即外周血中具有单个核的细胞，主要由淋巴细胞（ T 或 B 细胞）、单核细胞、吞噬细胞、树突状细胞和其他少量细胞类型组成，是机体免疫应答功能的重要细胞组成。

重建具体方式 是将健康人或患者外周血中的 PBMCs （富含 T 细胞）经腹腔（ i.p. ）或静脉（ i.v. ）注射到免疫缺陷宿主小鼠（常用 NOD-scid 、 NSG 、 NCG 等）中， 因为移植细胞不需要定植于骨髓，所以不需要辐照小鼠的预处理。 移植后只要 2-4 周即可快速重建功能性人 T 细胞，广泛用于肿瘤免疫研究、 PD-1/CTLA-4 抑制剂评估、 GVHD 模型、自身免疫病研究。

但模型中缺乏长期植入和 B/ 髓系细胞重建，同时 PBMC 容易诱导移植物抗宿主病（ GvHD ），表现为体重降低和系统性反应如皮肤状态、活动降低等， 一般移植后 2-3 周就会出现 GvHD ，具体出现时间和严重程度与选择的免疫缺陷鼠模型有关，因此实验周期需要严格控制在 8 周以内，主要用于短期实验。

Hu-PBMC/Hu-PBL 模型建立

（ Trends Immunol . 2018;39(9):748-763. ）

2 、 CD34 ⁺ 造血干细胞（ HSCs ）移植 构建 Hu-HSC/Hu-CD34+/Hu-SRC 小鼠 模型）

造血干细胞（ Hematopoietic stem cell, HSC ）是人体造血组织中既能自我更新、又能分化产生各系血细胞的一类细胞。 CD34 抗原是人们普遍认同的造血干 / 祖细胞的代表性表面标志，它是一个高度糖基化的 I 型跨膜糖蛋白，具有调节细胞粘附性的作用，能促进细胞对骨髓基质的粘附。

由于 HSC 定植于骨髓，进行免疫重建之前需要对免疫缺陷小鼠进行亚致死剂量辐照预处理以除去小鼠残留的免疫细胞。 通过静脉内（ i.v. ）或股骨内（ i.f. ）将来自人脐带血（ UCB ）、胎儿肝脏（ FL ）、成人骨髓（ BM ）或 G-CSF 动员的外周血 CD34⁺ 细胞注射到成年免疫缺陷小鼠中，可以产生多种造血干细胞，但 T 细胞产生量少，不具备功能性免疫细胞。或通过静脉注射（心内或肝内）将人 CD34+ HSCs 移植到新生免疫缺陷受体小鼠中（小于 4 周龄），得到良好的人细胞移植，并且产生 T 细胞、 B 细胞、巨噬细胞、 NK 细胞和 DC 细胞。 胚胎肝脏和脐带血是最常用的人 CD34+ HSCs 来源，其较成年人 HSCs 更易定植于免疫缺陷小鼠。

目前认为 Hu-HSC 模型 是最适于研究免疫治疗的动物模型之一，能建立人的固有免疫系统和淋巴细胞，通常不发生或轻微发生 GvHD ，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 等病毒感染性疾病等长期实验探究中。

不过 Hu-HSC 模型也存在一定的局限性，比如人 T 细胞在小鼠的胸腺内发育成熟，小鼠的主要组织相容性复合体（ MHC ）称为 H2 复合体，因此 T 细胞是小鼠 H2 限制性，不表达人类白细胞抗原（ HLA ）；另外，由于人和小鼠之间的种属差异，小鼠体内缺乏人的细胞因子，人类干细胞在小鼠体内发育受限。

Hu-HSC/Hu-CD34+/Hu-SRC 模型建立

（ Trends Immunol . 2018;39(9):748-763. ）

那么有没有办法能改善 Hu-HSC 模型的局限性呢？当然有！受制于文章篇幅的原因，人源化更彻底的 Hu-BLT 免疫重建模型、各模型之间对比以及 HIS 模型的应用将在下一篇中详细介绍。