同为免疫缺陷小鼠，不同品系究竟有何差异？

前言免疫缺陷小鼠是一类免疫系统组分缺失、功能存在先天缺陷的模式动物传统应用场景广泛覆盖人源肿瘤细胞移植CDX、人源肿瘤组织移植PDX研究也可通过移植人外周血单个核细胞PBMC、人源造血干细胞CD34 HSC构建人源免疫重建模型。近年细胞与基因治疗CGT赛道进入高速发展期该类药物的非临床安全性评价多以免疫缺陷小鼠等基因工程动物、替代试验系统为核心载体。而药物安评领域对不同品系免疫缺陷小鼠的特征差异仍存在认知壁垒裸鼠、NOD 小鼠、NSG 小鼠等常用模型的核心区别是什么 本文将梳理主流免疫缺陷小鼠品系的发展脉络与功能差异。1、无胸腺裸鼠Nude Mouse1962 年全球首株免疫功能缺陷小鼠在英国 Ruchill 医院被发现因通体被毛缺失被命名为裸鼠Nude Mouse。该品系的核心致病突变为 Foxn1 基因功能缺失导致小鼠先天缺乏功能性胸腺无法完成 T 淋巴细胞的正常发育与成熟。受此影响裸鼠的 T 细胞介导适应性免疫应答、辅助性 T 细胞调控的抗体生成过程均存在缺陷对同种异体或异种移植物的排斥反应极弱因此成为最早应用于人肿瘤异种移植的受体模型。但裸鼠仍保留完整的 B 细胞与 NK 细胞功能且 NK 细胞活性高于野生型小鼠先天免疫的存在限制了部分人源肿瘤的移植成功率同时随着周龄增长裸鼠会出现一定程度的 T 细胞渗漏现象免疫缺陷的稳定性会随之下降。 繁育层面由于纯合雌性裸鼠乳腺发育不全该品系常规采用杂合雌性与纯合雄性交配的繁育方案。2、重症联合免疫缺陷小鼠SCID1983 年美国 Fox Chase 癌症研究所 Bosma 团队在 CB17 近交系小鼠中发现 16 号染色体上的 Prkdc 基因存在隐性突变由此首次报道了缺乏功能性 T、B 淋巴细胞的重症联合免疫缺陷Severe Combined Immunodeficient MiceSCID小鼠。SCID 小鼠外观与正常小鼠无显著差异体重发育与免疫细胞发育的微环境结构均无异常但胸腺、脾脏、淋巴结等免疫器官中不存在功能性成熟 T 细胞与 B 细胞体液免疫与细胞免疫存在双重缺陷。相较于裸鼠SCID 小鼠的人源肿瘤植入效率有明显提升但体内仍保留正常的 NK 细胞、补体系统与髓系细胞功能会阻碍人源细胞的归巢与长期维持因此人造血干细胞HSC、外周血单个核细胞PBMC的移植效果并不理想。此外Prkdc 基因的缺陷还导致 SCID 小鼠对辐照高度敏感无法通过移植前辐照预处理进一步提升植入效率。3、NOD/SCID 小鼠NOD/SCID 小鼠是在 SCID 突变的基础上与非肥胖糖尿病小鼠NOD/Lt品系杂交培育得到的重度免疫缺陷模型与普通 SCID 小鼠相比其 NK 细胞活性更低免疫渗漏的发生概率也显著下降。该品系同时兼具先天免疫缺陷与 T、B 淋巴细胞功能缺失的双重特征各类人源肿瘤细胞均可成功植入且移植后排斥反应、移植物抗宿主病GVHD的发生率更低。凭借更高的免疫缺陷程度与稳定性NOD/SCID 小鼠曾一度成为应用范围最广的免疫缺陷模型。4、IL2rg 基因敲除小鼠IL2rg-/-X 连锁重症联合免疫缺陷X-SCID是一类 X 染色体隐性遗传的免疫缺陷疾病核心表现为外周血 T 细胞、NK 细胞数量显著减少B 细胞数量正常但抗体分泌功能严重受损其致病基因为编码 IL-2 受体 γ 链IL-2Rγc的 IL2RG 基因。IL-2 受体 γ 链是 IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15、IL-21 等多种关键免疫细胞因子高亲和力受体的共同亚基是上述细胞因子完成下游信号传导的必需组分。该基因敲除后机体免疫功能会出现严重下降其中 NK 细胞活性几乎完全丧失。1995 年研究人员通过基因靶向敲除技术成功构建 IL2rg 全敲小鼠IL2rg-/-。该品系 T、B 淋巴细胞的发育与功能均存在严重障碍且 NK 细胞发育被完全阻断为构建更高程度免疫缺陷的小鼠模型奠定了基础可有效降低人源细胞与组织移植后的排斥反应。5、NPG/NSG/NOG 类重度免疫缺陷小鼠NOD-SCID-Il2rgnull在 NOD/SCID 小鼠背景上引入 IL2rg 基因敲除即可得到目前全球免疫缺陷程度最高的小鼠模型 ——NOD-SCID-Il2rgnull 小鼠也常被称为 NPG、NSG 或 NOG 小鼠。其中不同来源品系存在细微差异日本培育的 NOG 小鼠为 IL-2Rγ 胞内结构域缺失美国培育的 NSG 小鼠为 IL-2Rγ 全长完全缺失二者核心免疫缺陷特征高度一致。这类品系同时缺失功能性 T 细胞、B 细胞与 NK 细胞补体活性与巨噬细胞对人源细胞的吞噬能力也显著降低是目前公认的人源异种移植最优受体模型人源造血干细胞HSC、外周血单个核细胞PBMC的移植效率与维持时间均远优于前代模型。目前国内已实现该类重度免疫缺陷小鼠的自主研发例如赛业生物的 C-NKG 小鼠、南方模式生物的 M-NSG 小鼠均为 NOD/SCID 背景敲除 Il2rg 基因得到的品系。这类小鼠可高效支持人造血干细胞移植、PBMC 移植、患者来源肿瘤异种移植物PDX及成体干细胞与组织的植入是细胞与基因治疗CGT产品非临床安全性评价的理想模型。结语从初代裸鼠到 SCID、NOD/SCID再到 NOD/SCID Il2rgnull 类重度免疫缺陷模型免疫缺陷小鼠的品系迭代始终围绕降低免疫排斥、提升人源移植效率的方向发展免疫缺陷程度逐步加深应用场景也从传统肿瘤研究拓展至细胞与基因治疗评价等新兴领域。但各类免疫缺陷小鼠模型仍存在各自的局限性实际研究中需结合受试物特点、实验目的与品系特性综合选择模型科学判定毒性试验结果。