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人源化小鼠模型huNOG™ 和 huNSG™的比较

2018-01-26

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之前的文章回顾了人源化小鼠模型,了解了hPBMC小鼠模型和hCD34+小鼠模型之间的不同,以及如何选择小鼠模型,简单介绍了不同类型的HSG人源化小鼠模型,这篇文章将进一步详细介绍可用的模型类型以及不同的优点。

免疫缺陷型小鼠模型的发展历史

小鼠品系 缩写 免疫功能特征 相关移植 供应商
PDX瘤块 血液瘤 HIS*
Athymic nude mice Nude, BALB/c nude T细胞功能缺陷,保留记忆细胞、巨噬细胞、NK细胞、树突状细胞 + + 多家
C.B17-scid SCID T、B细胞功能缺陷,保留NK细胞、巨噬细胞、树突状细胞 + +/- +/- 多家
NOD-scid NOD NOD scid T、B细胞功能缺陷, NK细胞、巨噬细胞、树突状细胞大量减少 ++ + + 多家
NOD.cg-Prkdcscid IL2rgtm1Sug NOG T、B、NK细胞功能缺陷,免疫细胞先天缺陷,缺乏IL2rg#胞质结构域,有细胞因子但没有信号通路。 +++ ++ +++ Taconic生物科技(CIEA NOG小鼠)
NOD.Cg-Prkdcscid IL2rgtm1Wjl NSG T、B、NK细胞功能缺陷,免疫细胞先天缺陷,IL2rg无效突变,没有细胞因子及信号通路 +++ ++ +++ Jackson实验室

与基因工程小鼠或同源模型相比,人源化的小鼠是免疫肿瘤学医疗设备中新近添加的一种。免疫缺陷小鼠是人源化小鼠模型的基础。经过多年对免疫缺陷小鼠的改进,才发展成为人源化小鼠模型。

第一只用于移植人类细胞的小鼠是二十世纪六十年代发现的无胸腺裸鼠。裸鼠的Foxn1基因具有突变,导致胸腺恶化或缺失,最终导致T细胞数量大大减少。

尽管可以移植人类细胞,并且已经在裸鼠中建立了许多人源肿瘤细胞系,但是剩余的少量T细胞和残余免疫系统(例如功能健全的自然杀伤细胞)限制了该模型的使用。

C.B17-Scid小鼠模型允许部分人类免疫系统互补

接下来是八十年代的C.B17-Scid小鼠。SCID小鼠的Prkdscid基因会发生自然突变,严重损害了V(D)J重组,因此小鼠的免疫系统无法发育成熟,也就不会产生T细胞和B细胞。

通过使用HSC等途径,人类免疫系统可以达到一定程度的移植和再增殖,但在这些小鼠中的移植水平并不是最佳的,因为增殖的人类免疫细胞的数量非常低。人类免疫系统的功能也受到限制,因为小鼠NK细胞仍然具有功能性。SCID小鼠也是“有漏洞的”——随着年龄的增长,小鼠将自发产生T细胞和B细胞,因此仍然需要改进模型。

为减少NK细胞活性而开发的NOD-SCID小鼠

为了克服SCID小鼠的局限性,该小鼠与一种新开发的非肥胖型糖尿病(NOD)小鼠杂交。NOD是一种1型糖尿病模型,因胰岛炎而自发产生,并且具有缺乏活性的NK细胞(缺乏循环补体)。此外,该模型的巨噬细胞和抗原提呈细胞(APCs)将会分化直至功能缺失。

通过NOD小鼠和SCID小鼠产生的NOD-SCID小鼠的T细胞和B细胞功能都有缺陷,同时在巨噬细胞功能、补体依赖性溶血活性和NK细胞活性方面均有所增加。据报道,在NOD-SCID小鼠中的人源细胞移植水平比亲本SCID小鼠高5-10倍。

该小鼠品种成为多年来人类免疫细胞移植的黄金标准模型,然而,它仍有局限性。一些NK细胞依然有活性,随着年龄增长,SCID小鼠也会出现 “漏洞”状况——产生B/T细胞。小鼠的生存时间也缩短了,限制了长期研究。

根本性的突破:IL-2受体γ链突变模型

2002年,研究者在开发能够支持大量人类免疫细胞的长期植入的高度免疫缺陷模型方面有重大突破—-开发出了NOG小鼠。

这需要在NOG-SCID小鼠的IL-2受体γ(IL2rγ)链上添加靶向突变,这是一系列细胞因子的高亲和力受体的重要组成部分,其本身对T/B细胞及NK细胞的发育是必需的。因此产生的小鼠缺乏IL-2rγ胞质结构域和某些免疫细胞和功能。

NOG小鼠表现出长期稳定的移植和造血能力

NOG小鼠缺乏成熟的T/B细胞和NK细胞,补体活性减少,以及巨噬细胞和树突状细胞功能紊乱。因此,NOG小鼠为人类免疫细胞的移植创造了理想的模型。

移植人源CD34+HSCs产生的HuNOG小鼠在12-16周内具有稳定多细胞谱系。它的外周血、骨髓、胸腺和脾脏中存有人源的淋巴细胞,并且它是长期模型,具有一年或更长时间的稳定的移植和造血功能。

NSGTM小鼠提供高度免疫缺陷小鼠模型

随后,IL-2受体γ突变进一步开发了。NSG小鼠有一个完整的IL-2受体γ链无效等位基因。NSG小鼠与NOG小鼠类似, T/B细胞和NK细胞缺失,补体活性缺乏,巨噬细胞和树突状细胞有缺陷。

研究人员对人源化NSG(HuNSG)小鼠进行造血干细胞移植以发展包括T/B细胞、树突状细胞和单核细胞的功能性的人源免疫系统。该系统有健康成熟的T细胞以及T细胞相关炎症反应。

下一代小鼠模型促进骨髓再生

尽管NOG和NSG小鼠是非常有用的人源化模型,但是它们仍然缺乏骨髓谱系和NK细胞重现的水平。尽管NOG和NSG小鼠是非常有用的人源化模型,但是它们仍然缺乏骨髓谱系和NK细胞重现的水平。如今,各种各样的下一代超级免疫缺陷模型(如huNOG-XL 和 huNSG-SGM3)已经被开发出来。下表将展示这些模型与NOD scid 小鼠、NOG小鼠和NSG小鼠的细胞因子表达及髓细胞系的对比。与亲本模型相比,这些模型显示出更高效的免疫细胞移植和骨髓再生。

小鼠品系
NOD scid
1.免疫缺陷程度比裸鼠更高
2.NOD背景
(1)补体活性减少
(2)树突状细胞功能减少
(3)巨噬细胞功能缺陷
3.scid(Prkdc)突变抑制T细胞和B细胞发育成熟
4.高度免疫缺陷可以转移某些血液瘤细胞系
5.经常引起胸腺淋巴瘤
6.随着小鼠年龄增长,产生T细胞和B细胞
鼠源免疫 系统
NSG
1.以NOD scid为基础
2.缺乏NK细胞导致 “γ”(IL2rg)突变
(1)包含6个白介素(IL-2,-4,-7,-9,-15,-21)
(2)免疫系统功能再次降低,增强scid突变效应
NSG-SGM3
1.以NSG小鼠为基础,缺乏小鼠免疫系统
2.除此之外,因CMV启动子引起人源细胞因子IL-3,GM-CSF以及SF转基因的表达
人源免疫系统
huNSG
1.转移B细胞(CD19+),T细胞(MHC-restricted CD4+和CD8+)
2.髓室含单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞
3.无人源细胞因子表达
huNSG-SGM3
1.与NSG相比,CD4+和CD8+增长更快更明显
2.与NSG相比,CD19也有所增加
3.与NSG相比,单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞有高移植率
4.有KITL(SCF),IL-3,GM-CSF 细胞因子表达
鼠源免疫系统
NOG
1.以NOD为基础
2.缺乏NK细胞导致“γ”(IL2rg)突变
(1)包含6个白介素(IL-2,-4,-7,-9,-15,-21)
(2)免疫系统功能再次降低,增强scid突变效应
NOG-EXL
1.以NOD小鼠为基础
2.含NOG小鼠3倍髓细胞
3.除此之外,因SV40启动子引起人源细胞因子IL-3,GM-CSF(CSF2)的表达
人源免疫系统
huNOG
1.转移人源CD34+HSC细胞后的12-16周内,稳定发展多个细胞系
2.人源细胞内胆红素出现在动脉、骨髓、胸腺和脾脏中
huNOG-EXL
1.与NOG相比,有更高效的人源HSC转移
2.与NOG相比,在人源HSC转移后,有更高水平的髓细胞分化
3.相对较低的人源IL-3,GM-CSF(CSF2)细胞因子的表达能够防止HSC衰竭,同时能够支持长期稳定的移植

人源小鼠模型自二十世纪六十年代以来走过了漫长的道路,如今能够支持长期的人源化研究,这是推动免疫疗法发展所必不可少的。

Topics: Blog, Oncology

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