免疫缺陷小鼠:NOD品系
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为什么NOD是免疫缺陷小鼠比较好的背景?

正如我们之前讨论的那样,非肥胖型糖尿病小鼠(NOD/ShiLtJ)是目前最常用的胰岛素依赖、Ⅰ型糖尿病的模型。我特别惊讶这个品系会成为NSG和其他严重免疫缺陷小鼠的背景,而这些免疫缺陷小鼠已经彻底改革了新时代人类癌症和感染疾病模型的发展。

 

这到底是怎么发生的呢?

免疫缺陷NOD小鼠推动了糖尿病和人类感染疾病的研究

上面这两个研究领域的目标推动了NOD免疫缺陷模型的发展:

  • 这种小鼠模型可以被用于研究免疫细胞是否真正地推动NOD小鼠自身免疫糖尿病的发展

NOD-scid小鼠(NOD.CB17-Prkdcscid/J),由于此小鼠是B和T细胞缺陷的,不会产生糖尿病。所以,它们是接受糖尿病NOD小鼠B和T细胞的最好宿主,这样我们就可以研究它们在自身免疫糖尿病(Ⅰ型)发展过程中的作用。

  • ​​这种模型可以用于长期的人类细胞和组织的移植,以此来研究相关的人类感染疾病和肿瘤

Prkdcscid是自发突变的,最初在BALB/c同类系品系C.B-17中被发现突变。尽管C.B-17-scid也是T和B细胞缺失的,但是它们不能用于长期的可以培养成像HIV人类感染疾病的小动物模型的人类免疫细胞的移植。原因是C.B-17–scid小鼠仍然具有NK和骨髓细胞功能。以上的信息表明NOD近交系小鼠在重要的体细胞和细胞免疫活性方面具有原始的缺陷,所以跟C.B-17-scid和C57BL/6-scid(B6.CB17-Prkdcscid/SzJ)小鼠相比起来NOD-scid小鼠具有全身性广泛性的免疫缺陷。

 

NOD小鼠原始的免疫缺陷通过基因手段诱导进一步加重免疫缺陷

NOD近交系小鼠具有以下的免疫缺失:

  • 游离补体缺乏。补体系统是一个多蛋白质成分的先天免疫系统,这个系统可以帮助抗体和吞噬细胞破坏和清除机体的病原体。一般来说,补体蛋白的亚结构可以形成复合物,这种复合物可以在病原体的细胞膜上钻孔从而裂解入侵细胞。NOD小鼠,跟其他近交系小鼠一样,在溶血补体敲除方面是纯合的,从而抑制溶血补体(又叫C5)蛋白的表达。没有功能性的C5,补体蛋白不能生成,也不能防御病原体的入侵。
  • NK细胞缺失。与BALB/c和C.B-17 mice小鼠相比起来,NOD近交系小鼠严重缺失NK细胞功能(Kataoka et al. 1983)。NK细胞在先天免疫系统中属于细胞毒性细胞,在没有抗体情况下对于被病毒感染的细胞迅速作出反应。更重要的是,NK细胞是进行人类造血细胞移植到小鼠中的最主要的妨碍因素。因此,NOD小鼠的NK细胞功能缺失很大地促进了人类细胞的异种移植。
  • 巨噬细胞和抗原呈递细胞(APCs变异和功能缺失。巨噬细胞和抗原呈递细胞(APCs)在吞没病原体时都是重要的免疫细胞。抗原最终是在抗原呈递细胞的表面由病原体衍生而来,抗原在适应性免疫反应方面是非常重要的。来自NOD近交系小鼠的巨噬细胞保留了不成熟巨噬细胞的很多特性,具有很弱的功能(Serreze et al. 1993)。在NOD小鼠中,抗原像树状细胞,不能发育成熟(Pearson et al. 2003)。以上的这些属性使得NOD基因背景是非常理想化的背景,再结合scid突变小鼠,产生的新小鼠可以更好地用于人类免疫细胞的异种移植。我们的研究表明,与C.B-17-scid小鼠相比起来,NOD-scid小鼠确实可以用于5倍量的人类淋巴样细胞的异种移植。

 

得到Sirpa

SirpaNOD等位基因促进了人类造血干细胞(hHSCs)在NOD衍生出的免疫缺陷小鼠的异种移植。

发展更高级的NOD衍生免疫缺陷小鼠在发展人源化的小鼠推动下加快了步伐。这就意味着,表达全功能的人类免疫细胞的小鼠会替代其他免疫小鼠。

我们已经知道在过去的十几年中,NOD背景的免疫缺陷小鼠在人类造血干细胞异种移植方面比其他背景的免疫缺陷小鼠更有效率。出现这种情况的原因是NOD小鼠骨髓中的巨噬细胞中的信号调控蛋白alpha(Sirpa)产生突变,这个突变体在接受人类造血干细胞时变现出更高的亲和力(Takenaka et al. 2007;van den Berg and van der Schoot 2008)。携带来自NOR小鼠的Sirpa等位基因的NOD-SCID小鼠与NOD小鼠非常接近,不能很好的用于人类造血干细胞的异种移植。

 

Sirpa能做什么?

鼠和人类的SIRPA蛋白质与CD47相互作用,并且可以控制骨髓细胞的多种功能。最突出的一种功能是在宿主细胞吞噬作用、自我识别、移植耐受等方面表现出负调控。当巨噬细胞结合的SIRPA捆绑到宿主CD47细胞上时,会产生SHP-1依赖的抑制信号,这样可以阻止巨噬细胞吞没CD47阳性细胞。

但是目前还不太清楚,是否是因为SirpaNOD结合到宿主CD47细胞和吞噬细胞抑制信号的共同作用使得NOD衍生的免疫缺陷小鼠更易用于人类造血干细胞的异种移植。

有必要提的是:用非NOD背景衍生的免疫缺陷小鼠可以过表达人类SIRPA蛋白(e.g.C;129S4-Rag2tm1.1FlvIl2rgtm1.1FlvTg(SIRPA)1Flv/J)。

Scid突变转移到NOD背景鼠身上是一个非常大的突破,这个突破可以加深我们对Ⅰ型糖尿病的理解,也可以推动用于广泛人类疾病研究的更强健小动物模型的发展。过去谁能知道糖尿病小鼠会成为人类疾病异种移植研究最重要的品系背景呢?

原文网址:http://mouseclique.jax.org/immunodeficient-mice-the-nod-connection/