陳 冰，劉昊川，李龍?jiān)?，趙國慶，王 震，楊永廣，李 凱， 胡 正

(1. 吉林大學(xué)第一醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)院 吉林大學(xué)免疫研究所人類疾病工程實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春130021;2. 吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院麻醉科，吉林 長春 130033;3. 吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院骨科，吉林 長春 130033;4. 吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院皮膚科，吉林 長春 130033)

免疫學(xué)是研究機(jī)體的免疫系統(tǒng)和免疫應(yīng)答的規(guī)律及調(diào)節(jié)、以及免疫應(yīng)答的各種產(chǎn)物和各種免疫現(xiàn)象的一門生物科學(xué)，與醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)微生物學(xué)同時(shí)誕生。隨著免疫學(xué)的發(fā)展，活體動(dòng)物模型的建立和優(yōu)化也逐漸進(jìn)步。近交系小鼠背景一致，繁殖周期短并有配套的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使其成為免疫學(xué)研究的重要?jiǎng)游锬Ｐ?。但是嚙齒動(dòng)物和人類存在巨大的種屬差異，某些重要的研究對(duì)象如導(dǎo)致艾滋病的人類免疫缺陷(human immunodeficiency virus,HIV)病毒不能感染小鼠細(xì)胞，關(guān)系我國民生健康的乙型肝炎病毒(HBV)同樣不能在普通小鼠中復(fù)制，困擾非洲國家的瘧疾病原體瘧原蟲與嚙齒類動(dòng)物瘧疾的病原蟲不同。因此迫切需要一種具有人類免疫系統(tǒng)、能夠模仿人體免疫機(jī)能和病理表現(xiàn)的小鼠模型，人源化小鼠模型就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。經(jīng)過30余年的研究和發(fā)展，人源化小鼠模型已經(jīng)日趨成熟，但仍有部分人類細(xì)胞不能很好地重建，如紅細(xì)胞和血小板。近幾年，人源化小鼠模型已經(jīng)被證明在解碼人類疾病奧秘中具有巨大的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。

1 人源化小鼠模型演變過程和分類概述

人源化小鼠是指將人的細(xì)胞、組織和器官移植給小鼠，或是表達(dá)人類基因的小鼠。進(jìn)化上的差異導(dǎo)致小鼠免疫系統(tǒng)對(duì)于異種細(xì)胞和組織一般具有很強(qiáng)的排斥作用。為解決這一障礙需破壞受體小鼠的自身免疫系統(tǒng)，再通過移植入人的組織或細(xì)胞以構(gòu)建人源化小鼠。因此，早期新型免疫缺陷小鼠的產(chǎn)生常常是人源化小鼠模型進(jìn)步的重要推動(dòng)力。

最早的免疫缺陷小鼠是裸鼠(nude mouse)，其foxn1基因缺陷使得胸腺不能發(fā)育，故其缺乏成熟的T細(xì)胞和依賴T細(xì)胞的免疫排斥反應(yīng)，但由于其仍具有小鼠的B細(xì)胞和NK細(xì)胞，因此不能夠接受人的細(xì)胞重構(gòu)。隨后重癥聯(lián)合免疫缺陷(severe combined immunodeficiency，SCID)小鼠出現(xiàn)，該小鼠T細(xì)胞和B細(xì)胞均存在嚴(yán)重缺陷，胸腺和外周淋巴組織嚴(yán)重萎縮，這些特點(diǎn)使得人的細(xì)胞可以在該小鼠上重建，目前常使用的2種重要的人源化小鼠模型PBL-SCID和SCID-hu是通過SCID小鼠構(gòu)建的。隨著免疫缺陷小鼠的優(yōu)化，非肥胖型糖尿病/重癥聯(lián)合免疫缺陷(nonobese diabetic severe combined immunodeficiency， NOD/SCID)小鼠的出現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義。NOD/SCID小鼠具有如下特點(diǎn)：① NK細(xì)胞水平很低，其殺傷功能明顯降低；② 補(bǔ)體C5缺乏，使得補(bǔ)體活化受到抑制；③在LPS誘導(dǎo)下巨噬細(xì)胞分泌IL-1存在缺陷。這些特點(diǎn)使得在NOD/SCID小鼠中更高水平的人細(xì)胞和移植組織中能夠產(chǎn)生和存活，但是該模型并不十分理想，因?yàn)镹OD/SCID小鼠仍然有一定缺陷，比如該小鼠因?qū)Ψ派渚€敏感只能接受較小的輻照劑量，而且較大鼠齡的小鼠會(huì)發(fā)生T細(xì)胞和B細(xì)胞滲漏，其平均壽命僅有8個(gè)月。另一種基因缺陷小鼠(RAG基因缺陷小鼠)的出現(xiàn)克服了SCID小鼠的一些缺點(diǎn)。RAG基因包括RAG1和RAG2，這2種基因在抗體生成和TCR重排中起重要作用，兩者缺陷會(huì)使小鼠不產(chǎn)生成熟的T和B細(xì)胞，使其能夠作為人細(xì)胞的轉(zhuǎn)輸受體，而且RAG缺陷小鼠對(duì)放射線不敏感，無滲漏現(xiàn)象，但是這些小鼠的NK細(xì)胞活性較高，從而限制了人的造血干細(xì)胞重構(gòu)。為了進(jìn)一步降低NK細(xì)胞的殺傷功能，研究者又通過改造小鼠基因進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，B2m是主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex,MHC)Ⅰ類分子的重要部分，MHCⅠ類分子對(duì)NK細(xì)胞的發(fā)育至關(guān)重要。因此NOD/SCID B2m-/-小鼠缺乏具有功能的NK細(xì)胞，比NOD/SCID小鼠具有更高水平的人源細(xì)胞重建。為了優(yōu)化模型小鼠，研究者進(jìn)一步探索可能性，主要的研究方向是通過干擾白細(xì)胞介素2 (interleukin2,IL-2)受體的普通伽馬鏈(IL-2 Rγc)，該鏈?zhǔn)切纬筛哂H和力受體的重要組成部分，能編碼重要的信號(hào)通路組成因子(如細(xì)胞因子IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21)[1]。 IL-7和IL-15信號(hào)的缺陷使小鼠自身NK細(xì)胞的發(fā)育被阻斷，因此可以增強(qiáng)人細(xì)胞的移植效果。這一突變又可以和SCID、NOD、RAG1或者RAG2基因突變等通過不同組合的方式進(jìn)行選擇性繁育，生成一批新的重癥免疫耐受受體類型小鼠，更適合人細(xì)胞的移植[2]。這些小鼠品系包括Rag2-/-γc-/-、Rag1-/-γc-/-(RG)、NOD/shi-scid/γc-/-null (NOG)和 NOD/SCID/γc-/-(NSG) 。未來的努力方向是將人類白細(xì)胞抗原(human lymphocyte antigen,HLA) Ⅰ類和Ⅱ類免疫系統(tǒng)和細(xì)胞因子基因?qū)胄∈?，產(chǎn)生更多人抗體和細(xì)胞免疫反應(yīng)的新型轉(zhuǎn)基因小鼠。將不同的人源組織和細(xì)胞移植入不同品系的免疫缺陷小鼠中進(jìn)行人源化小鼠模型的構(gòu)建，目前比較經(jīng)典的人源化小鼠模型共有4種。

1.1 Hu-PBL-SCID小鼠模型

將人的成熟外周血淋巴細(xì)胞(perihperal blood lymphocyte,PBL)注入成年免疫缺陷小鼠(SCID小鼠)體內(nèi)構(gòu)建模型，這種人源化小鼠模型稱為Hu-PBL-SCID小鼠模型[3]。在該系統(tǒng)中，PBL細(xì)胞通過腹腔注射或者靜脈注射的方式注入非照射或者是亞致死量照射后的小鼠，接受體內(nèi)移植后細(xì)胞產(chǎn)生的初始細(xì)胞群是T細(xì)胞。1周后所有引入的T細(xì)胞均會(huì)獲得一種活化的表型，還可以檢測到少量的B細(xì)胞、髓系細(xì)胞或其他免疫細(xì)胞。移植入的人源免疫細(xì)胞會(huì)存在幾個(gè)星期，并表達(dá)相應(yīng)的效應(yīng)作用。這些小鼠可以有效地感染人造血系統(tǒng)細(xì)胞的HIV-1等病毒。人源記憶性B細(xì)胞持續(xù)產(chǎn)生針對(duì)初始暴露抗原的抗體，而且未產(chǎn)生多向、人類造血干細(xì)胞的分化和初次免疫應(yīng)答。C.B17-SCID小鼠建立Hu-PBL-SCID小鼠模型，該模型不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的移植物抗宿主反應(yīng)，具有以下特點(diǎn)：① 可檢測到T細(xì)胞、B細(xì)胞和單個(gè)核細(xì)胞；②分泌特異性抗體；③會(huì)出現(xiàn)由于人類皰疹病毒(epstein-barr virus，EBV)感染導(dǎo)致的B細(xì)胞淋巴瘤?，F(xiàn)在常用的建模小鼠為NSG或RG小鼠。Hu-PBL-SCID小鼠模型常被用來研究效應(yīng)T細(xì)胞的活性，適用于介導(dǎo)人類皮膚和胰島異種免疫排斥。該模型的優(yōu)勢是構(gòu)建所需的材料——人PBL容易獲得，構(gòu)建簡便， 但其也存在明顯不足：人類淋巴細(xì)胞重建水平較低且不穩(wěn)定；人細(xì)胞重建后小鼠缺乏正常淋巴組織結(jié)構(gòu)，脾臟中亦無囊泡狀生發(fā)結(jié)構(gòu)；大量注射人源細(xì)胞后導(dǎo)致多數(shù)小鼠產(chǎn)生EBV相關(guān)淋巴細(xì)胞增生性疾病；存在異種移植排斥反應(yīng)，這些移植后的小鼠在幾周內(nèi)均會(huì)產(chǎn)生致死性的移植物抗宿主病(graft-versus-host disease,GVHD)，實(shí)驗(yàn)觀察窗較短，使得該模型的應(yīng)用受到限制，但該模型是研究異種GVHD的理想模型。

1.2 SCID-Hu小鼠模型

McCune等[4]在1988年通過移植人的胚胎胸腺、注射人胚胎肝臟細(xì)胞和移植人淋巴結(jié)的方式首次實(shí)現(xiàn)了不通過照射破壞宿主免疫系統(tǒng)的情況下實(shí)現(xiàn)人到小鼠的異種移植。該模型中人源胚胎胸腺提供人T細(xì)胞發(fā)育場所，胚胎肝臟細(xì)胞提供前體造血細(xì)胞，淋巴結(jié)提供T細(xì)胞和B細(xì)胞相互作用場所，該模型被稱為SCID-Hu模型。植入小鼠腎被膜下的人胚胎胸腺體積明顯增大，在一段時(shí)間內(nèi)外周血出現(xiàn)人T細(xì)胞，并存在一定水平的人IgG抗體，說明該模型中存在人T細(xì)胞和B細(xì)胞的相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生T細(xì)胞依賴的抗體，即將含有人造血干細(xì)胞的胚胎胸腺植入到SCID小鼠的腎被膜下可產(chǎn)生具有功能性人類胸腺的小鼠模型[5]。小鼠首先產(chǎn)生人胸腺細(xì)胞和初始T細(xì)胞，T細(xì)胞主要定植于胸腺/肝臟類器官，這些部位缺乏外周T細(xì)胞循環(huán)。由于不能完全產(chǎn)生一整套免疫細(xì)胞，所以這些小鼠缺少產(chǎn)生人免疫反應(yīng)的能力。作為第1個(gè)人源化小鼠模型，SCID-Hu小鼠模型有明顯的缺陷，如人源細(xì)胞重建水平低，人T細(xì)胞發(fā)育不穩(wěn)定且存活時(shí)間短等。但該模型仍然是研究某些病毒如HIV和人類T淋巴細(xì)胞白血病病毒(human T-cell leukemia virus， HTLV)等病原學(xué)的有效工具，并為后期新型人源化小鼠模型的構(gòu)建打下基礎(chǔ)[6]。

1.3 Hu-HSC(Hu-SRC-SCID)小鼠模型

Hu-HSC小鼠模型的產(chǎn)生主要是為了滿足研究造血干細(xì)胞的需求，早期研究干細(xì)胞的動(dòng)物模型包括胚胎綿羊和裸鼠等，但這些模型中人干細(xì)胞的重組水平非常低。C.B17 SCID小鼠在成功應(yīng)用于Hu-PBL-SCID和SCID-Hu 2種模型的構(gòu)建后，也被應(yīng)用于造血干細(xì)胞的研究。但在無細(xì)胞因子存在的情況下，人骨髓細(xì)胞重建水平依然很低。隨著NOD/SCID小鼠的出現(xiàn)，這一問題得到有效的解決。該模型首先將人CD34+造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cells，HSCs)通過靜脈注射或者骨髓腔注射的方式注入新生或者成年免疫缺陷受體小鼠中。HSCs獲得途徑包括骨髓、臍帶血和粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)動(dòng)員后的外周血或胚胎肝臟。胚胎肝臟和臍帶血最常用，因?yàn)槠漭^成年人HSCs更易定植于免疫缺陷小鼠。在該小鼠模型中，人T細(xì)胞在小鼠胸腺中發(fā)育并經(jīng)過陽性和陰性選擇，具有小鼠MHC(H2)限制性。構(gòu)建該模型主要有2個(gè)版本，且版本間有明顯的差異。版本一是將人造血干細(xì)胞注入成年經(jīng)過亞致死劑量照射過的NOD/SCID、NSG或NOG小鼠，在這種小鼠中產(chǎn)生多種造血系細(xì)胞，但是T細(xì)胞產(chǎn)生量很少，雖然該模型能滿足干細(xì)胞的相關(guān)研究，但不具備功能性免疫系統(tǒng)，使得其在免疫學(xué)和病理學(xué)上應(yīng)用價(jià)值不大。應(yīng)用新生的IL-2γc-/-小鼠(包括RG、NOG或者是NSG小鼠)可以得到更好的移植效果；版本二是將人造血干細(xì)胞經(jīng)肝內(nèi)注射入亞致死量照射后的新生RG、NSG或者NOG小鼠中，得到良好的人細(xì)胞移植，并且產(chǎn)生T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞和DC細(xì)胞[2,7]。Hu-HSC(Hu-SRC-SCID)小鼠模型已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到研究人類造血發(fā)育、細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)以及HIV和EBV等病毒感染性疾病中。

1.4 FLC(BLT)小鼠模型

該模型是對(duì)之前的SCID-Hu模型和Hu-HSC-SCID模型進(jìn)行稍許改進(jìn)得到的。由于SCID-Hu移植入人胚胎胸腺，其胸腺中有人T細(xì)胞發(fā)育，但人源化發(fā)育水平低且不穩(wěn)定；Hu-HSC-SCID模型因?yàn)椴捎昧藖喼滤绖┝空丈?，人HSCs轉(zhuǎn)輸后會(huì)產(chǎn)生大量B細(xì)胞和髓系細(xì)胞，但是其中完全缺乏人T細(xì)胞發(fā)育。這2個(gè)模型可以互補(bǔ)，Lan等[8]將SCID-Hu和Hu-HSC-SCID兩者的優(yōu)勢結(jié)合，提出了在亞致死劑量照射下的NOD/SCID小鼠于腎被膜下移植人的胚胎胸腺和胚胎肝臟組織塊，并且通過尾靜脈注射轉(zhuǎn)輸入同源胚胎肝臟分離CD34+HSCs的手段構(gòu)建新的人源化小鼠模型，結(jié)果顯示：當(dāng)僅移植胚胎胸腺和胚胎肝臟組織塊時(shí)，小鼠體內(nèi)只產(chǎn)生人T細(xì)胞發(fā)育(12周后約為5%)，幾乎不產(chǎn)生B細(xì)胞和髓系細(xì)胞發(fā)育，而且小鼠整體的人源化水平非常低(12周后約為5%)；如果同時(shí)移植人HSCs，則人T細(xì)胞重建水平提高(12周后約為20%)，整體的人源化細(xì)胞水平也明顯提高(12周后約為40%)，并含有大量B細(xì)胞和單個(gè)核細(xì)胞等髓系細(xì)胞。同時(shí)該人源化小鼠脾臟中出現(xiàn)明顯增大的脾臟和淋巴結(jié)，脾臟中人T細(xì)胞分布于中央動(dòng)脈的周圍，B細(xì)胞成團(tuán)散布在臨近T細(xì)胞旁邊。該模型中除了有IgM的產(chǎn)生，也有大量IgG產(chǎn)生(16周時(shí)約為150 mg·L-1)，說明T細(xì)胞和B細(xì)胞能在次級(jí)免疫組織中發(fā)生相互作用。且該模型能夠排斥異種皮膚，這也是首次有研究報(bào)道具有免疫功能的人源化小鼠能夠排斥組織，從另一角度說明了人免疫系統(tǒng)具有較強(qiáng)功能。另外，該模型能產(chǎn)生針對(duì)T細(xì)胞依賴抗原DNP23-KLH的抗體，并發(fā)生從IgG1到IgG2、IgG3和IgG4的抗體類型轉(zhuǎn)換，且該類型轉(zhuǎn)換的頻率和時(shí)間跨度也與人免疫系統(tǒng)自然狀態(tài)相似。這也是首次報(bào)道人源化小鼠模型產(chǎn)生T細(xì)胞以來的體液免疫反應(yīng)。既往Chicha等[9]通過將人HSCs轉(zhuǎn)輸入新生IL-2 Rγc-/-小鼠的方法構(gòu)建的模型中并未發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。

FLC(BLT)小鼠模型被認(rèn)為是人源化小鼠發(fā)展中的一個(gè)里程碑，在2009年于阿姆斯特丹舉行的關(guān)于人源化小鼠國際會(huì)議簡報(bào)將該模型稱為NOD/SCID-fetal liver cell(FLC) MIC。

Chicha等[9]在隨后的工作中也重現(xiàn)了該結(jié)果，并將該模型命名為BLT，命名的由來是通過移植骨髓、肝臟和胸腺(bone marrow-liver-thymus)。早期的BLT模型采用的是NOD/SCID小鼠，改良后的模型更多采用NSG、NOG或者RG小鼠[8,10]。這樣會(huì)有更多T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞通過人源移植組織產(chǎn)生。人自體胸腺的存在使得T細(xì)胞能夠更好發(fā)育并有相應(yīng)的限制性。

與其他模型比較，BLT模型能夠使人源造血系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)得到完全發(fā)育，人T細(xì)胞在人胸腺中發(fā)育，并具有HLA限制性，產(chǎn)生更好的移植效果。同時(shí)，該模型中有人黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)育，使得黏膜相關(guān)的免疫學(xué)研究得以實(shí)現(xiàn)，如經(jīng)口腔、陰道或直腸途徑感染的HIV。小鼠樹突狀細(xì)胞會(huì)進(jìn)入人胚胎胸腺參與人T細(xì)胞發(fā)育的陰性選擇過程，因而由胚胎胸腺組織中發(fā)育出的人T細(xì)胞大部分可對(duì)小鼠抗原產(chǎn)生耐受，因此該模型亦有缺陷，部分實(shí)驗(yàn)室報(bào)道該模型最終會(huì)產(chǎn)生一種類似于GVHD的浪費(fèi)綜合征，但其GVHD癥狀明顯輕于Hu-PBL-SCID小鼠，且并非所有模型小鼠均會(huì)產(chǎn)生該癥狀。這種GVHD的變化性是由于不同研究的細(xì)胞集落中成熟T細(xì)胞水平或培養(yǎng)液不同造成的，比如微生物菌落不同或抗生素應(yīng)用量不同。

2 人源化小鼠模型的應(yīng)用

人源化小鼠的建立是為了在疾病發(fā)生之前建設(shè)能夠概括人類特異的生理和病理情況，進(jìn)而對(duì)疾病發(fā)展有充分的認(rèn)識(shí)，并能夠?qū)π碌念A(yù)防性和治療性措施進(jìn)行檢測的平臺(tái)。在許多不同的研究領(lǐng)域基因被修飾人源化小鼠模型已成為有價(jià)值工具。人源化小鼠模型的應(yīng)用很廣泛，比如在艾滋病、癌癥、傳染病和血液病研究領(lǐng)域等均有廣泛應(yīng)用。

2.1 早期人類造血的生理發(fā)展

隨著耐受人HSCs移植的小鼠品系的不斷發(fā)展，人類早期造血的細(xì)節(jié)研究飛速發(fā)展。人的造血與小鼠的造血過程相似，通過異種移植的方式將人細(xì)胞移植入受體小鼠，根據(jù)已知候選細(xì)胞種群來分離定義相應(yīng)人造血細(xì)胞系。通過這種方法，研究者[11-13]已經(jīng)定義了人自我更新干細(xì)胞和血系定向前體細(xì)胞，表明人類造血發(fā)育過程與小鼠有少許差別。近年來2個(gè)研究小組[12-13]的研究結(jié)果顯示：限量或者已知含有HSCs的人細(xì)胞群中的單個(gè)細(xì)胞能成功移植入NOG或者NSG小鼠體內(nèi)，并且經(jīng)過持續(xù)的移入能夠維持長期的造血。與小鼠老齡干細(xì)胞相似，人類老年人的骨髓表現(xiàn)出明顯的表型HSCs數(shù)目增加，將這些骨髓移植入小鼠體內(nèi)后更傾向于分化成髓系細(xì)胞而非淋巴系細(xì)胞[14]。及時(shí)有效地獲得患者具有限制性MHC的人HSCs是臨床HSCs移植面臨的問題，因此人HSCs和造血干細(xì)胞祖細(xì)胞(hematopoietic stem and progenitor cell，HSPC)的擴(kuò)展可以代表這些治療方法應(yīng)用的主要成就[15]，而人源化小鼠模型將是檢驗(yàn)這一成就最好的工具。StemRegenin1是一種能夠植入NSG小鼠體內(nèi)擴(kuò)增HSCs數(shù)目的小分子化合物[16]。雖然HSCs的維持仍然有一定的限制性，但可以將人HSCs移植入小鼠體內(nèi)數(shù)月觀察其反饋生存情況，故人源化小鼠目前是評(píng)估人HSCs在體內(nèi)長期存活的最佳標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 前體造血系統(tǒng)腫瘤

與其他系統(tǒng)或器官腫瘤比較，造血系統(tǒng)腫瘤的樣本相對(duì)更易獲得。自第1個(gè)人源化小鼠模型建立以來，SCID和后期的NOD/SCID受體就已經(jīng)被成功應(yīng)用于從其他不具有體內(nèi)腫瘤再生能力的白血病細(xì)胞中分離急性髓細(xì)胞性白血病(acute myeloid leukemia，AML)啟動(dòng)細(xì)胞[17]。研究[18]顯示：這些細(xì)胞擁有正常HSCs的分子特征，但具有重構(gòu)異種白血病表型的能力。這些細(xì)胞被定義為腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells，CSCs)，這些發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了旨在定義腫瘤異質(zhì)性和每個(gè)具有啟動(dòng)腫瘤能力細(xì)胞的腫瘤生理學(xué)新研究[19-20]。CSCs與正常的HSCs相似，可能處于一種休眠狀態(tài)，因此對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)治療有更高的抵抗能力，常常導(dǎo)致根治的失敗并能使疾病復(fù)發(fā)。對(duì)于許多分級(jí)器官腫瘤而言，CSCs普遍適用，CSCs的基因突變持續(xù)進(jìn)行，是一個(gè)移動(dòng)性靶點(diǎn)。有研究[21]強(qiáng)調(diào)環(huán)境的選擇影響結(jié)果，即隨著宿主免疫缺陷程度的提高，可以觀察到更多更高水平的CSCs。

人造血系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞在小鼠移植和增殖過程中似乎依賴于疾病的侵犯程度，而不依賴于環(huán)境或是自體細(xì)胞不規(guī)則增殖。因此在小鼠體內(nèi)人造血系統(tǒng)腫瘤的侵略性增殖并不能反映疾病的臨床結(jié)果[22]。與侵襲性急性髓系和淋巴系白血病比較，一些侵襲性小的白血病和早期造血系統(tǒng)腫瘤并不能在現(xiàn)存的小鼠體內(nèi)進(jìn)行移植。事實(shí)上，在體外也很難維持的慢性造血系統(tǒng)腫瘤如骨髓增生異常綜合征、骨髓及外骨髓增殖腫瘤或是多發(fā)性骨髓瘤的體內(nèi)異種模型的建立進(jìn)展緩慢。這些腫瘤的移植模型之所以難以建立的一個(gè)重要原因是其所需要的環(huán)境因子在現(xiàn)存的受體小鼠中不能提供或是不具有交叉反應(yīng)。事實(shí)上，研究[23]已經(jīng)證明：骨髓HSCs在某些情況下對(duì)于骨髓增生異常綜合征的發(fā)生發(fā)展有重要作用。因此通過基因修飾表達(dá)人的因子或者通過移植具有患者來源的龕細(xì)胞的生物材料，使小鼠骨髓微環(huán)境人源化，可以提供某些腫瘤生存的生長需要的因子。除了有助于了解疾病的病理特征，人源化小鼠模型還可以作為新型分子靶向治療和臨床前評(píng)估的重要平臺(tái)。研究[24-28]顯示：在AML細(xì)胞中一些細(xì)胞外受體表達(dá)水平較正常HSCs升高，針對(duì)這些分子的抗體或細(xì)胞因子的注入會(huì)在體內(nèi)有效地清除AML-CSCs。

2.3 傳染性疾病

某些對(duì)人類更具傾向性的病毒和細(xì)菌，如HIV、丙型肝炎病毒(HCV)、EBV和結(jié)核桿菌，在全球影響著數(shù)億人的生命并且引起嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題。對(duì)于這些感染性病原體病原學(xué)和免疫反應(yīng)的進(jìn)一步理解對(duì)于指導(dǎo)新型疫苗的開發(fā)和治療方法的發(fā)展至關(guān)重要。與其他非人類靈長類動(dòng)物模型的高成本和倫理學(xué)限制比較，人源化小鼠的出現(xiàn)使這些病原體的體內(nèi)研究更加簡便。

2.3.1 HIV 第一批用于研究HIV感染的人源化小鼠模型是Hu-PBL-SCID模型和SCID-Hu模型，在這2個(gè)模型中，HIV介導(dǎo)的CD4+T細(xì)胞清除可以被演示出來[29-31]。這些模型可以對(duì)實(shí)驗(yàn)性藥物進(jìn)行體內(nèi)驗(yàn)證，但是在Hu-PBL-SCID模型中由于缺乏明顯的適應(yīng)性免疫應(yīng)答反應(yīng)，輸入的人外周血白細(xì)胞(PBLs)不能很好地活化且其數(shù)量下降，在Hu-SCID模型的外周循環(huán)中人細(xì)胞缺失，這些均使早期人源化小鼠模型應(yīng)用受到限制。BRG、NOG和NSG小鼠克服了這些限制。HIV感染后，可以觀察到持續(xù)的病毒血癥和CD4+T細(xì)胞的清除，但是針對(duì)病毒的特異性適應(yīng)性免疫應(yīng)答反應(yīng)很微弱，只能在一小部分小鼠中檢測到，因此需整合這些模型的臨床前疫苗研究的應(yīng)用[32-34]。與此相反，BLT模型中可以在多數(shù)感染的小鼠中檢測到明顯的適應(yīng)性免疫應(yīng)答、體液免疫和T細(xì)胞免疫[35]。另外BLT人源化小鼠中可以在黏膜上皮中再生出CD4+T細(xì)胞，HIV病毒可以通過與人類類似的途徑感染小鼠，比如直腸內(nèi)和陰道內(nèi)感染[36-37]。BLT小鼠模型是現(xiàn)今研究HIV的首選模型，這個(gè)模型已經(jīng)通過體內(nèi)應(yīng)用殺菌劑抑制黏膜HIV感染使概念驗(yàn)證的研究得以實(shí)現(xiàn)[38]。

2.3.2 瘧 疾 瘧疾是由瘧原蟲引起的通過蚊蟲叮咬傳播的傳染性疾病，在人體中瘧原蟲在肝臟中增殖，進(jìn)而感染紅細(xì)胞。人體內(nèi)的瘧疾通常由5種瘧原蟲引起，分別是三日瘧原蟲、諾氏瘧原蟲、卵形瘧原蟲、間日瘧原蟲和惡性瘧原蟲。研究重點(diǎn)為后2種，因其傳播更廣泛、致死性更高。每年數(shù)億人受到瘧疾的死亡威脅，尤其是非洲等不發(fā)達(dá)國家。研究人類瘧疾的主要挑戰(zhàn)是宿主的選擇，因?yàn)橐鹑祟惎懠驳募纳x有宿主限制性，但應(yīng)用黑猩猩等非人類靈長類動(dòng)物則會(huì)引發(fā)倫理問題[39]。迄今為止，針對(duì)瘧疾的有效疫苗并未被研制出來，因此需要一種既有人類免疫系統(tǒng)又能表達(dá)人紅細(xì)胞的動(dòng)物模型來研究瘧疾，從而開發(fā)新型藥物和疫苗。人源化小鼠是一個(gè)良好的選擇。現(xiàn)在主要是通過2種方法構(gòu)建紅系嵌合人源化小鼠：持續(xù)性人紅細(xì)胞轉(zhuǎn)輸或者是人HSCs移植，通常將2種方法同時(shí)使用。研究者[40]應(yīng)用抗體清除巨噬細(xì)胞并持續(xù)每天轉(zhuǎn)輸人紅細(xì)胞來研究瘧疾，但是當(dāng)不再注入人紅細(xì)胞后，也不再有人紅細(xì)胞存在。對(duì)于某些瘧原蟲，如間日瘧，其主要目標(biāo)是不成熟的紅細(xì)胞(如網(wǎng)織紅細(xì)胞)[41]，因此需要一種具有人免疫系統(tǒng)，同時(shí)能夠不斷產(chǎn)生各個(gè)階段人紅細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)的人源化小鼠模型，這是研究者未來努力的方向。

2.3.3 EBV EBV是一種限制性感染人類和HSCs的γ-皰疹病毒。研究[42-43]表明：通過非自然的途徑如腹腔或靜脈內(nèi)感染的方式，人源化小鼠可以被EBV病毒感染。在NSG/NOG小鼠中，人T細(xì)胞能夠通過CD4和CD8依賴的途徑，產(chǎn)生對(duì)抗病毒誘導(dǎo)腫瘤進(jìn)展的反應(yīng)，從而起到細(xì)胞保護(hù)作用[43-44]。涉及到新型抗EBV病毒的免疫策略，研究[45]表明：一種實(shí)驗(yàn)性備選疫苗能夠誘導(dǎo)低水平T細(xì)胞應(yīng)答，但是這些應(yīng)答是否具有保護(hù)作用尚未被驗(yàn)證。

2.3.4 其他感染性疾病 人源化小鼠模型還可應(yīng)用于很多病毒和寄生蟲的研究中，如單純性皰疹病毒2(HSV-2)和人T淋巴細(xì)胞病毒1(HTLV-1)。HSV-2病毒感染BRG小鼠可以誘導(dǎo)特異性IgG反應(yīng)，這一現(xiàn)象較其他病毒少見[46]。而在類似HCV這樣的親肝性疾病中，HCV只感染人的肝臟細(xì)胞，人源化小鼠模型中單純的人造血系統(tǒng)并不能充分模擬出疾病的病理特征和免疫反應(yīng)。將人的胚胎肝臟細(xì)胞和HSPC共同移植，能夠模擬HCV感染后體內(nèi)系統(tǒng)產(chǎn)生的一系列變化，但是針對(duì)HCV的特異性免疫應(yīng)答卻未能檢測到[47-48]。構(gòu)建一種同時(shí)具有人肝臟細(xì)胞和HSCs的小鼠模型可以使親肝病原體如HBV或者間日瘧、惡性瘧原蟲感染，進(jìn)而研究乙型肝炎和瘧疾[47]。這些體內(nèi)發(fā)現(xiàn)與體外對(duì)于初始乳腺癌樣本的研究結(jié)果一致，表明將固體腫瘤體內(nèi)體外免疫反應(yīng)研究相結(jié)合非常重要。

2.4 自身免疫性疾病

研究自身免疫性疾病需要一個(gè)有功能的人免疫系統(tǒng)和相應(yīng)的靶向器官。這個(gè)靶向器官可以是小鼠來源的擁有HLA組分或者具有人類來源HLA的人免疫系統(tǒng)細(xì)胞。理論上，所有人類自身免疫性疾病均能建模。這個(gè)領(lǐng)域的第一步是建立NOD-Rag1-/-Il2rg-/-Ins2Akita (NRGAkita)小鼠，這個(gè)小鼠由于Akita突變而自發(fā)產(chǎn)生糖尿病[49]。由于移植人胰島和不匹配的HSCs，在某些情況下這些胰島被浸潤和排斥。因此，這個(gè)模型已經(jīng)更多地被用于衡量同種異體移植的適應(yīng)性免疫排斥。另一項(xiàng)關(guān)于關(guān)節(jié)炎模型的研究[50]顯示：CXCR3激動(dòng)劑處理后人外周淋巴細(xì)胞不具有趨藥性，說明通過在人源化小鼠中暫時(shí)性移植來檢驗(yàn)治療效果并不能反映人類疾病的復(fù)雜性。

人源化小鼠模型中的靶向組織應(yīng)該具有對(duì)T細(xì)胞選擇的人MHC分子內(nèi)源性表達(dá)，其部分局限性已經(jīng)在BLT小鼠模型和改造后的BLT小鼠模型中得到改進(jìn)[51]。在這個(gè)模型中，靶向組織是免疫系統(tǒng)本身，可以產(chǎn)生全套的抗原特異性免疫反應(yīng)。而在免疫系統(tǒng)以外的自身免疫器官，靶向細(xì)胞應(yīng)該表達(dá)合適的人MHC分子。不同人的MHC等位基因與自身免疫相關(guān)基因緊密關(guān)聯(lián)，擁有合適的MHC分子對(duì)于理解該類疾病至關(guān)重要。

2.5 實(shí)體腫瘤的研究

大多數(shù)實(shí)體腫瘤的研究均依賴于小鼠腫瘤模型的應(yīng)用，從而揭示其基本的發(fā)生發(fā)展規(guī)律[52]。與小鼠模型實(shí)驗(yàn)比較，初始人類腫瘤更加復(fù)雜、進(jìn)展更加緩慢，并且人免疫系統(tǒng)應(yīng)答有別于小鼠中所觀察到的現(xiàn)象，因此需要采用具有人類抗腫瘤免疫應(yīng)答的體內(nèi)模型，尤其對(duì)于現(xiàn)今免疫調(diào)節(jié)治療的發(fā)展至關(guān)重要，其中部分模型已經(jīng)在臨床進(jìn)行應(yīng)用[53]。 建立實(shí)體腫瘤的人源化小鼠模型需要移植同一患者的初始人類腫瘤和HSPC，且這兩者最好在相同環(huán)境背景下表達(dá)全部或部分HLA相同，但由于實(shí)際原因和倫理問題這很難實(shí)現(xiàn)?；谶@個(gè)方向，有學(xué)者[54]將HSPC、相同供體的外周T細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞系轉(zhuǎn)入NOD-SCID B2m-/-小鼠中。結(jié)果顯示：CD4+T細(xì)胞通過DC-依賴性模式促進(jìn)早期腫瘤的發(fā)展，這一過程可以被IL-13的拮抗劑部分抑制；另外，研究[55]發(fā)現(xiàn)TSLP-OX40L在體內(nèi)可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。

2.6 人紅細(xì)胞相關(guān)疾病

人源化小鼠模型也被應(yīng)用于人紅細(xì)胞相關(guān)疾病和如瘧疾、鐮狀細(xì)胞疾病和再生障礙性貧血等研究[56-57]。以瘧疾為例，瘧疾是由瘧原蟲引起通過感染蚊蟲叮咬傳播的，在人體內(nèi)，瘧原蟲通常在肝臟繁殖，進(jìn)而感染紅細(xì)胞，故需要構(gòu)建一種合適的人源化小鼠模型使得2個(gè)階段皆得到模擬[58]。現(xiàn)存的構(gòu)建人紅細(xì)胞嵌合體小鼠的方法主要有2種：持續(xù)人紅細(xì)胞輸注或人HSCs移植。多數(shù)情況下，需將2種方法同時(shí)應(yīng)用。研究者[59]采用抗體將巨噬細(xì)胞清除后，每日持續(xù)輸入足量的人紅細(xì)胞使得人免疫細(xì)胞重建來研究瘧疾。但當(dāng)不再輸入人紅細(xì)胞后，就不會(huì)再有人紅細(xì)胞存在。研究[60]證明：巨噬細(xì)胞是導(dǎo)致人紅細(xì)胞排斥的主要原因，所以應(yīng)用clodronate-脂質(zhì)體清除巨噬細(xì)胞可以促進(jìn)人紅細(xì)胞在人源化小鼠中的重建。同樣，這種構(gòu)建方法存在一定改進(jìn)的空間，因?yàn)閏lodronate-脂質(zhì)體對(duì)于人源化小鼠是有毒性的，持續(xù)大量輸入會(huì)引起小鼠短時(shí)間內(nèi)死亡，而且在骨髓中小鼠巨噬細(xì)胞可促進(jìn)人紅細(xì)胞發(fā)育，因此構(gòu)建一個(gè)持續(xù)表達(dá)各個(gè)階段人紅細(xì)胞的人源化小鼠模型迫在眉睫。

2.7 人源化小鼠模型的局限性

由于小鼠和人類之間交叉反應(yīng)不充分，異種基因環(huán)境下人HSCs的發(fā)育、存活、活化和遷移分子不充分導(dǎo)致人源化小鼠模型有一定的局限性。

在過去的數(shù)十年中，應(yīng)用新型基因工程技術(shù)使人源化小鼠的研究進(jìn)展突飛猛進(jìn)，使得其更易操作，更具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，成為人類健康和疾病臨床前期研究的重要模型系統(tǒng)。未來希望人源化小鼠模型能夠應(yīng)用于針對(duì)特異性疾病的治療，比如人初始淋巴系惡性腫瘤的研究需要更好的HSCs髓系細(xì)胞的發(fā)育，HIV的研究需要一種表達(dá)各種生長因子和HLA并產(chǎn)生可靠免疫反應(yīng)、長期移植的小鼠，而瘧疾的研究則需要一種表達(dá)人紅細(xì)胞和肝臟細(xì)胞的小鼠模型。人源化小鼠模型的應(yīng)用前景廣闊，可以應(yīng)用新的技術(shù)使其發(fā)展，例如疾病特異性胚胎干細(xì)胞的產(chǎn)生、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞以及其后代組織特異性軀體干細(xì)胞。未來人源化小鼠模型的研究將會(huì)更多應(yīng)用于高特異性有效的臨床前期實(shí)驗(yàn)，這在人HSCs發(fā)展中已經(jīng)得到體現(xiàn)。

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