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人源化小鼠模型huNOG™ 和 huNSG™的比較

2018-01-26

Cancer cell and t cell, immunotherapy immuno-oncology humanized mouse model comparison, HSC, PBMC

Cancer cell and t cell, immunotherapy immuno-oncology humanized mouse model comparison, HSC, PBMC 之前的文章回顧了人源化小鼠模型,瞭解了hPBMC小鼠模型和hCD34+小鼠模型之間的不同,以及如何選擇小鼠模型,簡單介紹了不同類型的HSG人源化小鼠模型,這篇文章將進一步詳細介紹可用的模型類型以及不同的優點。

免疫缺陷型小鼠模型的發展歷史

小鼠品系 縮寫 免疫功能特徵 相關移植 供應商
PDX瘤塊 血液瘤 HIS*
Athymic nude mice Nude, BALB/c nude T細胞功能缺陷,保留記憶細胞、巨噬細胞、NK細胞、樹突狀細胞 + - + 多家
C.B17-scid SCID T、B細胞功能缺陷,保留NK細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞 + +/- +/- 多家
NOD-scid NOD NOD scid T、B細胞功能缺陷, NK細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞大量減少 ++ + + 多家
NOD.cg-Prkdcscid IL2rgtm1Sug NOG T、B、NK細胞功能缺陷,免疫細胞先天缺陷,缺乏IL2rg#胞質結構域,有細胞因數但沒有信號通路。 +++ ++ +++ Taconic生物科技(CIEA NOG小鼠)
NOD.Cg-Prkdcscid IL2rgtm1Wjl NSG T、B、NK細胞功能缺陷,免疫細胞先天缺陷,IL2rg無效突變,沒有細胞因數及信號通路 +++ ++ +++ Jackson實驗室

與基因工程小鼠或同源模型相比,人源化的小鼠是免疫腫瘤學醫療設備中新近添加的一種。免疫缺陷小鼠是人源化小鼠模型的基礎。經過多年對免疫缺陷小鼠的改進,才發展成為人源化小鼠模型。

第一只用於移植人類細胞的小鼠是二十世紀六十年代發現的無胸腺裸鼠。裸鼠的Foxn1基因具有突變,導致胸腺惡化或缺失,最終導致T細胞數量大大減少。

儘管可以移植人類細胞,並且已經在裸鼠中建立了許多人源腫瘤細胞系,但是剩餘的少量T細胞和殘餘免疫系統(例如功能健全的自然殺傷細胞)限制了該模型的使用。

C.B17-Scid小鼠模型允許部分人類免疫系統互補

接下來是八十年代的C.B17-Scid小鼠。SCID小鼠的Prkdscid基因會發生自然突變,嚴重損害了V(D)J重組,因此小鼠的免疫系統無法發育成熟,也就不會產生T細胞和B細胞。

通過使用HSC等途徑,人類免疫系統可以達到一定程度的移植和再增殖,但在這些小鼠中的移植水準並不是最佳的,因為增殖的人類免疫細胞的數量非常低。人類免疫系統的功能也受到限制,因為小鼠NK細胞仍然具有功能性。SCID小鼠也是“有漏洞的”——隨著年齡的增長,小鼠將自發產生T細胞和B細胞,因此仍然需要改進模型。

為減少NK細胞活性而開發的NOD-SCID小鼠

為了克服SCID小鼠的局限性,該小鼠與一種新開發的非肥胖型糖尿病(NOD)小鼠雜交。NOD是一種1型糖尿病模型,因胰島炎而自發產生,並且具有缺乏活性的NK細胞(缺乏迴圈補體)。此外,該模型的巨噬細胞和抗原提呈細胞(APCs)將會分化直至功能缺失。

通過NOD小鼠和SCID小鼠產生的NOD-SCID小鼠的T細胞和B細胞功能都有缺陷,同時在巨噬細胞功能、補體依賴性溶血活性和NK細胞活性方面均有所增加。據報導,在NOD-SCID小鼠中的人源細胞移植水準比親本SCID小鼠高5-10倍。

該小鼠品種成為多年來人類免疫細胞移植的黃金標準模型,然而,它仍有局限性。一些NK細胞依然有活性,隨著年齡增長,SCID小鼠也會出現 “漏洞”狀況——產生B/T細胞。小鼠的生存時間也縮短了,限制了長期研究。

根本性的突破:IL-2受體γ鏈突變模型

2002年,研究者在開發能夠支持大量人類免疫細胞的長期植入的高度免疫缺陷模型方面有重大突破----開發出了NOG小鼠。

這需要在NOG-SCID小鼠的IL-2受體γ(IL2rγ)鏈上添加靶向突變,這是一系列細胞因數的高親和力受體的重要組成部分,其本身對T/B細胞及NK細胞的發育是必需的。因此產生的小鼠缺乏IL-2rγ胞質結構域和某些免疫細胞和功能。

NOG小鼠表現出長期穩定的移植和造血能力

NOG小鼠缺乏成熟的T/B細胞和NK細胞,補體活性減少,以及巨噬細胞和樹突狀細胞功能紊亂。因此,NOG小鼠為人類免疫細胞的移植創造了理想的模型。

移植人源CD34+HSCs產生的HuNOG小鼠在12-16周內具有穩定多細胞譜系。它的外周血、骨髓、胸腺和脾臟中存有人源的淋巴細胞,並且它是長期模型,具有一年或更長時間的穩定的移植和造血功能。

NSGTM小鼠提供高度免疫缺陷小鼠模型

隨後,IL-2受體γ突變進一步開發了。NSG小鼠有一個完整的IL-2受體γ鏈無效等位基因。NSG小鼠與NOG小鼠類似, T/B細胞和NK細胞缺失,補體活性缺乏,巨噬細胞和樹突狀細胞有缺陷。

研究人員對人源化NSG(HuNSG)小鼠進行造血幹細胞移植以發展包括T/B細胞、樹突狀細胞和單核細胞的功能性的人源免疫系統。該系統有健康成熟的T細胞以及T細胞相關炎症反應。

下一代小鼠模型促進骨髓再生

儘管NOG和NSG小鼠是非常有用的人源化模型,但是它們仍然缺乏骨髓譜系和NK細胞重現的水準。儘管NOG和NSG小鼠是非常有用的人源化模型,但是它們仍然缺乏骨髓譜系和NK細胞重現的水準。如今,各種各樣的下一代超級免疫缺陷模型(如huNOG-XL 和 huNSG-SGM3)已經被開發出來。下表將展示這些模型與NOD scid 小鼠、NOG小鼠和NSG小鼠的細胞因數表達及髓細胞系的對比。與親本模型相比,這些模型顯示出更高效的免疫細胞移植和骨髓再生。

小鼠品系
NOD scid
1.免疫缺陷程度比裸鼠更高
2.NOD背景
(1)補體活性減少
(2)樹突狀細胞功能減少
(3)巨噬細胞功能缺陷
3.scid(Prkdc)突變抑制T細胞和B細胞發育成熟
4.高度免疫缺陷可以轉移某些血液瘤細胞系
5.經常引起胸腺淋巴瘤
6.隨著小鼠年齡增長,產生T細胞和B細胞
鼠源免疫 系統
NSG
1.以NOD scid為基礎
2.缺乏NK細胞導致 “γ”(IL2rg)突變
(1)包含6個白介素(IL-2,-4,-7,-9,-15,-21)
(2)免疫系統功能再次降低,增強scid突變效應
NSG-SGM3
1.以NSG小鼠為基礎,缺乏小鼠免疫系統
2.除此之外,因CMV啟動子引起人源細胞因數IL-3,GM-CSF以及SF轉基因的表達
人源免疫系統
huNSG
1.轉移B細胞(CD19+),T細胞(MHC-restricted CD4+和CD8+)
2.髓室含單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞
3.無人源細胞因數表達
huNSG-SGM3
1.與NSG相比,CD4+和CD8+增長更快更明顯
2.與NSG相比,CD19也有所增加
3.與NSG相比,單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞有高移植率
4.有KITL(SCF),IL-3,GM-CSF 細胞因數表達
鼠源免疫系統
NOG
1.以NOD為基礎
2.缺乏NK細胞導致“γ”(IL2rg)突變
(1)包含6個白介素(IL-2,-4,-7,-9,-15,-21)
(2)免疫系統功能再次降低,增強scid突變效應
NOG-EXL
1.以NOD小鼠為基礎
2.含NOG小鼠3倍髓細胞
3.除此之外,因SV40啟動子引起人源細胞因數IL-3,GM-CSF(CSF2)的表達
人源免疫系統
huNOG
1.轉移人源CD34+HSC細胞後的12-16周內,穩定發展多個細胞系
2.人源細胞內膽紅素出現在動脈、骨髓、胸腺和脾臟中
huNOG-EXL
1.與NOG相比,有更高效的人源HSC轉移
2.與NOG相比,在人源HSC轉移後,有更高水準的髓細胞分化
3.相對較低的人源IL-3,GM-CSF(CSF2)細胞因數的表達能夠防止HSC衰竭,同時能夠支持長期穩定的移植

人源小鼠模型自二十世紀六十年代以來走過了漫長的道路,如今能夠支持長期的人源化研究,這是推動免疫療法發展所必不可少的。

Topics: Oncology