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【Gene of the Week】免疫研究热门靶点之IL2Rg


    

免疫研究热门靶点之IL2Rg

 

想调整研究方向,获得学术研究突破口?想获得论文选题思路,提高发文命中率?你需要了解学科发展态势和未来走向!赛业生物专栏《Gene of the Week》每周会根据热点研究领域介绍一个基因,详细为您介绍基因基本信息、研究概况和应用背景等,助您保持学术研究敏锐度,提高科学研究效率,期待您的持续关注哦。今天我们要讲的主角是免疫研究热门靶点IL2Rg。

 

IL2Rg简介

白介素2受体γ链(interleukin 2 receptor subunit gamma chain, IL2Rg,或CD132),是多种重要免疫因子的共同受体亚基,包括IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21,因此,也被称为受体共同γ链(common gamma chain,γc)。IL2Rg是一种表达于大部分淋巴细胞表面的糖蛋白,在哺乳动物中,IL2Rg基因位于X染色体上。

图1. IL2Rg是多种重要免疫因子的共同受体亚基

图1. IL2Rg是多种重要免疫因子的共同受体亚基[1]

 

IL2Rg家族细胞因子

IL2Rg家族中的细胞因子(IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21)有着不同的生物学作用,在机体免疫系统中扮演了重要角色。

 

IL-2

表达细胞:T细胞、DC

作用:

■ 促进Th1、Th2和Th9的分化;抑制Th17和Tfh的分化

■ 诱导T细胞和NK细胞增殖

■ 增强Treg的分化和功能

■ 在免疫疗法中起到抗癌作用

 

IL-4

表达细胞:T细胞、NKT细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞

作用:

■ 促进B细胞分化和免疫球蛋白同种型转换(Ig isotype switching)

■ 促进Th2和Th9分化

■ 促进组织驻留型巨噬细胞的增殖

■ 抗蠕虫感染

 

IL-7

表达细胞:基质细胞、上皮细胞、成纤维细胞

作用:

■ T细胞发育和稳态所必需

■ 促进记忆CD8+ T细胞发育

■ 对小鼠B细胞发育至关重要,但对人B细胞发育非必需

 

IL-9

表达细胞:基质细胞、上皮细胞、成纤维细胞

作用:

■ 促进肥大细胞增殖

■ 促进杯状细胞(goblet cell)产生黏液(mucus)

■ 抗肿瘤

 

IL-15

表达细胞:单核细胞、DC、上皮细胞

作用:

■ 对NK细胞发育、增殖和生存至关重要

■ 促进记忆CD8+ T细胞发育

■ 在免疫疗法中通过CD8+ T细胞和NK细胞起到抗癌作用

 

IL-21

表达细胞:CD4+ T细胞、NKT细胞

作用:

■ 促进B细胞分化成浆细胞,促进Ig的产生

■ 抗癌作用部分通过CD8+ T细胞和NK细胞产生

■ 促进Tfh细胞分化和生发中心(germinal center)的形成

■ 促进Th17分化

■ 抑制Th9分化

■ 促进自身免疫性疾病(1型糖尿病、系统性红斑狼疮、实验性脑脊髓炎和结肠炎)

 

*DC:树突状细胞(dendritic cell);Th: 辅助性T细胞(T helper); Tfh: 滤泡辅助性T细胞(T follicular helper)。

 

IL2Rg的缺陷/缺失

在人体内,γc的突变可以导致X染色体连锁重症联合免疫缺陷(X-linked severe combined immunodeficiency,X-SCID),表现为T细胞和NK细胞缺失,B细胞数量正常但功能缺陷[2]。X-SCID为X染色体连锁隐性遗传,患者绝大部分为男性,女性多为携带者,其在新生儿中的发病率大约在1:50,000-100,000间。X-SCID患者生长发育迟缓,且因为免疫系统的重度缺陷,极容易受病原微生物感染。通常,患有X-SCID的新生儿大多活不到两岁,但目前干细胞移植和基因疗法已被证明有效[3]

 

特别地,在小鼠中,我们通常引入PrkdcSCID突变或Rag1/2敲除使小鼠缺乏有功效的T、B细胞;在此基础上,进一步进行IL2Rg的敲除,使小鼠的T、B细胞进一步缺陷的同时,缺乏成熟的NK细胞,而这显著提高了人源细胞和组织的移植效率,以及免疫缺陷小鼠的寿命(NOD-SCID小鼠:约37周;NOD-SCID-IL2rg-/-小鼠:大于90周[4])和实验窗口期。

图2. NK细胞发育和发挥功能所需的细胞因子

图2. NK细胞发育和发挥功能所需的细胞因子[5]

从HSC发育而来的NK细胞在胎肝、骨髓和胸腺中受到多种细胞因子的调控。NK细胞上不同细胞因子受体在不同时间点的表达显示了NK细胞功能上的成熟。此外,HSC的增殖和分化需要 FL、KL、IL-3和IL-7;IL-15是NK细胞从CLP分化为成熟NK细胞必不可缺的一种细胞因子;而成熟NK细胞又会受到由来自不同组织环境的不同细胞因子的影响。

*FL:FMS样酪氨酸激酶3配体(fms-like tyrosine kinase 3 ligand);KL:Kit配体(kit ligand); IL:白介素(interleukin); HSC:造血干细胞(hematological stem cell); CLP:共同淋巴样祖细胞(common lymphoid progenitor); TGF-β, 转化生长因子-β(transforming growth factor-β)。

 

IL2Rg家族细胞因子在CAR-T细胞疗法中的应用

CAR-T细胞疗法(Chimeric antigen receptors T cell therapy)目前依然是肿瘤免疫疗法的热点。从第一代的简单设计到现在的第四代,CAR-T细胞疗法不断在优化。其中,第四代CAR-T,也叫TRUCK(T cells redirected for antigen‐unrestricted cytokine‐initiated killing),在第二/三代的设计基础上额外表达人细胞因子,例如γc家族细胞因子中的IL-7、IL-15和IL-21等,增强CAR-T细胞在肿瘤环境中的杀伤作用。目前,第四代CAR-T细胞疗法已在一些实体瘤(例如神经母细胞瘤)中开展了临床试验。

图3. CAR-T的迭代

图3. CAR-T的迭代[6]

第一代CAR-T设计简单,胞外域是一个单链可变区(single-chain variable fragment,scFv),胞内只含有一个CD3ζ结构域负责信号转导。第二代CAR-T在第一代的基础上在胞内域加入了一个共刺激结构域,通常是CD28,也可是OX40或4-1BB。第三代CAR-T则含有两个共刺激结构域。第四代CAR-T在第二/三代的设计基础上额外表达活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells, NFAT)转录相应元件,可以使CAR-T细胞在肿瘤环境内分泌特定的细胞因子。

 

总结

综上,IL2Rg是多种重要免疫因子的共同受体亚基,在免疫系统中发挥了重要作用。在人体内,它的突变或缺失可导致严重的免疫疾病。而我们可以利用IL-2Rg在多种免疫细胞发育分化增殖中的重要性,敲除小鼠的Il2rg基因,构建免疫缺陷小鼠用于免疫肿瘤学等方面的研究。此外,IL-2Rg家族细胞因子(IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21)也是免疫系统调控中的重要信号因子,它们被广泛应用于在包括第四代CAR-T在内的多种免疫治疗领域中。

 

赛业生物模式动物创新药物研发平台可以提供Il2rg敲除的重度免疫缺陷小鼠:

C-NKG

品系构建策略:

C-NKG 小鼠是赛业生物通过CRISPR/Cas9 技术在NOD/Shi-scid背景品系上敲除Il2rg基因自主研发的一款重度免疫缺陷小鼠。

 

品系说明:

■ 缺乏成熟的T、B和NK细胞。

■ 补体活性降低。

■ 巨噬细胞对人源细胞吞噬作用弱。

■ 树突状细胞功能下降。

■ 无T、B细胞泄漏。

 

研究应用:

■ CDX和PDX。

■ 细胞免疫疗法的有效性和安全性评估。

■ 免疫系统人源化小鼠模型的制备(移植人PBMC或HSC进行人免疫系统重建)。

■ GvHD模型。

■ 肿瘤免疫相关研究。

 

BRGSF

品系说明:

■ 缺乏成熟的T、B、NK细胞,巨噬细胞吞噬功能受抑制、髓系细胞发育受损,是目前市面上免疫缺陷程度最高的小鼠之一。

■ Scid小鼠由于Prkdc基因的突变对射线敏感,而BRGSF小鼠在保证B细胞和T细胞失活的前提下(敲除Rag2基因),具有较高的辐照耐受性,适合评估体内辐射治疗的效果及人源化小鼠的构建。

■ NOD背景来源的Sirpα基因(SirpαNOD)取代了BALB/c背景来源的Sirpα基因,小鼠巨噬细胞对人源细胞的吞噬作用弱,对各种来源的CDX和PDX高度兼容。

■ Flk2的敲除使小鼠髓系细胞组分(特别是DC)大幅减少。

■ 补体系统功能健全,是研究补体依赖的细胞毒性(CDC)的有力工具。

 

研究应用:

■ CDX和PDX建模。

■ 髓系细胞发育研究。

■ 疫苗研发。

■ 细胞免疫疗法的有效性和安全性评估(例如CAR-T)。

■ 抗体药物药效评价(例如在BRGSF小鼠上移植人PBMC或HSC,在人免疫系统重建后接种肿瘤,进行抗体药物相关研究)。

■ 构建人免疫系统重建小鼠模型,例如人CD34+ HSC移植。

 

除了重度免疫缺陷小鼠外,赛业生物模式动物创新药物研发平台还可以根据您的需求提供各种有效的肿瘤研究模型,如传统免疫缺陷鼠BALB/c nude(裸鼠)和NOD scid、免疫检查点人源化小鼠、肿瘤细胞系移植模型、人源肿瘤组织异种移植模型(CDX)、基因修饰模型及表型分析服务等。我们可以构建各类皮下、原位或者转移瘤模型,并针对相应的模型提供高度定制化的体内药效学服务,以满足您的需求。如有需要,欢迎联系我们~

基因编辑大小鼠肿瘤模型

传统免疫缺陷小鼠(BALB/c nude、NOD scid)

重度免疫缺陷小鼠(BRGSF、C-NKG)

人免疫系统重建小鼠(BRGSF-HIS)

同源肿瘤移植模型(Syngenic)

人源肿瘤细胞系异种移植(CDX)模型

单免疫检查点人源化小鼠(hPD-1、hCTLA-4、 hGITR、 hVISTA......)

双免疫检查点人源化小鼠(hPD-1 & hVISTA、 hPD-1 & hCTLA-4、 hCTLA-4 & hLAG3)

 

参考文献:

[1] Spolski R., Gromer D., Leonard W.J. The γ c family of cytokines: fine-tuning signals from IL-2 and IL-21 in the regulation of the immune response. F1000Res 23;6:1872(2017).

[2] Rochman Y, Spolski R, Leonard WJ. New insights into the regulation of T cells by gamma(c) family cytokines. Nat Rev Immunol. 9(7):480-490 (2009).

[3] Tasher D, Dalal I. The genetic basis of severe combined immunodeficiency and its variants. Appl Clin Genet. 5:67-80 (2012).

[4] Zhou Q., Facciponte J., Jin M., et al. Humanized NOD-SCID IL2rg–/– mice as a preclinical model for cancer research and its potential use for individualized cancer therapies. Cancer Lett. 1;344(1):13-19 (2014) .

[5] Wu Y., Tian Z., Wei H. Developmental and Functional Control of Natural Killer Cells by Cytokines. Front Immunol. 4;8:930 (2017).

[6] Skorka, K., Ostapinska, K., Malesa, A. et al. The Application of CAR-T Cells in Haematological Malignancies. Arch. Immunol. Ther. Exp. 68, 34 (2020).

 

关于赛业

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