【每周一鼠】Hey，你选对重度联合免疫缺陷小鼠了吗？

SCID小鼠，即重度联合免疫缺陷（server combined immune-deficiency，SCID）小鼠，最早在1980年由Dr. Bosma及其团队在C.B-17/Icr小鼠中发现（这个品系后被命名为C.B-17 SCID小鼠）。SCID小鼠具有16号染色体上的隐性基因突变（Prkdc^SCID）。Prkdc基因编码了DNA依赖性蛋白激酶的催化亚基（DNA-PKcs）。该蛋白参与了T、B 细胞的 T 细胞抗原受体（TCR）、B 细胞抗原受体（BCR）基因的V（D）J重排（图1）。因此， SCID小鼠缺乏有功效的T、B淋巴细胞。大多数纯合子体内缺乏可检测水平的IgM，IgG1，IgG2a，IgG2b，IgG3或IgA，且其胸腺，淋巴结和脾滤泡几乎没有淋巴细胞。

但随着年龄的增长，部分SCID小鼠会出现免疫泄露（Leakiness）--小鼠体内产生少量有功能的T、B细胞和免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig）。这种现象在non-SPF条件下饲养的SCID小鼠中发生率更高。目前，SCID小鼠产生免疫泄露的分子机制仍不明确，且没有一个明确的判定标准（Jax公司认为血清Ig含量>1 ug/ml 的SCID小鼠属于“leaky”）。并且，这种免疫泄露在不同遗传背景的SCID小鼠中的发生率不同：一般来说，SCID小鼠在C57BL/6J 和BALB/c 背景上的泄漏率高；在C3H背景上较低；而在NOD背景上极低。

图1. V（D）J重排^[1]

此外，SCID小鼠对辐照敏感。已知辐照会造成DNA双链断裂，而DNA-PK参与了DNA双链断裂的修复（图2）。因此，含有Prkdc^SCID突变的细胞由于无法有效修复其受损DNA，会导致细胞损伤和死亡。

图2. DNA PKcs参与了DNA双链断裂的修复^[2]

相对于只有T细胞缺陷的裸鼠，SCID小鼠免疫缺陷程度更高，在成瘤所需肿瘤细胞接种量以及成瘤速度上都有一定优势，可以更有效地进行异种移植，包括人源肿瘤细胞系异种移植(cell derived xenograft, CDX)和人源肿瘤组织异种移植（Patient-derived tumor xenograft, PDX）等。此外，通过将Prkdc^SCID突变引入不同遗传背景的小鼠品系中，可以得到各具特点的SCID小鼠（表1）。

表1. 不同SCID小鼠的特点比较^[3-4]

“-”：缺失； “+”：正常。

C.B-17 SCID小鼠

C.B-17 SCID小鼠是BALB/c小鼠的同源近交系，除了携带Prkdc^SCID突变基因和来自C57BL/Ka小鼠的Igh-1b等位基因外，这两种小鼠的基因基本相同。C.B-17 SCID小鼠缺乏功能性的T、B淋巴细胞，但具有正常的NK细胞、髓系细胞和补体免疫功能。免疫泄露率高。

C3H SCID小鼠

C3H SCID小鼠是由C3H小鼠与C.B-17 SCID小鼠杂交而获得的品系。C3H小鼠有与运动失调、肌肉萎缩和小脑神经退行性病变相关的Clcc1^m1J基因 突变。C3H SCID小鼠缺乏功能性T细胞和B细胞，免疫泄露率较低。

SCID Beige小鼠

SCID Beige小鼠是由C.B-17 SCID小鼠与beige小鼠杂交而获得的品系。SCID 突变导致小鼠缺乏功能性T细胞和B细胞；Beige突变(Lyst^bg)导致小鼠黑色素体减少，NK细胞功能缺陷，表现为内源性细胞毒活性降低，且细胞毒性T细胞和巨噬细胞功能缺陷，血小板贮存池（platelet storage pool ）不足，因此止血时间长。

NOD SCID小鼠

NOS SCID小鼠是在NOD（Non-obese diabetic，非肥胖糖尿病）小鼠上引入Prkdc^SCID突变基因而获得的品系。NOD SCID小鼠不仅有SCID小鼠的特征，缺乏功能性T细胞和B细胞，还具有NOD小鼠的多种免疫缺陷，包括补体5（C5）的缺失、NK细胞、巨噬细胞和树突状细胞的功能下降等。此外，NOD SCID小鼠无自发性糖尿病，免疫泄露发生率低，但可能会产生胸腺淋巴瘤，寿命大约只有8-9个月。

缺乏功能性T、B淋巴细胞的SCID小鼠在肿瘤免疫研究领域中发挥了重要作用。拥有不同遗传背景的SCID小鼠各具特色，为研究者们提供了多种选择。目前SCID小鼠中，免疫缺陷程度最大的要数NOD SCID小鼠。而在NOD SCID小鼠上，研究者们又进行了各种基因改造，使其更符合研究需要。例如，额外进行IL2Rg的敲除，使小鼠缺乏功能性NK细胞，从而提高小鼠免疫缺陷程度，促进异种细胞/组织移植率（例如NKG、NSG、NOG小鼠等）。另外，由于SCID小鼠有免疫泄露、辐照敏感等不足，研究者们将目光放在了同样在V(D)J重排中起到重要作用的Rag1和Rag2蛋白上。Rag1和Rag2在DNA-PK上游发挥功效，负责识别和切割重组信号序列(recombination signal sequence, RSS)，它们缺失后V（D）J重组无法启动。因此，Rag1和Rag2敲除小鼠在缺乏功能性T、B细胞的同时，无免疫泄露现象出现。此外，由于Rag1和Rag2不参与DNA双链断裂修复，缺失后小鼠对辐照不敏感（例如Rag1 KO等）。

赛业生物SCID小鼠等免疫缺陷小鼠助力肿瘤研究

NOD scid

表型信息及应用：

☑ 独有的多种免疫缺陷为人类造血细胞的重建提供了一个极好的系统，是HIV-1研究和基因治疗的重要模型。

☑ 肿瘤研究的重要工具，可增加肿瘤的发生率，尤其是淋巴瘤和胸腺瘤。

☑ 移植致死性胸腺淋巴瘤的情况下寿命短。

NOD scid表型验证：CDX模型

人肺癌细胞（A549）在NOD scid小鼠上能更有效地建立肿瘤模型

分别将5×10⁶ A549细胞以皮下注射的形式接种到BALB/c nude和NOD scid小鼠体内，并在不同的时间点测量成瘤体积和小鼠体重。数据以Mean±SEM形式呈现。

研究应用：

☑ 同种移植和异种移植，可用于评估肿瘤细胞增殖，侵袭和转移的潜力，以及抗癌疗法的功效。

☑ 肿瘤免疫学及炎症研究。

☑ 糖尿病和肥胖研究：I型糖尿病。

☑ 血液学研究（例如白血病）。

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参考文献：

[1] Burke MJ, Stockley PG, Boyes J. Broadly Neutralizing Bovine Antibodies: Highly Effective New Tools against Evasive Pathogens? Viruses. 2020 Apr 22;12(4):473. doi: 10.3390/v12040473. PMID: 32331321; PMCID: PMC7232318.

[2] Bassing CH, Swat W, Alt FW. The mechanism and regulation of chromosomal V(D)J recombination. Cell. 2002 Apr;109 Suppl:S45-55. doi: 10.1016/s0092-8674(02)00675-x. PMID: 11983152.

[3] Nonoyama S, Smith FO, Bernstein ID, Ochs HD. Strain-dependent leakiness of mice with severe combined immune deficiency. J Immunol. 1993 May 1;150(9):3817-24. PMID: 8473734.

[4] 田枫， 张阔，郑振辉. 免疫缺陷大、小鼠在肿瘤学研究中的应用及实验中常见问题分析[J]. 中国免疫学杂志, 2016, 32(2): 214.

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