第章免疫缺陷动物精要课件

第九章 免疫缺陷动物 l第一节 免疫缺陷动物的分类 l第二节 免疫缺陷动物的生物学特性 l第三节 免疫缺陷动物的应用 第一节 免疫缺陷动物的分类 l免疫缺陷动物（immunodeficient animal）: 指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或多种免疫免疫系 统组成成分缺陷的动物。 l先天性免疫缺陷动物： lT淋巴细胞功能缺陷动物：裸小鼠（nude mice）、裸大鼠(nude rat)。 lB淋巴细胞功能缺陷动物：性连锁免疫缺陷小鼠（CBA/N）。 lNK淋巴细胞功能缺陷动物：Beige小鼠。 l联合免疫缺陷动物：严重联合免疫缺陷小鼠(SCID mice)、虫蛙小鼠 (motheaten mice)。 l其它免疫缺陷动物：显性半肢畸形小鼠(dominant hemimelia mice)。 l获得性免疫缺陷动物： l小鼠AIDS模型：SCID小鼠AIDS模型、AIDS的转基因小鼠。 l猴AIDS模型：反转录病毒诱发、SIV诱发。 l有蹄动物慢病毒感染。 l黑猩猩HIV感染。 第二节 免疫缺陷动物的生物学特性 lT淋巴细胞功能缺陷动物： 1. 裸小鼠（nude mice）： 即先天性无胸腺裸小鼠，由11号染色体上nu隐性基 因突变导致。 该基因已回交到不同品系，包括：NIH-nu/nu、 BALB/c-nu/nu 、C3H-nu/nu 、C57BL/6-nu/nu。 l被毛生长异常，呈裸体外表。 l无胸腺，仅有胸腺残迹或异常胸腺上皮，不能使T-cell正常 分化，导致细胞免疫力低下。幼龄鼠有残存的未分化的上 皮细胞。 lB细胞功能正常，NK细胞活力增强。 l繁育能力差，乳腺发育缺损，以雄性纯合子与雌性杂合子 繁育。 lT细胞缺陷可通过移植成熟T细胞、胸腺细胞或正常胸腺上 皮得到校正。 2. 裸大鼠(nude rat)： 基因符号为rnu，一般特征似裸小鼠。 l发育迟缓，体重为正常大鼠的70%。 l 裸大鼠较裸小鼠对多种传染病更敏感。 l 比裸小鼠更强壮、寿命更长。 l 体型较大，对大范围的外科手术方法较有利。 lB淋巴细胞功能缺陷动物： 1. 性连锁免疫缺陷小鼠： 起源于CBA/N，毛色为野鼠色，B细胞功能缺乏，基因符号xid ，位于X染色体。 l 雌性纯合子与雄性杂合子对胸腺非依赖性抗原（如葡聚糖、肺炎 球菌脂多糖、DNA）没有体液免疫。 l B细胞对B细胞分裂素缺乏反应，分泌IgM和IgG的B细胞减少， IgM和IgG含量降低，但T细胞功能正常。 l 移植正常鼠骨髓到xid宿主，B细胞缺损可以恢复。 l 该小鼠用于研究B细胞的发生、功能、异质性。 lNK淋巴细胞功能缺陷动物： 1. Bg/bg小鼠(beige mice)： NK细胞功能缺陷突变小鼠，bg是13号染色体上的隐性基因。 l 由于细胞溶解作用的识别过程受损，导致NK细胞功能缺乏。 l 纯合bg基因还损伤细胞毒T细胞功能，降低粒细胞趋化性和杀菌活 性，延迟巨噬细胞抗肿瘤杀伤作用。 l 影响溶酶体发生，导致溶酶体膜缺损，溶酶体增大。 l 溶酶体功能缺陷导致bg小鼠对化脓性细菌敏感，必须饲养于SPF环 境中。 l 可用于研究色素缺乏易感性增高综合征。 l联合免疫缺陷动物： 1. 严重联合免疫缺陷小鼠(SCID mice)： 1983年由美国Fox chase癌症中心于C.B-17Icr近交系中发 现，突变基因scid位于16号染色体。 l 该突变基因造成编码Ig重链和TCR的基因重排异常，抑制B-cell和T -cell前体的正常分化。 l C.B-17Icr为携带来自C57BL/ka小鼠的免疫球蛋白重链Igh-1b等位基 因的 BALB/cAnIcr的同源近交系。 l 纯合子血清中无免疫球蛋白，淋巴结、胸腺变小，缺乏体液、细 胞免疫功能。饲养于SPF环境中。 l 通过移植人免疫组织或免疫细胞，可使SCID小鼠具有人类部分免 疫系统，称为SCID-hu小鼠。 2. 虫蛙小鼠(motheaten mice)： 1965年发现于C57BL/6J的突变，突变基因me位于第6号染色体， 寿命不超过8周。 l 出生后2天内出现皮肤脓肿，有严重联合免疫缺陷。 l 对胸腺依赖和非依赖抗原均无反应。 l 对T、B细胞分裂素的增殖反应严重受损。 l 细胞毒细胞和NK细胞活性低。 l 伴有自身免疫的倾向，免疫复合物沉积于肾、肺、皮肤。 l C57BL/6J-me在1-2日龄表皮可见嗜中性白细胞集聚，表皮色素呈 斑点状，故称虫蛙小鼠。 l其它免疫缺陷动物： 1. 显性半肢畸形小鼠(dominant hemimelia mice)： l Dh(dominant hemimelia )是显性突变基因，位于1号染色体。 l 出生后，后趾畸形即多趾或少趾。 l 杂合子缺乏脾脏，泌尿、生殖、消化道和骨骼有一定程度 畸形。 l 纯合子由于泌尿生殖系统和骨骼系统严重畸形，出生后很 快死亡。 l 畸形发生于早期胚胎的脏壁中胚层。 l 脾脏缺乏导致体液免疫反应一定程度损伤。 第三节 免疫缺陷动物的应用 l裸鼠在肿瘤学研究中的应用 1. 人类肿瘤的裸鼠移植 l 人癌组织（手术标本）移植： l 手术标本移植成功率28.3%，其中复发性肿瘤50%，转移性肿瘤 38.5%，原发瘤20.5%。 l 黑色素瘤和结肠癌移植成功率最高，乳腺和淋巴网状内皮细胞肿 瘤成功率低。 l 女性生殖系统肿瘤和结肠癌生长最快，胚胎性和骨的肿瘤生长慢 。 l 肿瘤细胞株移植： l 肿瘤细胞株移植成功率高于人癌手术标本。 2. 宿主和肿瘤特性对裸鼠移植瘤生长的影响 l 裸鼠遗传背景： 裸鼠遗传背景对肿瘤生长有一定影响。 l 移植部位和途径： 通常选用皮下、肌肉、腹腔内和脑内。 皮下移植易于观察肿瘤生长状况，部位多在背部靠头部皮下，或 腋下（因其血管丰富，利于肿瘤生长，且不影响动物的活动）。 移植部位和途径可影响移植瘤的生物学特性：皮下接种一般不发 生肿瘤浸润和转移；腹腔内接种则显示癌细胞恶性行为。 l 人为改变裸鼠免疫功能： l 采用免疫抑制、放射照射可提高移植瘤成功率，包括难以移植成 功的肿瘤。 l 人类肿瘤细胞的本身特征： l 分化程度低移植成功率高，恶性程度与移植成功率呈正相关。 l 激素和宿主性别的影响： 激素依赖性肿瘤，如乳腺癌、子宫、肺及骨的肿瘤，在裸鼠中最 难成功。 裸鼠的性别和激素水平直接影响裸鼠移植瘤。 3. 裸鼠移植瘤组织学特征及稳定性 l 人癌在裸鼠体内形成移植瘤后，仍保留原发肿瘤的一般特点。 如：病理组织结构、超微结构、染色体特征、肿瘤标记物等。 l 部分人类肿瘤移植后，表现一个或几个肿瘤细胞亚群的选择性 生长，造成起源于同一原发瘤的细胞在生物学性状表现一定的 异质性；且出现于裸鼠移植中的肿瘤细胞亚群也不一定都能在 人体原发肿瘤中发现。 l 对于裸鼠不能再现人体原发瘤的全部特性及其遗传学上的不稳 定性，应合理地应用这一模型，科学地分析实验结果。 4. 宿主对移植瘤的反应和间质改变 l 恶性肿瘤作为细胞悬液或组织块移植到宿主裸鼠,宿主与肿瘤相 互作用，间质反应随之发生，由宿主产生新的移植瘤间质，如 血管床、纤维架。 l 间质改变引起癌细胞分化程度的差异，分化程度改变多发生于 裸鼠第一次传代。 5. 移植瘤的转移 l 肿瘤分化程度：肿瘤分化程度越低，浸润转移越明显，转移发 生越早。 l 接种途径与部位：腹腔接种一般转移率高于皮下，常位接种转 移更接近于原肿瘤在人体内转移的情况。 l 环境因素：SPF环境中带瘤裸鼠淋巴结比普通环境转移率高、 转移快。 l 宿主状态：遗传背景、周龄、饲养条件及免疫状态直接影响肿 瘤转移的发生。 l 裸鼠在转移模型中的应用：迄今利用裸鼠复制肿瘤转移模型成 功较少。 l裸鼠在微生物研究中的应用 l 病毒感染： l 病毒感染正常小鼠，感染细胞被当作靶细胞攻击，感染部位出现 明显细胞免疫反应。 l 在裸鼠中未导致动物死亡，仅出现持续病毒血症，体内无抗体和 任何免疫反应。 l 单克隆抗体制备： lSCID-hu小鼠的人免疫功能重建 1. SCID-hu免疫重建的机制: l SCID小鼠体内T、B细胞自身不能分化成特异性淋巴细胞，但小鼠体内淋 巴细胞分化的微环境正常，能接受人体正常组织的移植成为嵌合体小鼠。 l 1988年Mosier首次将人外周血淋巴细胞及人胎肝移植于SCID小鼠的皮下和 肾包膜下获得免疫重建的成功。 l 目前已有人胚胎组织如骨髓、胸腺、肝、淋巴结，成年人外周血淋巴细胞 、骨髓、脾进行移植。 l 由于成年人外周血淋巴细胞比人胚胎组织、脾更易获得，PBL-hu-SCID模 型研究更多。 l PBL-hu-SCID小鼠脾检出的人淋巴细胞达80-90%，移植6个月后，80% 小鼠可从外周血中检出人淋巴细胞。 2. SCID-hu存在的问题: l 重建成功率达不到100%，不同实验室研究结果以及同一实验室 不同小鼠个体间免疫重建的程度存在明显差异。 l SCID小鼠体内淋巴细胞的功能不能标准化。 l 不同类型淋巴细胞组成的移植物移植于SCID小鼠，T细胞易获 得免疫重建，活性B细胞数目有限。 l 易发生移植物抗宿主反应导