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免疫缺陷动物模型---SCID小鼠

2020年03月12日 浏览量: 评论(0) 来源:实验动物那些事儿公众号 作者: 责任编辑:admin
摘要:上个世纪80年代初,位于美国费城的福克斯蔡斯癌症研究中心的研究人员梅尔文.波斯玛用免疫球蛋白重链(Immunoglobulin heavy chain: Igh)同源导入近交系小鼠C.B-17开展血清内不同亚型免疫球蛋白的定量分析实验。

SCID 小鼠

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上个世纪80年代初,位于美国费城的福克斯蔡斯癌症研究中心的研究人员梅尔文.波斯玛用免疫球蛋白重链(Immunoglobulin heavy chain: Igh)同源导入近交系小鼠C.B-17开展血清内不同亚型免疫球蛋白的定量分析实验。同源导入近交系是指通过连续多次回交后将一个基因导入到一个近交系而培育成的新近交系。C.B-17就通过连续的回交把来自C57BL/6小鼠所携带的Ighb亚型等位基因导入BALB/c小鼠,进而替代BALB/c原有的Igha亚型等位基因而形成的同源导入近交系小鼠。C.B-17小鼠与BALB/c小鼠唯一的不同就是Igh这个位点,前者为Ighb/Ighb,而后者为Igha/Igha。


波斯玛在分析C.B-17小鼠血清中免疫球蛋白重链表达量时,意外发现有4只(4/35)小鼠血清内没有检测到Ighb基因的表达产物(产物浓度≤ 1ug/mL )。最初波斯玛认为可能是这几只小鼠在繁殖过程中出现了遗传污染。污染最可能是来自BALB/c小鼠,因此,细心的波斯玛用检测Igha表达产物的试剂对这4个血清样本进行了检测,结果还是阴性。说明这4个小鼠并没有出现设想中来自BALB/c小鼠的遗传污染。百思不得其解的波斯玛干脆检测了手头上所有的免疫球蛋白试剂,惊讶地发现这4只小鼠免疫球蛋白家族成员中的IgM, IgG3, IgG2b, IgG2a和IgA也不见了,这是一个极不寻常的结果。(为了描述方便,接下来我们将无法检测到免疫球蛋白的个体暂称Ig-小鼠,与其对应,可检测到免疫球蛋白的个体为Ig+小鼠。)

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 C.B 17 Ig-小鼠部分系谱资料

波斯玛通过谱系检查发现这4只Ig-小鼠是同窝兄妹,该窝另有3只Ig+个体。血清学分析结果显示,该窝小鼠的父亲也是Ig-,而母亲则是Ig+。上述结果暗示这些Ig-小鼠很可能是遗传突变所致。用4只Ig-小鼠(雌雄各2只)两两交配后,所得5只后代全部为Ig-。将其中一只Ig-雄鼠与同窝Ig+雌小鼠交配得到5只后代中有3只为Ig-,2只Ig+。依据孟德尔遗传,谱系和遗传分析结果表明Ig-表型是由某个隐性突变基因所导致的。

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生活在隔离器内的重症联合免疫缺陷患者(图片来自网络)

进一步分析结果表明,Ig-小鼠同时缺乏功能性T淋巴细胞和B淋巴细胞。早在上个世纪50年代,就有因先天性缺乏功能性T,B两种淋巴细胞而导致一类被称为重症联合免疫缺陷(severe combined immune deficience,简称SCID)病人的报道。基于此,波斯玛将这个突变基因命名为SCID,相应的这个小鼠也被称为SCID小鼠,纯合的C.B 17 scid/scid小鼠为Ig-,杂合C.B 17 +/scid小鼠为Ig+。

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 NOD.CB17-Prkdcscid/J小鼠,图片来自Jackson网站

SCID小鼠外观与其主要遗传背景来源的BALB/c小鼠差别不大,毛色亦继承了BALB/c小鼠的白化表型,体重和生长发育指标也与之接近。但SCID小鼠胸腺、脾、淋巴结的重量不及野生型BALB/c的30%,组织病理学检查发现胸腺被脂肪组织包围,无皮质结构,仅残存髓质,淋巴细胞缺陷。SCID小鼠胸腺在细胞组成上主要由类上皮细胞和成纤维细胞构成,边缘偶见灶状淋巴细胞群。脾脏是功能性B淋巴细胞成熟的重要组织。在SCID小鼠中,脾脏表现为白髓不明显,脾小体由网状细胞构成,无淋巴细胞聚集。SCID小鼠淋巴结无明显皮质区,副皮质区缺失,由网状细胞占据,小肠粘膜下和支气管淋巴集结少见,结构内无淋巴聚集。


到1996年SCID小鼠的突变基因也被鉴定出来,为淋巴细胞发育过程中V(D)J重组所必须蛋白激酶的一个亚基(Protein Kinase, DNA-Activated, Catalytic Subunit)的编码基因,简写为Prkdc。Prkdcscid是Prkdc基因因点突变导致的蛋白翻译提前终止所致。在携带Prkdcscid突变的SCID小鼠淋巴细胞发育过程中,抗原受体基因重组障碍,不能正常重组,无法产生功能正常抗原受体蛋白,受影响的淋巴细胞在成熟之前死亡,或被体内巨噬细胞、粒细胞和NK细胞清除。由于SCID小鼠非淋巴性造血细胞分化并未受该突变基因的影响,因此在给予SCID小鼠移植外源正常骨髓或胎肝细胞后,其淋巴组织将获得部分或完全重建,恢复正常功能。重建的淋巴细胞来自供体而不是宿主,这是SCID小鼠可作为外源细胞或组织移植模型的基础。

 

值得注意的是,并非所有SCID小鼠都缺乏功能性淋巴细胞,有2~23℅个体具有有限数量的T和B细胞,并恢复部分免疫功能,即所谓的SCID小鼠渗漏现象。渗漏SCID小鼠虽然携带纯合Prkdcscid基因,但是仍会有少量淋巴细胞不受影响而发育成熟。谱系分析和选育研究结果表明SCID小鼠的渗漏并不遗传,而与年龄和饲养环境相关,随着年龄增长SCID小鼠的渗漏比例增加。在渗漏SCID小鼠的血清内还可检测出一定水平的免疫球蛋白,其组织内能检出少量B细胞,胸腺内T细胞受体(TCR)基因亦可发生重排,并且可检出携带T细胞特异性抗原标记的细胞。50℅的渗漏个体对同种异型皮肤移植有排斥作用。SCID小鼠的渗漏机制目前还不明确,需进一步研究。


SCID小鼠是一种比裸鼠更为严重的免疫缺陷型小鼠,它无疑是继裸鼠之后又一种有价值的免疫缺陷动物。相较无胸腺裸鼠历经了数年和多人努力的发现历程(免疫缺陷动物模型---裸鼠),SCID小鼠的发现似乎没有那么复杂的经历。但scid突变却没有如nu突变那样形成一个显而易见的直观关联表型(裸体),因此并不容易被发现或检测到。波斯玛在遇到低比例(4/35)的异常实验结果时,没有置之不理,而是对其产生原因提出了假设,并通过严格检验和分析来验证这些假设,最后抽丝剥茧地捕捉到这意料之外的重要发现,这亦是科学研究的真谛和魅力所在。


参考文献:

1. Bosma GC, Custer RP, Bosma MJ. A severe combined immunodeficiency mutation in the mouse. Nature. 1983 Feb 10;301(5900):527-30.

2. Bosma M; Schuler W; Bosma G. 1988. The scid mouse mutant. Curr Top Microbiol Immunol 137:197-202

3. Blunt T; Gell D; Fox M; Taccioli GE; Lehmann AR; Jackson SP; Jeggo PA. 1996. Identification of a nonsense mutation in the carboxyl-terminal region of DNA-dependent protein kinase catalytic subunit in the scid mouse. Proc Natl Acad Sci U S A 93(19):10285-90

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