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1、第八章 免疫缺陷动物,第一节 免疫缺陷与免疫缺陷动物,1.免疫缺陷(immunodeficiency diseases)是指因免疫系统中任何一个环节或其组份因先天发育不全或后天因各种因素所致损害而使免疫活性细胞的发生发展、分化增殖和代谢异常并引起免疫功能不全所出现的临床综合征。免疫系统的完整性对于防御感染性微生物及毒性产物是至关重要的。,2.免疫缺陷大体分为两类： 1）先天（或原发）性免疫缺陷。遗传性缺陷病可以导致对病原微生物的高度易感性； 2）获得（或继发）性免疫缺陷可继发于营养不良、恶性肿瘤、免疫抑制药物治疗或免疫活性细胞受到病毒的感染，如HIV，是AIDS的病原体。,3.免疫缺陷动物(i
2、mmunodeficient 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系统组成成分缺陷的动物。 免疫缺陷动物因与人类在体内免疫系统缺陷的相似性，而广泛应用于免疫学、肿瘤学的研究。,一、X-连锁无丙种球蛋白血症,该免疫缺陷是因血液中球蛋白缺乏，造成一种X染色体连锁的先天性免疫缺陷和选择性B细胞缺陷。 X-连锁无丙种球蛋白血症的表现：血清免疫球蛋白Ig水平低下，外周血和淋巴组织中B细胞减少或缺乏，淋巴结中无生发中心，组织中无浆细胞。骨髓中前B细胞数目正常并合成正常的重链，因此此病为前B细胞表面IgM+的B细胞在发育过程中造成。X-连锁无丙种球蛋白血症的缺陷基因定位于X染色
3、体长臂的q21.322。,人和小鼠的免疫缺陷有相当数量在X染色体。如CBA/N小鼠存在一种X连锁的B细胞发育缺陷，由存在于X染色体上的性遗传基因xid所引起，伴随对多糖抗原缺陷的抗体应答。该模型是研究B淋巴细胞的发生、功能与异质性理想的动物，其病理与X-连锁无丙种球蛋白血症和Wiskott-Aidsch氏综合征相似。,二、Digeorge综合征,Digeorge综合征是一种先天性T细胞缺陷，由先天畸形导致第三、四对咽囊发育缺陷造成。胸腺发育不全造成T淋巴细胞成熟障碍，外周血T淋巴细胞缺乏，数目明显减少。有时外周血淋巴细胞总数接近正常，但大部分是B淋巴细胞。外周血淋巴细胞对于多克隆T细胞激活剂及
4、混合白细胞反应缺乏应答。 动物中T细胞免疫缺陷的例子是无胸腺裸鼠。,三、重症联合免疫缺陷病,重症联合免疫缺陷病（severe combined immunodeficiency disease,SCID）是一组因干细胞分化缺陷而表现T、B淋巴细胞减少，体液和细胞免疫均缺陷的异源性疾病。该病具有X-连锁隐性遗传和常染色体隐性遗传两种方式。其发病原因通常是骨髓干细胞向T、B淋巴细胞的转化发生异常。,SCID小鼠：来源于近交系CB-17的自发性突变体。其骨髓前体细胞的早期发育受阻，使T和B细胞同时缺失。其缺陷在于一种介导TCR和Ig基因重排的重组酶发生异常。在来自SCID鼠的未成熟T和B细胞的细胞系
5、中，由于D片段直接与一个恒定区基因异常重组，使得Ig基因的JH外显子和TCR基因的J外显子常常缺失，结果造成VDJ重排不能发生，抗原抗体不能表达，而不能产生抗原受体的淋巴细胞在体内发育中被淘汰。,免疫缺陷动物由于其与人类免疫功能相似病理表现，以及容易复制的特点，成为研究免疫缺陷机制较理想的材料。我国自1979年引进裸鼠，自1982年首次报道人肝癌在裸鼠移植成功以来，目前已经建立了40余种以上的人体肿瘤移植模型。如肺鳞癌、肺腺癌、肺小细胞癌、肺巨细胞癌、肝细胞性肝癌、胃管状腺癌、人乙状结肠管状腺癌、结肠癌、脑恶性胶质瘤、脑星形胶质细胞瘤、宫颈鳞癌等人类肿瘤裸鼠移植模型。,第二节 免疫缺陷动物的生
6、物学特点,1962年Grist发现无毛小鼠至90年代初的20多年时间中，经过实验动物育种学家的努力，不仅将nu基因导入不同的近交系小鼠，建立了20余种近交系裸鼠，而且还发现和培育了以B细胞功能缺陷为特征的CBA/N小鼠、自然杀伤细胞功能缺陷的Beige小鼠及T、B细胞联合缺陷的SCID小鼠等各类免疫缺陷模型。,免疫缺陷动物分为先天性免疫缺陷动物和获得性免疫缺陷以及相关AIDS动物模型。 先天性免疫缺陷动物： T淋巴细胞功能缺陷动物（裸小鼠、裸大鼠） B淋巴细胞功能缺陷动物（性连锁免疫缺陷小鼠CBA/N小鼠和Arabin马、Quarter马属动物） NK细胞功能缺陷动物（Beige小鼠） 联合免
7、疫缺陷动物-T、B细胞联合免疫缺陷（SCID小鼠）、Motheaten小鼠、人工培育的联合免疫缺陷动物、T、NK细胞缺陷小鼠、T、B、NK细胞三联免疫缺陷小鼠 其他免疫缺陷动物-显性半肢畸形小鼠（无脾小鼠）,获得性免疫缺陷及其相关的AIDS动物模型： 小鼠AIDS模型-SCID小鼠的AIDS模型、LP-BM5MLV病毒诱发的AIDS模型、转基因小鼠形成的AIDS模型、移植HIV感染的肿瘤细胞株形成的AIDS模型 FeLV病毒诱发的猫AIDS模型 猴AIDS模型（D型反转录病毒诱发的猴AIDS模型、SIV病毒诱发的猴AIDS模型） 有蹄动物慢病毒感染模型 黑猩猩的HIV感染模型,一、裸小鼠,裸小
8、鼠：先天性无胸腺。其裸基因是一个隐性突变基因，位于11号染色体。通过遗传育种的方法将裸基因回交到不同的小鼠品系中，即导入不同的遗传背景。包括NIH-nu、BALB/c-nu、C3H-nu和C57BL/6-nu等。所以其表现的细胞免疫反应和实验检查指标不尽相同。,带有纯合裸基因（nu/nu）小鼠的主要缺陷特征： 毛发生长发育异常，表现为全身形似无毛，呈裸体外表； 无胸腺，仅有胸腺残迹或异常的胸腺上皮，这种上皮不能使T细胞正常分化，缺乏成熟T细胞的辅助、抑制及杀伤功能，因而细胞免疫力低下，不能执行正常T细胞功能。而B细胞功能基本正常。 成年裸小鼠（68）较普通鼠有较高水平的NK细胞活性，但幼鼠（3
9、4）周龄的NK细胞活性低下，裸小鼠粒细胞数比普通小鼠低。,裸小鼠的应用： 裸小鼠除在肿瘤学研究中的广泛应用外，在微生物学、免疫学、寄生虫学、毒理学的研究领域亦受到重视。 在微生物学方面 裸鼠由于功能性T淋巴细胞缺损，免疫机能低下，是研究病毒、细菌和寄生虫感染机制的极好模型动物。如裸鼠对麻风杆菌高度易感，感染麻风菌裸鼠的病理组织学特征与人的结节性麻风非常相似，是麻风病研究的有效工具。裸鼠对LCM（淋巴细胞性脉络膜脑膜炎病病毒）、HBV等易感。,2、在免疫学方面的应用： 应用裸鼠能更有效地研究T细胞、B细胞、NK细胞等的功能，发现了T细胞具有胸腺外发育途径。裸鼠不排斥杂交瘤，腹腔内接种可以生长肿瘤
10、，同时产生含高效价抗体的大量腹水。有人用BALB/C品系的裸鼠制备单克隆抗体，所产生的抗体量多于有胸腺小鼠。 3、在寄生虫方面的应用：裸鼠已用于许多寄生虫感染模型方面的研究，如胸腔内接种肺囊虫感染裸鼠，感染率高、方法简便，能成功复制出卡氏肺囊虫疾病模型。如用美洲锥虫感染裸鼠，能使裸鼠产生美洲的慢性感染模型。,4、在遗传学方面的研究：裸鼠的遗传因素，免疫缺陷指标以及解剖学特征和组织学特征均与人类免疫缺陷疾病中的原发性细胞免疫病相似。各品系裸鼠因遗传背景的不同，所表现的细胞免疫反应和实验室检查指标各不相同，这些裸鼠种群是研究各种免疫缺陷性疾病发病机理和遗传规律的重要模型 。 5、在临床医学研究方面
11、的应用：内科学、外科学、妇产科学、儿科学、眼科学，尤其是皮肤病学均有应用裸鼠的不少报道。如利用裸鼠异种移植离断后的神经，观察离体后的神经元的神经生物学特征；应用裸鼠眼内注射视网膜母细胞瘤，观察瘤细胞破坏视网膜的全过程，用以指导临床治疗；皮肤学利用裸鼠进行白色念珠菌、新型隐球菌、荚膜组织胞浆菌及皮肤真菌的感染实验以及移植银屑病患者皮肤观察其发病机理的实验。,6、生物制品的检定：涉及其是否有潜在致癌性、感染因子及毒力返祖的可能性等。 7、移植HIV感染的肿瘤细胞株形成的AIDS模型：34周龄裸鼠用放射性同位素全身照射24小时后将感染HIV-1的CEM细胞和未感染HIV-1的CEM细胞混合物皮下接种
12、，定期观察局部肿块的大小和血清中HIV-1核心抗原p24的变化。,二、裸大鼠,1953年由英国Rowett首先发现，基因符号为rnu，纯合子裸大鼠（rnu/rnu）于1975年由苏格兰科学家发现，具有与裸小鼠基本相似的特征，无胸腺、缺乏功能性T淋巴细胞，B细胞功能基本正常，NK细胞活力增强，抵抗力差，易患呼吸道疾病，繁殖方法与裸小鼠相同，但躯干部仍有稀少被毛而并非象裸小鼠那样完全无毛，头部及四肢毛更多。裸大鼠同样能接受人类正常组织和肿瘤的异体移植，但因其体型大，用一只裸大鼠可为常规血液学和血清生物化学分析实验提供足够的血样，也可以为各种研究提供足够的瘤组织，同时裸大鼠易于进行外科手术，为各种部
13、位肿瘤移植和肿瘤供血研究提供方便。,三、性连锁免疫缺陷小鼠,CBA/N小鼠，其B细胞功能缺陷，基因符号xid，位于X性染色体上。 纯合子雌鼠（xid/xid）和杂合子雄鼠(xid/y）对非胸腺依耐性II型抗原没有体液免疫反应，血清中IgM和IgG含量降低，对B细胞分裂素缺乏反应，分泌IgM和IgG亚类的B细胞数量减少，其T细胞功能正常。如果移植正常鼠的骨髓到xid宿主，B细胞缺损可以达到恢复。相反，把xid鼠的骨髓移植给受射线照射的同系正常宿主，受体动物仍然表现为不正常的表型。所以性连锁免疫缺陷小鼠是研究B淋巴细胞的产生、功能和异质性理想的动物，其病理与人类Bruton氏丙种球蛋白缺乏症和Wi
14、skott-Aidsch 综合症的理想模型。,CBA/N小鼠对T细胞非依赖性II型抗原（如聚蔗糖ficoll、右旋糖苷dextran、肺炎球菌多糖体）不能引起应答反应，而对T细胞非依赖性I型抗原（如：布氏菌脂多糖等）呈正常反应。 血液中IgM和IgG3少，对于T细胞依赖性抗原反应性低下。,四、Beige小鼠,Beige小鼠为NK细胞活性缺陷的突变系小鼠，在第13号染色体上的隐性遗传基因bg发生突变引起，纯合的小鼠（bg/bg）被毛完整，但毛色变浅，耳廓及尾尖色素减少，出生时眼睛颜色很淡。这种小鼠的表现型特征与人的齐-希二氏综合症相似。 其内源性NK细胞功能缺乏，是由于细胞溶解作用的识别过程受损
15、伤所致。纯合bg基因还使细胞毒T细胞功能受损伤、粒细胞趋化性和杀菌活性降低、巨噬细胞调节抗肿瘤杀伤作用的发生延迟、溶酶体膜受损、溶酶体功能缺陷。对各种致病因子较敏感，需SPF环境。,五、严重联合免疫缺陷小鼠,起源：1983年由美国的FoxChase癌症中心的Bosma发现于C.B-17Icr近交系中，位于16号染色体的称之为scid的单个隐性突变基因所导致的严重免疫缺陷。 SCID免疫学特征： 组织、器官：外观与正常小鼠无异，生长发育正常，但胸腺、脾、淋巴结的重量为正常的30%，组织学上表现为淋巴细胞缺失；胸腺没有皮质结构，仅留残迹；脾脏无淋巴细胞聚集；淋巴结无明显的皮质区，副皮质区缺失，呈淋
16、巴细胞脱空状，由网状细胞占据。 免疫：所有的T、B细胞功能测试均为阴性，对外源性抗原无细胞免疫及抗体反应，体内缺乏携带前B细胞、B细胞和T细胞表面标志的细胞；外周血白细胞较少，淋巴细胞占白细胞总数的10%-20%。,SCID和BALB/C的体重、胸腺、脾脏重量 种名 鼠龄 鼠数 体重 胸腺重量 脾脏重量 scid 4 13 16.5 0.6 3.5 0.3 28.1 2.9 Balb/c 4 11 16.8 0.8 70.2 8.4 83.4410.7 scid 6 16 19.4 0.9 3.4 0.4 28.73.2 Balb/c 6 12 18.9 1.1 74.6 7.9 86.5 12.1 scid 8 18 21.421.7 3.5 0.4 29.33.9 Balb/c 8 14 21.7 1.4 72.348.6 92.6411.8 scid 10 16 23.7
