免疫系统人源化小鼠模型的构建方法

依据人免疫系统重建的方法，可以将免疫系统人源化小鼠模型分为三大类：

Hu-PBMC (也叫 Hu-PBL) 小鼠模型 （humanized-peripheral blood mononuclear cells）

Hu-HSC 小鼠模型 ( humanized-hematopoietic stem cells )

Hu-BLT 小鼠模型 ( humanized-bone marrow, liver, thymus )

1）Hu-PBMC小鼠模型

外周血单核细胞（Peripheral blood mononuclear cell,PBMC) 即外周血中具有单个核的细胞，主要由淋巴细胞（T或B细胞）、单核细胞、吞噬细胞、树突状细胞和其他少量细胞类型组成，是机体免疫应答功能的重要细胞组成。

Hu-PBMC 模型，或者被称为 Hu-PBL（perihperal blood lymphocyte, PBL）模型，是一种构建较为简单和经济的免疫系统人源化小鼠模型。其构建方式是将成熟淋巴细胞（来自PBMC）经腹腔（i.p.）或静脉（i.v.）注射到免疫缺陷宿主小鼠中，该模型常被用于研究人效应T细胞的活化以及评估免疫抑制药物。

图1. Hu-PBMC模型的构建示意图。（图片来自Ref.2 ）

Hu-PBMC 模型的准备期较短。在移植PBMC后，最快一周就可以检测到人CD3+ T细胞；大约2周左右，免疫细胞就会快速重建；大约4周左右，小鼠外周血中可检测到约50%的人CD45+细胞，其中约90%为CD3+T细胞，CD4+: CD8+T细胞比率约为1:1。但是，Hu-PBMC模型会发生致死性的移植物抗宿主病（GvHD），程度与人T细胞的植入直接相关，可以通过小鼠体重的减轻来评估。一般移植后2-3周就会出现GvHD，因此实验观察窗较短。

图2. Hu-PBMC免疫系统人源化小鼠的免疫重建情况与GvHD发展。（A）人源化小鼠中静脉注射（i.v.）人外周血单核细胞（PBMC）后的重建。（B）人源化小鼠中注射PBMC后的造血重建和GvHD发展。PBMC注射后2至4周，血液中人CD45+细胞增加，同时小鼠发生GvHD，体重快速严重减轻。（Ref.2 ）

2）Hu-HSC 小鼠模型

另一类方法则是将人CD34+ HSCs注射到免疫缺陷宿主小鼠中，该方法需要首先对宿主小鼠进行亚致死剂量的辐照以消除小鼠HSC并促进人HSC的移植。此类模型也叫hu-CD34+ ，或叫 hu-SRC（scid-repopulatingcell）模型，已经被广泛应用于研究人类造血发育、细胞介导的免疫反应以及HIV和EBV等病毒感染性疾病中。

造血干细胞（Hematopoietic stem cell, HSC）是人体造血组织中能自我更新, 又能分化产生各系血细胞的一类细胞。CD34抗原是人们普遍认同的造血干/祖细胞的代表性表面标志, 它是一个高度糖基化的I型跨膜糖蛋白, 具有调节细胞粘附性的作用, 能促进细胞对骨髓基质的粘附。

通过静脉内（i.v.）或股骨内（i.f.）将来自人脐带血、骨髓、G-CSF激活的外周血或胎肝的人CD34+ HSCs注射到成年免疫缺陷小鼠中，可以产生多种造血干细胞，但T细胞产生量少，不具备功能性免疫细胞。或通过静脉注射（心内或肝内）将人CD34+HSCs移植到新生受体小鼠中（小于4周龄），得到良好的人细胞移植，并且产生T细胞、B细胞、巨噬细胞、NK细胞和DC细胞。胚胎肝脏和脐带血是最常用的人CD34+ HSCs来源，其较成年人HSCs更易定植于免疫缺陷小鼠。

图3. Hu-HSC模型构建示意图。（图片来自Ref.2 ）

目前认为Hu-HSC 模型是最适于研究免疫治疗的动物模型之一，其能建立人的固有免疫系统和淋巴细胞，通常不发生或轻微发生GvHD，可用于长期研究。不过也存在一定的局限性，例如，人T细胞在小鼠的胸腺内发育成熟，小鼠的主要组织相容性复合体（MHC）称为H2复合体，因此T细胞是小鼠H2限制性，而不表达人类白细胞抗原（HLA）。另外，由于人和小鼠之间的种属差异，小鼠体内缺乏人的细胞因子，人类干细胞在小鼠体内发育受限。

图4. HuCD34+ HSCs免疫系统人源化小鼠的免疫重建情况。（图片来自Ref.2 ）

3）Hu- BLT小鼠模型

该模型是将免疫缺陷小鼠经亚致死剂量辐照处理后，将人胎肝和胸腺组织移植到成年免疫缺陷受体小鼠肾包膜下，同时将来自同一个体的胎肝或骨髓来源CD34+ HSCs 通过静脉注射（i.v.）给受体小鼠。

图5. Hu- BLT模型构建示意图。（图片来自Ref.2 ）

移植的人胎肝和胸腺提供了人胸腺微环境，以支持人T细胞的发育分化，包含多种多样的HLA限制T细胞，可以建立有效的适应性免疫反应。因此，BLT 模型多用于适应性免疫反应的研究，如HIV感染。然而，BLT 模型的GvHD的发生率高于其他CD34+ HSC移植模型，也限制了该类模型的研究窗口。另外，由于操作上很难实现同一供者的肿瘤细胞和免疫系统相匹配，且Hu-BLT 模型建立过程中需要复杂精细的手术操作，也限制了Hu-BLT模型在肿瘤免疫药物研发中的应用。

小结

我们可以用以下表格来大致归纳上述3种免疫系统人源化小鼠模型。

表2.不同免疫系统人源化小鼠模型的特点（表格来自Ref.3）