第三節 免疫缺陷動物
免疫缺陷動物（immunodeficient animal）是指由於先天性遺傳突變或用人工方法造成一種或多種免疫係統組成成分缺陷的動物。
免疫係統的完整性對於防禦感染性病原微生物及毒性產物非常重要。免疫係統中一種或多種成分的缺陷，可以導致嚴重甚至致命的疾病。免疫缺陷病大體可以分為2類：一類是先天（或原發）性免疫缺陷，比如遺傳性缺陷病可以導致對病原微生物的高度易感性；另一類是獲得（或繼發）性免疫缺陷，它可繼發於營養不良、惡性腫瘤、免疫抑製藥物治療或是免疫活性細胞受到病毒的感染，其中最突出的是人類免疫缺陷病毒（HIV），即獲得性免疫缺陷綜合征（AIDS）的病原體。
常用的免疫缺陷動物主要有裸小鼠、裸大鼠、CBA/N品係小鼠、性連鎖免疫缺陷小鼠、Beige（bg）小鼠、嚴重聯合免疫缺陷小鼠等。這些小鼠因與人類在體內免疫係統缺陷的相似性，而廣泛應用於免疫學、腫瘤學的研究。
一、裸小鼠
裸小鼠（nude mice）是指先天性無胸腺、無毛的小鼠。其細胞免疫功能喪失。導致這種異常狀態的裸基因（nu）是一個隱性突變基因，位於11號染色體上。裸基因已經導入不同的遺傳背景，帶有裸基因的小鼠品係包括NIH-nu、BALB/c-nu、C3H-nu和C57BL/6-nu等。各個品係裸小鼠因其遺傳背景不同，所表現的細胞免疫反應和實驗檢查指標也不盡相同。隻有純合裸基因（nu/nu）的小鼠才具有以下缺陷：①毛發生長發育異常，表現為全身形似無毛，呈裸體外表；②沒有胸腺，僅有胸腺殘跡或異常的胸腺上皮，這種上皮不能使T細胞正常分化，缺乏成熟T細胞的輔助、抑製及殺傷功能，因而細胞免疫力低下，不能執行正常T細胞功能。此外，B細胞功能基本正常，成年裸小鼠（6～8周齡）較普通鼠有較高水平的NK細胞活性，但幼鼠（3～4周齡）的NK細胞活性低下，裸小鼠粒細胞數比普通小鼠低。
（一）裸小鼠的一般特性
1.壽命裸小鼠免疫力低下，必須飼養在無菌環境或SPF環境中，所用器具、墊料、飼料及飲水等均需嚴格消毒，並采用隔離器飼養，裸鼠才能長期生存，一般壽命在9個月以上，最長的壽命可達一年半。
2.被毛與趾甲新生裸鼠無觸須是鑒別正常新生鼠的要點。小鼠出生後10天左右在背部頭部和足部有少量短而稀疏的毛，以後都脫落。裸鼠不長毛是由於角化異常和毛囊缺乏遊離的硫氫族，不能形成角蛋白前體，使毛的堅硬度減弱，其皮層的毛彎曲不能穿越表皮層所至。裸鼠的趾甲長蜷縮呈螺旋狀畸形。
3.體重變化新生裸小鼠與正常小鼠的體重無差別，但出生後第3周比正常小鼠輕，第6周體重為正常小鼠的65%～80%。成年後體重差別又漸減少。
4.生育力裸小鼠生育力很低，尤其是雌性裸小鼠受孕率低、母性差、動情期不規律，有食仔習慣，解剖見卵巢小，雄性睾丸內精子多數不活動或扭曲。
5.胸腺缺失初生裸小鼠在其胸腺相應的解剖部位有一囊狀結構，即胸腺殘疾。它由上皮細胞組成，缺少淋巴細胞，T淋巴細胞明顯減少或缺失。
6.抵抗力低下常規開放環境下，易感染致病，常見病有：消耗病，出現腹瀉、體重下降、拱背、脫水死亡及病毒性肝炎、慢性兼質性肺炎等。
（二）裸小鼠在醫學科學研究中的應用
1.人類腫瘤移植研究裸鼠由於先天無胸腺，缺乏細胞免疫功能，它對異種動物正常組織和惡性腫瘤組織移植不發生排斥反應，並保存人瘤原有的結構和功能，生長穩定，為研究人腫瘤的理想動物模型。
2.免疫和遺傳研究先天性無胸腺免疫缺陷動物遺傳因素，及其大體和組織學變化均與人類所患的免疫性疾病中的原發性細胞免疫病相似，是研究人類各種免疫缺陷性疾病的發病機製和遺傳規律的動物模型。
3.微生物研究人類麻風病杆菌至今不僅不能在人工培養基上生長，而且也沒有合適的實驗動物感染，裸鼠問世後，將麻風病杆菌接種於裸鼠足掌，麻風杆菌大量繁殖，全身擴散，發生與人的瘤型麻風相似的病變，為研究麻風杆菌生物特性、免疫原性和麻風發病機製與治療的動物模型。
4.內分泌和老年學上的應用在人工摘除胸腺的小鼠，大多數研究可見腦垂體、甲狀腺、腎上腺和性腺等出現異常，而用裸鼠則這些器官的功能與正常小鼠無差異。有人認為裸鼠沒有細胞，容易引起自身免疫現象，皮膚的可溶性膠原減少，因此認為胸腺、自身免疫和老化三者之間是有關係的。
5.生物製品和藥品的檢定菌苗和疫苗的安全性和免疫原性是製品檢定的重要內容，裸鼠是對生物製品或藥品潛在致癌性、感染因子或抗癌藥物研究的良好動物模型。
二、裸大鼠
裸大鼠（nude rat）是由英國的阿伯丁研究所首先在1953年發現，基因符號為rnu；1975年再次發現了純合子的裸大鼠（rnu/rnu），並於1977年在英國的MRC實驗動物中心建立了裸大鼠種群。此後逐步引入美國、日本等。1983年引入中國。
裸大鼠的一般特征與裸小鼠基本相似，無胸腺，除頭部、四肢有稀少被毛，全身幾乎無毛。缺乏功能性T淋巴細胞，B細胞功能基本正常，NK細胞活力增強；與裸小鼠一樣發育相對較緩慢，體重為正常大鼠的70%左右；裸大鼠與裸小鼠一樣乳腺發育缺損，繁育能力差，繁殖方式和裸小鼠一樣，都采用純合子的雄鼠與雜合子的雌鼠交配方式進行繁育；裸大鼠易患呼吸道疾病，由於其無胸腺，免疫力低下，因此容易感染各種疾病，特別在環境較差時，容易感染潰瘍性氣管炎和化膿性支氣管炎等，生存時間6～7個月。
裸大鼠的免疫器官的組織學特征與裸小鼠相似，3周齡裸大鼠的解剖發現，有胸腺殘跡，內有未分化的上皮細胞，但未見淋巴細胞。
裸大鼠在生物醫學上的應用與裸小鼠相同，主要用於人類正常組織和腫瘤的移植研究，因其個體大，做血清生化分析能提供足夠的血樣，可為各種研究提供足夠的瘤組織。同時易進行外科手術。但缺點是維持經費比裸小鼠更高。
三、性連鎖免疫缺陷小鼠
性連鎖免疫缺陷小鼠（X-linked immune deficiency mouse，XID）起源於CBA/N小鼠，其B淋巴細胞功能缺陷，其基因符號為xid，位於X性染色體上。純合子雌鼠（xid/xid）和雜合子雄鼠（xid/Y）對非胸腺依賴性Ⅱ型抗原（肺炎球菌脂多糖、葡聚糖等）沒有體液免疫反應，血清中IgG3和IgM含量降低，對B細胞分裂素（B cell mitogens）缺乏反應。如果移植正常鼠的骨髓到xid宿主，B細胞缺損可得到恢複。相反，把xid鼠的骨髓移植給受放射線照射的同係正常宿主，受體動物仍然表現為不正常的表型。T細胞功能沒有缺陷，該模型是研究B淋巴細胞的發生、功能與異質性的理想動物，其病理與人類Bruton丙種球蛋白缺乏症和Wiskott-Aldrich綜合征相似。
四、Beige（bg）小鼠
Beige是NK細胞活性缺陷的突變係小鼠，隱性突變基因bg位於第13號染色體上，是Oak Ridge從放射處理的小鼠中發現的。純合的小鼠（bg/bg）被毛完整，但毛色變淺，耳朵和尾巴色素減少，特別是出生時眼睛顏色很淡。這種小鼠表型特征與人類的白細胞異常白化綜合征（Chediak-Higashi syndrome）相似。其內源性NK細胞活力缺乏，是由於細胞溶解作用的識別過程（post recognition）受損傷所致。另外，中性粒細胞對細菌的殺傷作用降低，損傷細胞毒T細胞功能，延遲巨噬細胞調節的抗腫瘤殺傷作用的發生。該基因還影響溶酶體的發生過程，導致溶酶體膜缺損，使有關細胞中的溶酶體增大，溶酶體功能缺陷。由於溶酶體功能缺陷，bg小鼠對化膿性細菌感染非常敏感，對各種病原因子也都較敏感，所以這種小鼠要在無特殊病原體（SPF）環境中才能較好地生存。繁殖采用純合子之間進行。
五、嚴重聯合免疫缺陷小鼠
嚴重聯合免疫缺陷小鼠（severe combined immunodeficient mice，SCID小鼠）是在1983年由美國的Fox Chase癌症中心的Bosma發現，為自發性突變個體，是位於第16號染色體的稱之為scid的單個隱性突變基因所致。scid基因純合小鼠（scid/scid）由於基因發生突變，造成了編碼免疫球蛋白重鏈（IgH）和T細胞抗原受體（TcR）的基因重排異常，抑製了B細胞和T細胞前體的正常分化，所以純合的SCID小鼠的T細胞和B細胞數量大大減少，細胞免疫和體液免疫功能均缺陷，但巨噬細胞和NK細胞功能正常。
SCID小鼠外觀上與正常小鼠無異，生長發育正常，但胸腺、脾、淋巴結的重量一般為正常小鼠的30%，組織學上表現為淋巴細胞缺失；胸腺沒有皮質結構，僅留有殘跡，脾髒小無淋巴細胞聚集；淋巴結無明顯皮質區，副皮質區缺失，呈淋巴細胞脫空狀，由網狀細胞占據；所有T、B細胞功能測試均為陰性，對外源性抗原無細胞免疫及抗體反應，體內缺乏攜帶前B細胞、B細胞和T細胞表麵標誌的細胞；SCID小鼠的巨噬細胞、粒細胞、巨核細胞、紅細胞等均呈正常狀態，NK細胞及淋巴激活因子（LAK）也呈正常；其骨髓結構正常。其外周血白細胞較少，淋巴細胞占白細胞總數的10%～20%，而正常小鼠應占約70%。
少量的SCID小鼠在青年期可發生免疫功能恢複，這種現象稱為滲漏。其滲漏特征不遺傳。
由於SCID小鼠在細胞與體液免疫方麵的缺陷，現已廣泛應用於免疫細胞分化和功能的研究，是異種免疫功能重建、人單克隆抗體生產、人類自身免疫性疾病及免疫缺陷性疾病、病毒學及腫瘤等方麵的一種十分理想的動物模型。許多人類寄生蟲不能感染其他小鼠，而SCID小鼠不但可被人類絲蟲病所感染，而且所出現的病變也與人類非常相似，因此是研究人類寄生蟲病的新動物模型。
SCID小鼠極易死於感染，因此必須飼養在SPF環境中，壽命可達1年以上。SCID小鼠兩性均可生育。
六、Motheaten小鼠
這種小鼠出生後2天內即可出現皮膚膿腫，有嚴重聯合免疫缺陷，突變基因（me）位於第6對染色體上，主要表現為對胸腺依賴和不依賴抗原均無反應，對T、B細胞分裂素的增殖反應嚴重受損，細胞毒T細胞和NK細胞活性減低。純合型（me/me）還伴有自身免疫的傾向，免疫複台物可沉積在腎、肺、皮膚。該係小鼠對判別生命早期免疫功能缺陷和某種自身免疫性病發生都是有用的模型。
七、人工培育的先天性聯合免疫缺陷型小鼠
國外將分布於3種小鼠的3個隱性突變基因即NK細胞缺陷的Beige基因、T細胞缺陷的nu基因以及B細胞缺陷的xid基因經過雜交、篩選及導入，育成了T、B、NK細胞三聯免疫缺陷的Beige-nude-xid小鼠。中國藥品生物製品檢定所孫靖等在自行育成單一T細胞功能缺陷型的PBI/1裸小鼠（615/PBI裸鼠）的基礎上，將C57BL/6J-beige小鼠的bg基因，通過反複雜交和回交，導入PBI/l裸小鼠中，從而獲得T、NK細胞雙缺陷的PBI/2-Beige（615B6/PBI-beige）裸小鼠，其NK細胞活性明顯低於PBI/1裸小鼠和BALB/c裸小鼠。在此基礎上，他們用T、NK細胞聯合缺陷的PBI/2——beige裸小鼠作為供體動物，B細胞功能低下的CBA/裸小鼠作為受體動物，采用雜交-回交和回交-互交導入法將具有PBI/2遺傳背景的“bg”和“nu”基因導入CBA/N小鼠中，培育成功了三聯（T、B、NK細胞）免疫缺陷的PB/3——xid。Beige裸鼠（CB。615/PBI-xid。Beige裸鼠）。該PBI/3-xid。Beige裸鼠保持了其雙親各自的特性：表型為裸體，皮膚清淡呈蒼白色，虹膜睫狀體和脈絡膜色素變淺，並形成一個深色顆粒的色素環，以及無肉眼可見胸腺，出血時間延長等。其免疫學特性的研究表明，PBI/3——xid。beige裸鼠是T、B、NK細胞功能低下的一種新型的模型動物。此外，陳樺等將Beige小鼠NK細胞缺陷基因導入SCID小鼠體內，也得到T、B、NK細胞功能三聯免疫缺陷小鼠（B。C。B-17SCID-Beige小鼠）。
八、顯性半肢畸形小鼠
顯性半肢畸形小鼠（dominant hemimelia mice）是顯性突變基因動物，基因符號為Dh，位於1號染色體上。純合子（Dh/Dh）小鼠由於泌尿生殖係統和骨骼係統的嚴重畸形，在出生後很快死亡。雜合子（Dh/+）缺乏脾髒，其泌尿係統、生殖係統、消化道和骨骼有一定程度畸形。畸形發生於早期胚胎的髒壁中胚層（splanchnic mesoderm）。該小鼠由於缺少脾髒，在一定程度上損傷了體液免疫反應。顯性半肢畸形小鼠無需特殊飼養條件。如果將nu基因和Dh基因結合在一起，即可培育出無胸腺和無脾髒的Lasat小鼠。