第 667 期

院務紀事
實驗動物簡介—免疫缺陷小鼠
Introduction to immunodeficient mice

科學家利用免疫缺陷小鼠（immunodeficient mice）的特性，植入人類幹細胞於小鼠體內，建構模擬人類免疫系統的擬人化小鼠（humanized mice），促成生物醫學相關領域的研究蓬勃發展，使科學家能更深入探討免疫學、自體免疫性疾病、癌症生物學、傳染性疾病；另外，新藥開發與藥效評估也使用擬人化小鼠來測試療效和評估安全性，以減少後續臨床實驗的成本，大大地減少實驗動物的使用量。近20年來，隨著生物技術的發展，科學家於實驗室可製作各種不同內涵的免疫缺陷小鼠以進行研究，本文簡介國內較常使用、已商品化的同源近親品系（congenic strain）之免疫缺陷小鼠。

免疫缺陷小鼠的發展，起源於遺傳性基因突變的發現，早期較廣為應用的有裸鼠和SCID（severe combined immunodeficiency）小鼠。西元1962年，英國格拉斯哥醫院Grist 醫師偶然在配種小鼠中發現無毛小鼠，後來證實這種無毛小鼠沒有胸腺，缺乏T細胞，是第11對染色體上nu 基因突變產生，裸鼠大量地被使用於異種移植（xenograft model）的研究，成為癌症研究領域中不可或缺的動物模式。但裸鼠的免疫系統仍保有B細胞、NK細胞和巨噬細胞，並非所有實驗材料都能移植成功，至1983年，Bosma醫師首次在CB-17品系小鼠中發現SCID小鼠，此小鼠帶有遺傳性Prkdcscid的隱性基因突變，使免疫系統T細胞和B細胞表面的抗原受體無法進行基因重組，無法產生功能性的成熟T細胞和B細胞，進行異種移植或原位植入（orthotopic model）較不會有免疫排斥現象。但SCID小鼠體內的先天性免疫系統仍保有高度活性，限制人類細胞植入後的增殖。後來科學家陸續將SCID小鼠與不同品系的小鼠雜交，在1995年發現以NOD小鼠品系背景建立的NOD SCID小鼠無法產生功能性成熟T細胞和B細胞，並表現較低的NK細胞和巨噬細胞，補體活化功能缺失，植入人類造血幹細胞（hematopoietic stem cells）後能增加細胞的分化和存活率，為近年來全世界使用最多的免疫缺陷小鼠。

2002年，日本實驗動物中央研究所（CIEA）科學家希望能再降低先天性免疫系統的干擾，特別是具攻擊癌細胞能力的NK細胞，使人類細胞移植到小鼠體內能完全發揮功能，建立更好的異體移植動物模型。利用C57BL/6J-γcnull小鼠，即為帶有IL-2受體γ鏈缺失的基因改造小鼠與NOD SCID小鼠配種後的子代，再與NOD SCID小鼠回交，製造出NOD/Shi-scid/IL-2Rγnull小鼠（簡稱NOG小鼠）。此小鼠不但有NOD SCID小鼠的優點，因為缺乏IL-2受體，NK細胞的活化作用被阻斷、幾乎完全失去功能，同時也降低了IFN-γ的影響，植入人類造血幹細胞可以顯著提升細胞在周邊血液、骨髓和脾臟的分化和存活率，此品系的建立是擬人化小鼠的重大突破。2005年，美國Jackson Laboratory也利用該機構的NOD SCID小鼠與IL-2受體γ鏈缺失的基因改造小鼠B6.129S4-Il2rgtm1Wjl/J配對，培育出NOD-scid IL2Rγnull小鼠（簡稱NSG小鼠）。NOD SCID小鼠有胸腺淋巴瘤表現型，一般平均壽命約為8個月，NOD-scid IL2Rγnull不會受到此表現型的影響，可存活超過16個月，適合中長期的實驗觀察。NSG小鼠與NOG小鼠有相似地移植潛力，目前科學家利用人類的造血幹細胞移植到小鼠，再配合細胞素的誘導，已經能成功培育出淋巴球系和骨髓球系的血液細胞，包括B細胞、T細胞、NK細胞、樹突狀細胞、單核球等。造血幹細胞的分化，有助於研究和預防免疫性疾病或是對特定血液細胞有專一性的傳染性疾病，如愛滋病、登革熱等。異種移植或原位植入腫瘤實驗可幫助縮短研究時程即能達到目標的腫瘤大小，對於後續的腫瘤相關性研究或新藥開發，相對具競爭力。NOG或NSG等免疫缺陷小鼠，目前僅可從國外購買使用，近年來國家實驗研究院國家實驗動物中心利用購自美國Jackson Laboratory之IL-2受體γ鏈缺失的基因改造小鼠B6.129S4-Il2rgtm1Wjl/J與該單位的NOD.CB17-Prkdcscid/JNarl，以回交方式開發出NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/YckNarl小鼠（簡稱ASID小鼠），ASID小鼠與NOG、NSG小鼠相似，缺乏B細胞、T細胞、NK細胞，且具缺陷的巨噬細胞、樹突狀細胞，不排斥異體移植的細胞和組織，目前已開始提供客制化訂購，期望對於國內生物醫學的發展有所助益。

免疫缺陷小鼠對於傳染性疾病或微生物的感受性高，飼養條件更需要謹慎的環境管理與優良的設備，並透過嚴密的健康監測和遺傳監控來維持品質，才能確保實驗結果的可信度。

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《文/圖：實驗動物中心莊子林獸醫師》