T淋巴細胞功能缺陷的動物有裸小鼠(基因符號nu)和裸大鼠(基因符號rnu)利用育種技術已將裸基因nu或rnu導入其它品系動物,作為背景品系可以是近交系也可以是封閉群,目前nu基因已導入的近交系有數個以上。rnu基因導入的大鼠品系也有10余種。 我國使用較多的裸鼠品系BALB/c-nu、NC-nu、Swiss-nu、NIH-nu。1980年和1982年中國藥品生物制品檢定所分別從瑞士和日本引進裸小鼠,上海中山醫院肝癌研究所1983年從美國引進了裸大鼠Rowett。
一、裸小鼠
(一)概念及命名:1962年英國格拉斯醫院Grist 在非近交的小鼠中偶然發現有個別無毛小鼠, 后來證實是由于基因突變造成的并伴有先天性胸腺發育不良,稱為裸小鼠(nude mice),用“nu”表示裸基因符號。裸小鼠是由于染色體上等位基因(第11對染色體上)突變引起的,已失去正常胸腺, 原胸腺殘留結構部分上皮樣細胞呈巢狀排列而部分呈外分泌腺結構。裸鼠淋巴結胸腺依賴區的淋巴細胞消失,外周血中淋巴細胞數目減少。1969年丹麥Rygaard首先將人類結腸腺癌移植裸小鼠成功,為免疫缺陷動物研究和應用開創了新局面。
(二)特性:裸小鼠的主要特征表現為無毛(hair less)和無胸腺(athymus)。隨著鼠齡增加皮膚變薄、頭頸部皮皺褶、發育遲緩。由于無胸腺,僅有胸腺殘跡或異常上皮,這種上皮不能使T細胞正常分化,缺乏成熟T細胞的輔助、抑制及殺傷功能,因而細胞免疫力低下。裸小鼠B淋巴細胞正常,但功能欠正常,免疫球蛋白主要是IgM,只含少量IgG。裸鼠由于T淋巴細胞缺陷,不能執行正常T淋巴細胞功能,在混合淋巴細胞反應中全無有絲分裂反應,也不產生細胞毒效應細胞,對刀豆A或植物凝集素亦無有絲分裂應答,無接觸敏感性,無移植排斥,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。裸小鼠粒細胞比普通小鼠數量少。由于背景品系不同,不同品系的裸鼠往往具有不同的生物學特征。必須指出,隨著裸小鼠年齡增長或有關因素的影響(如病毒感染),裸鼠體內正常T細胞會增加,故接種腫瘤實驗一般采用4 ̄8周小鼠。
(三)繁殖:裸小鼠抵抗力差,易患病毒性肝炎和肺炎,因而飼養和繁殖要求條件比較嚴格,在SPF環境下可生存,所用的籠具、墊料、飼料、 飲水等都要求經過嚴密滅菌消毒并采用隔離器飼養,以保證長期存活并進行繁殖。由于純合型雌裸小鼠nu/nu 受孕率低,乳腺發育不良且有食仔的習慣,因此生產上一般采用純合型雄鼠與雜合型雌鼠交配(♂nu/nu×♀nu/+)可獲1/2純合型仔代。
二、裸大鼠
(一)概念及命名:裸大鼠由英國Rowett研究所在1953年發現,基因符號為rnu, 屬染色體隱性遺傳。裸大鼠免疫器官的組織學與裸小鼠極為相似。3 周齡裸大鼠縱膈的連續切片中,只見胸腺殘體,未見淋巴細胞,淋巴結副皮質區實際上無淋巴細胞。T 細胞功能喪失。
(二)特征:裸大鼠的一般特征似裸小鼠,但軀干部仍有稀少被毛并非象裸小鼠那樣完全無毛,頭部及四肢毛更多,繁殖方法與裸小鼠相同。裸大鼠易患呼吸道疾病( 潰瘍性氣管支氣管炎及化膿性支氣管肺炎,病因可能與仙臺病毒感染有關)。 裸大鼠的發現及人癌異種移植成功,給腫瘤免疫研究增添一個新的手段。以裸大鼠代替裸小鼠,具有移植腫瘤大,取血量多,可行某些外科小手術等優點。因此比裸小鼠有一定優越性,其缺點是維持經費比裸SPF小鼠更高。
三、應用
1. 裸鼠在腫瘤學方面的應用 有人分析了381例腫瘤的裸鼠移植規律,發現人癌手術標本裸鼠異種移植成功率是28.3%,其中復發性腫瘤移植成功率為50%,轉移性腫瘤為38.5%均高于原發瘤的移植成功率20.5%,大約1/3 的人癌組織在裸鼠中可持續性生長建立人腫瘤瘤株。當腫瘤傳到第三代后,90%的移植瘤株可成為腫瘤細胞系。 人癌組織異種移植,以惡性黑色素瘤和結腸癌的成功率最高,乳腺和淋巴網狀內皮細胞腫瘤成功率低。移植后,腫瘤生長速度也不一樣,女性生殖系統腫瘤和結腸癌生長最快,胚胎性和骨的腫瘤生長很慢,轉移和復發腫瘤在裸鼠中生長比原發部位腫瘤更快。以后腫瘤傳代時間短于原代移植生長時間。人癌組織裸鼠移植,分化低的腫瘤易建立成腫瘤細胞系,傳代時生長更快。
一般說來,用已建株的癌細胞系移植裸鼠移植成功率高于用人癌手術標本移植。美國國家癌瘤研究所Gazdar分析人類肺癌移植于裸鼠120例,已在體外建立的肺癌細胞系的移植成功率高達90%,而新鮮肺癌實體瘤的裸鼠移植成功率只有40%。人類腫瘤(癌組織塊和成株的細胞系)的裸鼠移植可以建立裸鼠移植瘤,從而開展腫瘤基礎和臨床研究的各種重要課題。
人類腫瘤移植裸鼠體內能夠成功,動物的腫瘤無論同種或異種移植至裸鼠體內也能成活和傳代,如分泌生長激素的鼠垂體腫瘤細胞培養后接種至裸鼠體內成瘤,并且引起被接種的裸鼠出現了持續體重增加,鼠的血容量和主要器官體積也成比例增大。人的癌前病變和良性腫瘤很難作體外培養,把人的癌前病變和良性腫瘤移植于裸鼠的實驗,目前只有少數報導。如粘膜白斑病人的口腔粘膜移植于裸鼠皮下,有60%能生長。人的良性結腸息肉樣腺瘤移植于腎包膜下,存活28天。類骨質樣骨瘤移植于裸鼠也成瘤并能傳代生長。因而人的癌前病變和良性腫瘤也能夠在裸鼠體內生長,為研究腫瘤的病因學提供了良好的實驗動物模型。
有些腫瘤組織靠組織活檢切片很難下明確的診斷,還需要做一些特殊的檢查如免疫組化檢查,電鏡、特殊組織化學染色等以協助診斷。我們可以通過腫瘤移植于裸鼠,建立裸鼠移植瘤模型以輔助診斷。有人提出通過模型的實驗治療和腫瘤在裸鼠體內發展情況觀察來指導臨床實際病人的治療和推測其預后。
裸鼠移植癌保存原腫瘤的特性,這些特性中也包括了對抗癌藥的感受性,這在一定程度上可以預測對人癌的化療效果,并可以用于篩選新的有效抗癌藥物。
裸鼠接種成活的腫瘤對化學藥物的敏感性與臨床所見十分相近。如對黑色素瘤DTIC和CCNU的抑瘤作用較強,而5-FU則無效,與臨床客觀療效結果相似。人的Burkitt 淋巴瘤裸鼠移植后對環磷酰胺有較高的敏感性,也與臨床結果相符。已證實乳腺癌、結腸癌、肺癌等多種腫瘤模型對藥物的敏感性均與人相同。又如,用中成藥天花粉治療移植于裸鼠的人絨毛膜上皮癌,也證實了天花粉可以抑制絨癌的生長,并且可以延長裸鼠帶瘤時間和其存活時間。利用裸鼠移植瘤進行化療,可以針對腫瘤不同組織類型合理用藥。實驗證實各種抗癌藥物對裸鼠移植人癌的療效與臨床上的療效之間有一定的平行關系,完全可用移植人癌裸鼠模型抗癌結果來預測臨床療效。由于裸鼠價格昂貴,故用于臨床抗癌藥物篩選并未廣泛使用。
裸鼠也適合于做放射治療實驗研究。腫瘤對放射線的感受性在人和裸鼠是一致的。如將肺燕麥細胞癌移植于裸鼠對其放療3000 rad照射,3只裸鼠有2只治愈。放射增敏劑(Iq7611)與放射合用對裸鼠移植人腸粘膜腺癌的腫瘤抑制率與腫瘤生長延遲均有明顯的作用。
移植于裸鼠的腫瘤仍保持腫瘤的激素依賴性,因而為研究激素依賴性腫瘤的治療提供了模型。例如人的乳腺癌MCF-7屬雌激素受體陽性,在裸鼠體內仍保持著腫瘤的雌激素依賴性,一旦注入雌激素,立即開始生長,用抗雌激素藥物,則有明顯的抑瘤作用。
2. 裸鼠在微生物學和免疫學方面的應用:裸鼠由于功能性T淋巴細胞缺損,免疫機能低下,是研究病毒、細菌感染機制的極好模型動物。如淋巴細胞性脈絡叢腦膜炎病毒(LCMV),病毒經腦內接種于無本病毒感染的正常小鼠,可引起腦膜炎,感染細胞被當作靶細胞而遭到攻擊,腦、脊髓內出現明顯的細胞免疫反應。但在T 細胞缺陷的裸鼠所見卻完全相反,未導致動物死亡,僅出現持續的病毒血癥,體內不出現LCMV抗體,也無任何免疫反應。
生物制品(疫苗、菌苗)的安全性和免疫原性是制品必不可少的檢查內容,這涉及制品是否有潛在致癌性、感染因子以及它的毒力是否有返祖的可能性。在這些方面裸鼠是很好的實驗動物模型和手段。
3. 在遺傳學上的研究和應用:近代遺傳學的迅速發展,在人類已經發現40 余種免疫缺陷與遺傳因素有關,很多報導僅介紹了這些疾病的實驗室檢查結果及臨床表現,而有關發病機理則停留在假說階段,主要原因是由于沒有與人類所患的免疫缺陷性疾病相對應的自發性實驗動物模型,無法通過患病動物來觀察疾病發生與發展的全過程,從而無法闡明其遺傳規律。裸鼠的遺傳因素,因遺傳背景的不同,所表現的細胞免疫反應和實驗室檢查指標亦各不相同。這些裸鼠種群是研究人類各種免疫缺陷性疾病發病機理和遺傳規律的動物模型。
4. 在臨床醫學上的研究和應用:裸鼠已廣泛應用于基礎醫學研究,目前,臨床醫學研究也開始應用裸鼠。如神經外科學,利用裸鼠異種移植離斷后的神經,觀察離體后的神經元的生物學特征。眼科學應用裸鼠眼內注射視網膜母細胞瘤,觀察瘤細胞破壞視網膜全過程,研究視網膜屏障與該腫瘤的發生、發展關系,用以指導臨床治療。