无胸腺裸鼠
一、基本概念
无胸腺裸鼠(nude,裸鼠)目前已成为医学生物学研究领域中不可缺少的实验动物模型,特别是在肿瘤学、免疫学、药品与生物制品的安全性评价及有效药品的筛选等实验方面有着特殊的价值。裸鼠在科学研究中之所以能成为有巨大潜力的实验模型,是由于nu基因有独特的遗传特性。经过世界各国实验动物遗传育种学家的努力,目前已将nu基因导入不同近交系动物,成为系列动物模型,仅小鼠模型1种,已建立了20余种近交系裸鼠。由于它们具有不同的遗传背景和nu基因的遗传特性,使医学生物学研究者获得一种极其宝贵的试验材料。
裸鼠(纯合子nu/nu突变鼠)主要表现为无毛(但可看到一种细毛组织学证明有被毛滤泡)以及缺乏正常胸腺。杂合子小鼠(nn/+)各方面表现都正常。
二、裸鼠在科学研究中的应用
(一)在组织移植中的研究
由于裸鼠的免疫缺陷,在一定情况下,不排斥来自异种动物的组织移植,因此可作移植人类恶性肿瘤的接受体。目前已成功地将结肠癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、黑色素瘤、淋巴瘤、白血病、肾癌、宫颈癌、软组织肉瘤和骨肉瘤等移植于裸鼠、获得了一定百分比(35.7%)的良好生长,并可传代。若用已建株的人体肿瘤组织培养细胞做移植材料,接种后的成活率更高(41%)。因此,裸鼠的应用将对肿瘤基础研究工作作出新的贡献。
(二)肿瘤药物治疗和肿瘤免疫研究
裸鼠接种成活的肿瘤对化疗药物的敏感性与临床所见十分相近。黑色素瘤以DTIC和CCNU的抑瘤作用较强,而氟尿嘧啶则无效,与其临床客观疗效(三药分别为20%、12%及2.5%)结果相似。人的Burkitt淋巴瘤的裸鼠移植后对环磷酰胺有较高的敏感性,也与临床结果相符。其他肿瘤如乳腺癌和结肠癌裸鼠移植,对前者多柔比星(5mg/kg)、氟尿嘧啶(50~80mg/kg)和美法仑(7mg/kg)均有一定的抑瘤效能,对后者甲基-CCNO和丝裂毒素也明显疗效。有趣的是对P333无效的六甲密胺,却对人体肺癌异种移植有效,应用其耐受剂量60~90mg/kg都有消瘤作用,对人体乳瘤MX-1和结肠瘤CX-1也有效。此药重新临床试用,证明对人支气管肺癌和淋巴瘤都有治疗作用。最近,对过去因毒性较大而中断研究的偶氮氧代正亮氨酸,重新用人肿瘤裸鼠模型评价,证明对MX-1和肺癌LX-1有明显疗效,又重新进入临床研究。近有人用胸腺嘧啶核苷等444~888mg/kg给肿瘤裸鼠连续灌注96~140小时,发现它能明显抑制人体黑色素瘤及畸胎瘤的生长,并导致肿瘤消退而对宿主无明显毒性,这些新结果已引起了临床重视。近年来将人癌组织移植入裸鼠肾囊膜内,观察肿瘤生长大小,在双目显微镜下测量肿瘤直径OMU,比较给药组和对照组的差异,在11天左右可以得到评价药物疗效的结果。在肿瘤免疫研究方面,France报道无胸腺裸鼠用4(5)-33-二甲基-1-三唑-5(4)碳胺[Dic4(5)-33-dimethyl-l-triazlon inidazole-5(4)Carboxamide]处理后,明显增强了对L1210和L3TRA淋巴瘤株的免疫原性。
(三)免疫和遗传学研究
由于近代遗传学的迅速发展,已发现40余种免疫缺陷疾病与遗传因素有关。许多报道只介绍了这些疾病的临床表现和实验室检查结果,有关发病机制则停留在假说阶段,这主要是由于没有与人类所患的免疫缺陷性疾病相对应的自发性实验动物模型,无法通过患病动物来观察疾病发生与发展的全过程,从而无法阐明其遗传规律。先天性无胸腺裸鼠的遗传因素,免疫动物原缺陷指标以及剖检所见和组织学观察等特征,均与人类免疫缺陷性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亦各不相同。这些裸鼠种群是研究人类各种免疫缺陷性疾病的发病机制和遗传规律的动物模型。实验动物遗传学家已育成具有不同免疫缺陷特性的近交系小鼠达50余种。我国所应用的自发性免疫缺陷小鼠,主要应用的是BALB/c遗传背景的裸鼠,个别实验室也应用了NIH、ICR等非近交系裸鼠。
(四)病毒、细菌、寄生虫感染机制的研究
无胸腺裸鼠的T淋巴细胞缺损,免疫功能低下,是研究病毒、细菌及寄生虫感染机制的极好模型动物。如可用于研究乙型脑炎SAl4-14-ZHK7减毒株为乙脑活毒疫苗的选育株,在正常小鼠体内可产生符合规定的免疫原性(LD50),而在胸腺缺少或胸腺发育不良的生物个体免疫原性如何,对于今后的使用具有参考价值。
(五)生物制品和药品的检定
生物制品(疫苗、菌苗)免疫原性的安全性是生物制品必不可少的内容之一。它涉及制品是否有潜在致癌性、感染因子以及它的毒力是否有返祖的可能性。特别是在应用动物组织培养疫苗或人类二倍体细胞株时,对检出这些细胞潜在的致癌性、某些制品引起的异常发应及其发生机制、对药物致癌性或抗癌药物的研究等诸方面,先天性胸腺功能缺陷的裸鼠是很好的动物模型和实验手段。
(六)微生物学方面的研究
1975年,Colston等将麻风杆菌接种于裸鼠足掌,发现麻风杆菌可大量繁殖,全身扩散,引起瘤型麻风。这为研究麻风杆菌的生物特性、免疫原性和麻风病发病机制提供了极为有用的实验模型。又如淋巴细胞性脉络膜脑膜炎(LCM)病毒经脑内接种于无本病毒隐性感染的正常小鼠,可引起脑膜炎,感染细胞被当作靶细胞而受到破坏,在脑、脊髓内发生了明显的细胞免疫反应,但在T细胞缺损的裸鼠所见却完全相反,未导致动物的死亡,仅出现持续病毒血症,体内不出现LCM抗体,也无任何免疫反应。
(七)内分泌和老年医学上的应用
在人工摘除胸腺动物,大多数研究可见脑下垂体、甲状腺、肾上腺、性腺等出现异常。有人用无特定病原体环境中饲养的裸鼠和正常小鼠进行研究,分析3、9、11周龄的雌、雄动物的脑下垂体生长激素及甲状腺、肾上腺皮质和性腺功能,结果发现两者间未见有统计学上的差别。在老年医学的研究上,有人认为裸鼠没有T细胞,容易引起自身免疫现象,皮肤的可溶性胶原(collagen)也减少,因此认为胸腺、自身免疫、老化三者之间是有关系的,但这方面也有不同论点。