NOG-EXL是在NOG基础上转入人细胞因子IL-3和GM-CSF所获得的模型。注射人脐带血来源造血干细胞（hCD34⁺HSC）后，相较于传统NOG，这两个人源细胞因子的转入和表达更有助于干细胞在NOG-EXL体内分化、发育与增殖，尤其是促进髓系细胞的发育。因此，huNOG-EXL体内可以重建T、B细胞和髓系细胞等多种免疫细胞，是目前人源免疫系统重建最完整的动物模型。目前已广泛应用于需要多种免疫细胞参与的抗肿瘤免疫研究领域，帮助研究者进一步了解免疫系统与肿瘤之间的相互作用，评估多种抗肿瘤疗法的药效与安全性。

huCD34⁺HSC移植后的NOG-EXL小鼠体内可呈现更完整的人类免疫系统，包括成熟的T细胞、B细胞和髓系细胞。

 

HuNOG-EXL还可以模拟髓系细胞主要参与介导的过敏、哮喘等炎症反应，以及建立传染病模型。本篇文章让我们来详细了解NOG-EXL在肿瘤免疫外的多面应用。

 

1.过敏

过敏指的是：

机体暴露于致敏原，体内肥大细胞或嗜碱性粒细胞表面的高亲和力IgE受体（Fcε-RI）与特异性IgE或致敏原发生交联反应，释放炎性介质（如组胺和白细胞三烯）而所引发的严重超敏过敏反应，包括过敏性皮炎、哮喘、过敏性鼻炎和食物过敏。

 

理想的动物模型需要重建出人肥大细胞和嗜碱性粒细胞等参与过敏反应的主要细胞，才能模拟发病特点。传统huHSC-NOG小鼠模型主要以T、B等淋巴系细胞分化增殖为主，髓系细胞发育不全。可能是因为相关细胞因子的缺乏，如G-CSF，GM-CSF和IL-3等。

 

基于此，2013年日本CIEA研发得到NOG-EXL，并首次将其应用于过敏疾病研究^[1]。

 

移植人HSC后，除T、B细胞等淋巴系细胞外，NOG-EXL小鼠体内髓系细胞（hCD33⁺骨髓细胞，hCD66b⁺粒细胞和hCD14⁺单核细胞）也得到重建并可持续存在，且比例明显高于huNOG。

使用8-10周龄NOG-EXL，经尾静脉注射huHSC后，小鼠体内各类人源免疫细胞随时间重建情况。

 

重建的粒细胞中包含大量具有完整功能的嗜碱性粒细胞和肥大细胞，分布在多器官组织中，如外周血、骨髓、脾脏和支气管灌洗液内。

huNOG-EXL和huNOG体内重建淋巴细胞抹片（经May-Giemsa染色处理）。huNOG-EXL小鼠体内可见嗜酸性粒细胞（红色箭头）、嗜碱性粒细胞（绿色箭头）和未成熟的中性粒细胞，而在huNOG体内没有发现。

 

 

刺激hFcεRI⁺hCD203c⁺肥大细胞和嗜碱性粒细胞后，细胞激活和脱颗粒的特异性标志物CD63⁺表达量和人PBMC中细胞表达量一样高，说明重建的粒细胞功能完整。

 

使用NP-BSA偶联物和NP特异性IgE对huNOG-EXL进行处理后，动物很快表现出强烈的PCA（被动皮肤过敏反应）（使用Evans Blue染色标记）。该反应只出现在IgE接种的背部皮下，而其他部位没有，具有抗原特异性。对照的huNOG没有出现染色，说明该反应是由重建的人源髓系细胞所介导，而鼠源肥大细胞没有被激活。进一步对huNOG-EXL背部皮肤进行分析发现：有大量人FcεRI⁺肥大细胞聚集，表明PCA由人肥大细胞调节。

 

团队进而使用花粉过敏患者来源的IgE和花粉提取物致敏huNOG-EXL，小鼠同样出现特异性炎症反应。

NP-PCA reaction

 

总结来说，人HSC移植到NOG-EXL小鼠体内可进一步发育、分化出足量的功能性肥大细胞，模拟以肥大细胞介导、释放组胺白细胞三烯等化学物质为特征的超敏变态反应。

 

huNOG-EXL也可模拟食物过敏，用于评价新药、或食物改良配方后的安全性评价。

 

使用huHSC-NOG-EXL建立β-乳球蛋白（BLG，牛奶中常见过敏原）过敏模型^[2]。动物摄入BLG后1小时内体温下降幅度超过5%，甚至死亡。结合血清组胺水平升高，肥大细胞激活和脱颗粒的特异性标志物CD63表达量升高等，表示造模成功，由肥大细胞参与调节过敏反应。小鼠体内多种人炎性细胞因子，如MCP-1、IFNg，IL-6和IL-8水平均升高，由重建的人Fcε⁺细胞（肥大细胞、嗜碱性粒细胞和巨噬细胞）激活后分泌。而鼠源细胞因子没有变化，说明鼠源肥大细胞没有与人IgE发生交联，不会干扰造模。

 

adrenaline，常用于临床上治疗过敏，同样可以缓解小鼠的症状。经尾静脉注射adrenaline后，小鼠体温下降幅度减少，存活率提高，组胺水平也大大降低。说明huHSC-NOG-EXL小鼠可以用于药物药效评价。

哮喘是一种慢性支气管免疫功能紊乱性疾病，以气道高反应（AHR）、粘膜过度增生和嗜酸性粒细胞增多为特点。此前绝大多数的鼠哮喘模型对哮喘模拟受限，主要是因为无法重建人髓系细胞。。huHSC-NOG-EXL小鼠可以弥补这一不足，模拟髓系细胞在气道内的增生与浸润等典型疾病特征^[3]。

 

IL-33通过促进肥大细胞和嗜碱性粒细胞等产生Th2细胞因子（如IL-4, IL-13等），引发和加重哮喘。将IL-33外源性补充给huHSC-NOG-EXL后，可引起动物出现一系列疾病典型症状，如AHR、杯状细胞增生、分泌IL-13和骨膜蛋白。支气管肺泡灌洗液（BALF）中可以检测到T细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞。

 

IL-13，是一种由ILC2、T细胞和肥大细胞产生的细胞因子，作为IL-33的下游负责介导气道炎症。使用hIL-13单抗阻断IL-13信号通路后，小鼠的哮喘症状得到很大程度的缓解，包括BALF中T细胞和髓系细胞（嗜酸性粒细胞、肥大细胞和嗜碱性粒细胞）减少，黏液和杯状细胞增生情况有所缓解。

NOG-EXL小鼠注射HSC后12周，连续3天经气管补充IL-33，支气管内出现大量免疫细胞浸润，包括CD3⁺T细胞和MCC⁺肥大细胞。

 

小结

髓系细胞在过敏疾病中的作用至关重要，HuHSC-NOG-EXL小鼠突破以往模型不能重建髓系细胞（单核/巨噬细胞、肥大细胞、粒细胞、DC细胞等）的限制，模拟过敏疾病的关键特征，且不会被鼠源髓系细胞干扰，帮助研究者探究细胞和分子层面的发病机制，评估有潜力的治疗方案。

 

2.传染病

huNOG-EXL因对人免疫系统模拟程度更高，同样适用于宿主特异性强的传染病研究。

 

如HIV病毒，只能感染免疫系统人源化小鼠并增殖。相较于传统的huHSC-NOG/NSG小鼠，各类免疫细胞在huHSC-NOG-EXL外周血和淋巴组织内的移植效率明显增加，HIV病毒载量也更高（10⁷ vs 10⁶/40μL血清），此外它还可以模拟多种患者感染HIV后的体内变化^[4]：

• HIV感染抑制造血祖细胞分化，使hCD45⁺(%）下降
• HIV感染引起病毒相关细胞病理效应，使CD4⁺T细胞量下降，进而导致CD4:CD8比例下降
• 各类免疫细胞的变化受到病毒复制量影响，出现细胞死亡或分化成熟受阻，主要发生在病毒感染早期。

外周血中的淋巴系细胞（T细胞、B细胞和CXCR5⁺CD8⁺T细胞）因病毒相关细胞病理效应导致细胞死亡，或因感染潜移至附近淋巴结等原因而下降。

 

外周血中的单核细胞（CD14⁺CD16^-）和pDC细胞比例下降，HLA^-DR⁺Lin1^-细胞增加。CD56brightNK细胞数量减少，可能是因为高病毒载量改变了其表型和功能，进而影响适应性免疫细胞的激活和抗病毒细胞因子（如IFN-γ）的分泌。

HuNOG-EXL和huNSG小鼠HIV病毒RNA拷贝量、hCD45⁺（%）和CD4: CD8（%）。HuNOG-EXL在感染后1-3周内病毒拷贝量急剧升高后稳定在高水平。

红色：HIV感染模型；绿色：HIV未感染模型。

 

小结

huHSC-NOG-EXL可以重建出多种免疫细胞，更好地模拟传染病动力学变化。髓系细胞的重建有助于研究者探索髓系细胞在HIV发病机制中的角色，比如单核细胞、巨噬细胞和DC细胞。高水平的抗原提呈细胞也有助于促进髓系-淋巴系细胞群体间的相互作用，表现适应性免疫应答。这是其他非转基因小鼠或传统人源化小鼠无法比拟的。

 

总结

huHSC-NOG-EXL可实现多种免疫细胞重建，包括T、B、髓系细胞等，大大提高HSC移植效率，呈现更完整的人类免疫系统。不仅有利于研究以髓系细胞主要参与介导的过敏和哮喘,也适用于宿主特异性强的传染病造模，和模拟炎症性肠病(IBD)，更好地重现疾病与免疫系统相互作用，帮助研究者对疾病发病机制和药效评估有更深入的了解与探讨。此外，因为细胞因子表达量与人更接近，huHSC-NOG-EXL存活时间长达18周以上，绝大对数不会发展为严重的贫血，尤其适用于研究周期较长的研究，实验安排与开展更从容。

 

参考文献

[1] Establishment of a human allergy model using human IL-3/GM-CSF-transgenic NOG mice.

[2] Bovine β-lactoglobulin-induced passive systemic anaphylaxis model using humanized NOG hIL-3/hGM-CSF transgenic mice

[3] A humanized mouse model to study asthmatic airway inflammation via the human IL-33/IL-13 axis

[4] HIV Replication in Humanized IL-3/GM-CSF-Transgenic NOG Mice