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人源化小鼠不仅是一个在活体情况下研究人生理学和病理学的强大工具,也是一个前临床的模型可以用来研究临床治疗的相关问题。我的论文研究的主要目的是拓展人源化小鼠作为研究人造血和淋巴系统模型的能力和潜力,它由两部分组成：1)人红细胞和血小板在人源化小鼠中的发育2)建立TCR转基因的人源化小鼠模型用于研究抗肿瘤的基因治疗。1.人红细胞和血小板在人源化小鼠中的发育一个能够支持人红细胞发育的动物模型对于研究人红细胞在生理和病理下的生物学功能具有很高的价值,并且会有助于评估体外条件下从人胚胎干细胞分化人红细胞的临床应用策略。虽然NOD背景的免疫缺陷小鼠已经被广泛的应用于研究人造血干细胞的分化,利用这些模型成功的研究人红细胞生成和红细胞功能还没有报道。之前,我们证明通过在NOD/SCID或者NOD/S CID/γc-/-小鼠肾被膜下移植人胚胎胸腺并且转输CD34+胚胎肝脏细胞能够发育出多种人淋巴造血细胞。在本次研究中,我们检测了人源化小鼠中的人红细胞发育。虽然在人源化小鼠的骨髓中发现了大量的由非成熟有核红细胞,但是在所有的人源化小鼠,包括那些外周血人白细胞近完全嵌合的人源化小鼠中也无法检测到人红细胞。我们发现受体小鼠的巨噬细胞是这些小鼠缺乏人红细胞的一个主要原因,因为巨噬细胞清除后就能在人源化小鼠外周血中检测到人红细胞,并且这些人红细胞会随着停止巨噬细胞清除而逐渐消失。另外,通过补充人的红细胞生成素(EPO)和人白介素3(IL-3)能够显著的提高人红细胞的组成。如人红细胞在人源化小鼠中发育的情况类似,转输的人红细胞会在NOD/SCID小鼠体内被迅速清除,并且我们还发现人红细胞被清除的速度明显快于小鼠CD47缺陷的红细胞,这显示小鼠巨噬细胞介导的人红细胞清除可以不依赖于经典的CD47—SIRPα信号通路。和红细胞的研究类似,现在也缺乏一个小动物模型用以研究人血小板在活体状态下的生理和病理学功能。为此,我们也检测了人源化小鼠中的人血小板组成。虽然这些小鼠的外周血中有包括人T,B细胞在内的高水平的人白细胞嵌合,但是即使在那些人白细胞接近完全嵌合的人源化小鼠中人血小板组成非常低。我们发现,受体小鼠中巨噬细胞介导的排斥作用是人血小板重组水平低的重要原因,一经巨噬细胞清除,人的血小板的嵌合比例可以达到人白细胞的嵌合水平,并且人的血小板会随着停止巨噬细胞清除而逐渐消失。类似的,从人血中分离的血小板能够被NOD/SCID小鼠中巨噬细胞迅速清除,但是这种清除速度却明显小于对CD47缺陷小鼠血小板的清除速度。这暗示,小鼠巨噬细胞对于人血小板的排斥可以不依赖于经典的CD47- SIRPα信号通路,而某些一种抗原介导了小鼠巨噬细胞的活化。2.建立用于抗肿瘤研究的TCR转基因人源化小鼠诱导肿瘤抗原特异性免疫反应被认为是一个潜在的抗肿瘤免疫治疗方式。在一些前临床治疗中,通过用含有肿瘤抗原特异性TCR的慢病毒感染病人自身单个核细胞(PBMCs)产生肿瘤特异性T细胞,并将这些T细胞转输到病人体内被证明能够明显的抑制一些病人的癌症发生。小鼠上的研究证明利用肿瘤抗原TCR基因,同工程手段改造造血干细胞能够提供一个更加有效的癌症治疗方式,这些从病毒感的染造血干细胞发育来源的肿瘤抗原特异性T细胞能够产生很强的抗肿瘤作用,并介导对已经形成肿瘤的清除。在本次研究中我们拓展了该治疗策略,使得人源化小鼠中的人免疫系统具备抗肿瘤作用。我们在免疫缺陷小鼠上通过移植人胚胎胸腺(肾被膜下)和尾静脉注射经过含有TCR基因的慢病毒感染过的CD34+造血干细胞,建立起HLA-A*0201限制性Mart-1(黑色素瘤抗原T细胞识别抗原)特异性TCR转基因的人源化小鼠。通过Mart-1特异性Tetramer作流失细胞术检测证实了这些人源化小鼠中存在表达：Mart-1特异性TCR的人CD8+T细胞,并且Mart-1 TCR+的T细胞的比例可以通过清除胸腺细胞进一步提高。重要的是,人源化小鼠中Mart-1 TCR+的T细胞能够对Mart-1抗原反应,在经过Mart-1多肽免疫后能够分泌IFN-γ。据我们所知,这是第一个具有功能性的抗原特异性T细胞产生的TCR转基因人源化小鼠,它为通过利用肿瘤抗原特异TCR工程改造人造血干细胞进行抗肿瘤的免疫治疗提供有效平台。综合以上研究,人源化小鼠为研究人的造血和淋巴系统提供了一个非常有效的小动物模型。通过克服由巨噬细胞介导的排斥作用,该模型可以进一步用于研究人红系细胞和巨核细胞在人源化小鼠中的发育、分化和功能。并且,这种人源化小鼠不光具有功能性的人免疫系统,通过重建具有功能性的肿瘤抗原特异性T细胞,使得该小鼠成为一个能够用于拓展人癌症免疫治疗的有价值的新模型。