构建具有高水平人红细胞组成的人源化小鼠模型

As a powerful model with the high expectation for translational medicine, more and more attention is attracted to humanized mice. However, the deficiency of mature human RBC(red blood cell) reconstitution in those animals restrain their application in the studies of human RBC development, function and relevant diseases. Recently, we found that although mouse macrophages are tolerant to human white blood cells, they mediate rapid rejection for human RBCs, in which mouse complements may play a crucial role. Clodronate is a widely used reagent for macrophage depletion in mouse. Once after clodronate treatment, mature human RBCs can be detected in the peripheral blood of humanized mice which indicate the rejection by mouse macrophage is the direct reason for the deficiency of mature human RBC reconstitution in humanized mice. While we also found that clodronate is very toxic for immunodeficient mice which lead to high death rate for humanized mice after clodronate treatment. The aim of this project is to establish a humanized mouse model with high level of human red blood cell stable reconstitution and to study the role of mouse complements in the process of human RBC rejection mediated by mouse macrophages. The outcome of our project may provide a powerful support for both human RBC physiology and pathology in vivo studies. The proposal is standing on the cutting edge of relevant fields internationally with high practical importance.

人源化小鼠模型由于在转化医学上巨大的应用前景受到越来越多的关注，但是现有模型没有成熟人红细胞的发育，严重限制了该模型在研究人红细胞发育、功能及相关疾病中的应用。我们近期研究发现，虽然小鼠巨噬细胞对人白细胞耐受，但会对人红细胞产生急性排斥，而小鼠补体在该排斥过程中可能具有重要作用。Clodronate是当前广泛使用的巨噬细胞清除剂，Clodronate 处理后的人源化小鼠的外周血中会出现成熟人红细胞，这说明小鼠巨噬细胞介导的排斥是限制人红细胞发育的直接原因。然而，由于clodronate对于免疫缺陷小鼠毒性巨大，使用后人源化小鼠大量死亡。该课题目的是建立具有稳定、高水平人红细胞组成的人源化小鼠模型，探索补体在小鼠巨噬细胞对人红细胞的一种排斥中的机制，为在活体条件下研究人红细胞的生理学和疾病问题提供有力支撑。该项研究紧扣国际研究前沿，具有较为重要的现实意义。

种属间的巨大差异导致从传统动物模型中得到的结果常常无法在人体中被验证，这严重的阻碍了实验室成果向临床转化效率。因此，开发具有人生理、病理特征的人源化小鼠模型受到越来越多的关注。近二十年来，通过在免疫缺陷小鼠体内移植人造血干细胞建立的人源化小鼠模型在病毒感染、移植免疫、抗体药物检验等领域有了广泛的应用；但由于其外周中没有成熟人红细胞的存在，该模型在人红细胞相关研究领域几乎处于空白。我的前期研究表明小鼠巨噬细胞对人红细胞的排斥作用是导致人源化小鼠中缺陷人红细胞的主要原因。由此，我们通过Clodronate注射建立了同时具有人免疫细胞和成熟的人红细胞组成人源化小鼠模型，而该小鼠被认为是当今唯一能用于活体研究人造血干细胞向人红细胞分化的动物模型。然而，此模型还存在如下缺点：1）Clodronate处理的人源化小鼠外周人红细胞较低（<5%）；2）Clodronate对免疫缺陷小鼠毒性作用较大，小鼠死亡率高。为了建立实现人红细胞在免疫缺陷小鼠中更佳的重建效率，我们需要深入研究免疫缺陷小鼠巨噬细胞排斥人红细胞的机制，并由此建立较Clodronate注射更有效的促进人红细胞在免疫缺陷小鼠中生存的方案。在该基金的资助下我们取得了以下进展：我们发现，同小鼠巨噬细胞作用于CD47-/-小鼠红细胞不同，小鼠巨噬细胞不能直接吞噬人红细胞。它需要在小鼠补体的帮助下捕获、结合人红细胞；而加入补体特异性的抗体或补体灭活试剂可以有效阻断小鼠巨噬细胞对人红细胞的粘附作用。进一步的研究发现，人红细胞在小鼠血清中会发生病变、凋亡等作用，是导致人红细胞被小鼠补体调理的主要原因。根据这些发现我们开发出较clodronate注射更为有效的促进人红细胞在免疫缺陷小鼠体内存活的方案。