C3/C5/CFB人源化小鼠模型

发布时间：2025-07-01 08:01:52 阅读量：1 作者：生物检测中心

C3/C5/CFB人源化小鼠模型：跨越种属屏障研究补体系统的关键工具

补体系统作为先天免疫的核心组成部分，通过调理吞噬、细胞裂解和炎症调节等多种机制抵御病原入侵。其中，C3是补体激活所有三条通路（经典、凝集素、旁路）的汇聚点和放大器，C5是形成膜攻击复合物（MAC）和强效过敏毒素C5a的关键分子，而补体因子B（CFB）是旁路途径的核心限速酶。这三个分子在补体功能及相关疾病中扮演着极其关键的角色。

传统小鼠模型的局限性
尽管小鼠是生物医学研究的基石模型，但其补体系统与人类存在显著的种属差异：

  • 蛋白序列与功能差异： 小鼠与人类的C3、C5、CFB蛋白序列同源性虽高（约70-80%），但在关键功能结构域（如与抑制剂结合位点、受体结合位点）存在差异，导致功能特性不同。
  • 抑制剂敏感性差异： 靶向人补体蛋白（尤其是C5）研发的治疗性单克隆抗体或小分子抑制剂，常常无法有效识别和小鼠同源蛋白结合或抑制其活性。
  • 信号通路差异： C5a在小鼠和人类中与其受体（C5aR1/C5aR2）相互作用的效能和下游信号传导通路可能存在差异。
    这些差异严重制约了利用传统小鼠模型精准评估靶向人C3、C5、CFB药物的疗效、药代动力学和安全性，也难以完全模拟人类补体相关疾病的病理过程。
 

人源化模型的构建原理与技术
C3/C5/CFB人源化小鼠模型正是为了克服上述种属差异而诞生。其核心目标是在小鼠体内功能性表达相应的人类补体蛋白（hC3、hC5、hCFB），同时尽可能地消除内源性小鼠同源蛋白（mC3、mC5、mCFB）的干扰，从而构建更贴近人类补体系统生理和病理环境的活体研究平台。主要构建策略包括：

  1. 基因敲除/敲入： 最常用且效果相对彻底的方法。
    • 内源基因敲除： 利用基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）完全敲除小鼠自身的C3、C5或Cfb基因位点，使其无法产生功能性小鼠蛋白。
    • 人源基因敲入： 在敲除内源基因的同时或之后，将包含完整调控元件（启动子、内含子、增强子等）的人源基因（hC3, hC5, hCFB）定点插入到小鼠基因组中（通常是原内源基因位点）。这旨在模拟人基因的正常表达调控和组织分布。
  2. 转基因过表达： 在保留内源小鼠基因的情况下，通过随机整合方式引入人源基因片段（如含启动子的人cDNA或基因组片段）进行表达。这种方法相对简单，但存在表达水平不可控、组织特异性可能异常、内源小鼠蛋白未被消除导致混杂等问题，并非理想的首选方案。通常用于早期探索性或特定需求。
  3. 大片段载体（如BAC）转基因： 携带完整人基因及其远端调控序列的细菌人工染色体（BAC）被引入小鼠基因组，以期获得更接近生理的表达模式和水平。这种方法可与内源基因敲除策略结合使用。
 

模型的核心特征与验证
一个可靠且有效的C3/C5/CFB人源化小鼠模型应具备以下关键特征，并需经过严格验证：

  • 人源蛋白表达： 通过定量PCR、Western Blot、ELISA、免疫组化/荧光等技术，证实模型小鼠的血液、肝脏（主要合成器官）及其他相关组织中稳定表达人类C3、C5或CFB蛋白。
  • 内源蛋白消除： 通过敏感的方法（如特异性抗体检测）确认内源性小鼠C3、C5或CFB蛋白的表达被有效消除或显著降低至无法产生功能干扰的水平（完全敲除是最佳状态）。
  • 功能性整合：
    • 补体活性恢复： 模型小鼠应具备功能性的补体系统。例如，hC3小鼠应能响应激活物（如酵母多糖、免疫复合物）产生人C3a、C3b及其裂解片段，支持补体后续级联反应；hC5小鼠应能产生人C5a和人C5b-9（MAC）；hCFB小鼠的人CFB应能正常参与旁路途径的C3转化酶（C3bBb）形成和放大环路的运转。
    • 种属特异性抑制： 这是模型价值的关键体现。 必须严格验证靶向人C3、C5、CFB的特异性治疗药物（如抗人C5单抗）能在模型小鼠中有效抑制补体激活（如抑制溶血活性、降低C5a/MAC生成），而该药物在野生型小鼠中应无效或效果显著减弱。同样，靶向小鼠补体的抑制剂在模型小鼠中应无效。
  • 生理稳态： 在未受刺激状态下，模型小鼠的补体系统应处于相对正常的生理水平，无明显自发炎症或免疫缺陷表现（需排除基因操作本身可能导致的非特异性表型）。
  • 组织病理学： 必要时检查主要器官（肝、肾、脾等）有无异常病理改变。
 

应用领域与价值
这类高度特异性的模型在基础研究和药物研发中具有不可替代的优势：

  1. 靶向C3/C5/CFB药物研发的核心平台：
    • 体内药效学评价： 在疾病模型背景下，精确评估药物（单抗、小分子抑制剂、核酸药物等）阻断人靶点后的疗效（如抑制溶血、减轻炎症、保护组织损伤）。
    • 药代动力学研究： 研究药物在表达人靶点动物体内的吸收、分布、代谢和排泄特性。
    • 安全性评估： 预测和评估药物对人补体系统潜在的非预期影响（如感染易感性变化）。
  2. 人类补体相关疾病机制研究：
    • 精确模拟病理： 将模型小鼠与诱导特定人类疾病（如阵发性睡眠性血红蛋白尿症-PNH模型、非典型溶血尿毒综合征-aHUS模型、年龄相关性黄斑变性-AMD模型、某些肾小球肾炎模型、重症肌无力模型等）的方法相结合，可在更贴近人体的环境中研究人C3、C5、CFB在疾病发生发展中的具体作用及调控机制。
    • 评估治疗策略： 在疾病模型中测试针对人靶点的不同治疗策略的有效性。
  3. 补体系统生理功能研究： 利用人源化模型，深入研究人特定补体分子在宿主防御、免疫调节、组织稳态等生理过程中的独特作用。
 

挑战与展望
尽管C3/C5/CFB人源化模型是重大突破，但仍需认识到其局限性：

  • 并非完整人免疫系统： 模型中仅特定补体分子被替换，小鼠的其他免疫组分（其他补体因子、免疫细胞及其受体、适应性免疫等）仍为鼠源，存在相互作用不匹配的可能。更复杂的“人源化”模型（如免疫系统人源化小鼠）在整合度上有潜力，但仍面临巨大技术挑战。
  • 表达调控复杂性： 即使使用内源位点敲入策略，也难以完全人类基因在时空上的精细表达调控模式。肝脏是主要来源，但局部表达（如肾脏、眼、脑）的调控可能不尽相同。
  • 模型间的差异： 不同研究所构建的小鼠模型在使用的基因片段、整合位点、背景品系上可能有差异，导致表达水平和功能特性不完全一致，影响结果的可比性。标准化工作仍在推进。
  • 成本与可获得性： 构建、维持和验证这类精密遗传工程模型需要较高的成本和技术专长。
 

未来的发展方向包括：

  • 构建更复杂的多基因人源化模型： 例如同时人源化C3、C5、CFB，或人源化关键补体调控因子（如因子H）及其靶点（如C3b），以研究更复杂的调控网络。
  • 组织特异性人源化： 实现在特定组织或细胞类型中特异表达人补体蛋白，以研究局部作用。
  • 与人类细胞/组织移植结合： 将人源化补体模型与移植人免疫细胞或组织（如皮肤移植物）相结合，构建更具人体生理/病理相关性的研究系统。
  • 标准化与共享： 推动核心人源化模型的标准化表征和资源广泛共享，提升研究可重复性。
 

结论
C3/C5/CFB人源化小鼠模型通过克服关键的补体种属差异，为深入理解人类补体生物学、病理机制以及加速靶向C3、C5、CFB的创新疗法研发提供了强大的转化研究工具。随着技术的不断精进和模型复杂度的提升，其在推动精准免疫学和开发下一代补体靶向药物方面将持续发挥不可替代的核心作用，成为连接基础研究与临床应用的坚实桥梁。

参考文献示例 (格式可根据需要调整):

  1. Harris, C. L. (2019). Expanding horizons in complement drug discovery: challenges and emerging strategies. Seminars in Immunopathology, 41(1), 125–140.
  2. Katschke Jr, K. J., et al. (2018). Classical and alternative complement activation on photoreceptor outer segments drives monocyte-dependent retinal atrophy. Scientific Reports, 8(1), 7348.
  3. Liu, J., et al. (2018). Preclinical evaluation of the efficacy and safety of an anti-human complement C5 monoclonal antibody in humanized mice. Frontiers in Immunology, 9, 2105.
  4. Morgan, B. P., & Harris, C. L. (2015). Complement, a target for therapy in inflammatory and degenerative diseases. Nature Reviews Drug Discovery, 14(12), 857–877.
  5. Ricklin, D., et al. (2010). Complement: a key system for immune surveillance and homeostasis. Nature Immunology, 11(9), 785–797. (经典综述)
  6. Schuster, M. C., et al. (2017). Generation and characterization of human complement component C3 humanized mice. Journal of Immunology, 198(1 Supplement), 141.16. (会议摘要示例)
  7. Thurman, J. M., & Holers, V. M. (2006). The central role of the alternative complement pathway in human disease. Journal of Immunology, 176(3), 1305–1310.