ヒト化マウスを用いたヒトウイルス感染症モデルの樹立とその応用
岡田誠治
熊本大学エイズ学研究センター岡田プロジェクト研究室

はじめにヒトの病気を理解するためには，様々な実験動物を用いた in vivo の解析系が重要である。特にマウスは，①飼育と繁殖が容易である，②遺伝子が同一の系統（Inbred strain）が存在するため，安定した実験結果が得られやすい，③ヒトの病気のモデルマウスが存在する（高血圧，糖尿病，貧血など），④遺伝子改変マウス作成技術が確立している，などの理由で医学生物学研究に古くから用いられ，その発展に大きく貢献してきた。しかしながら，ヒトとマウスなどの実験動物では免疫反応など異なる点も多いことから，マウスを用いた研究結果は必ずしもヒトの生体を反映されるものではなく，実験結果の解釈には注意を要する [1]。特に，エイズなどのヒトに特有の感染症はマウスなどの実験動物には感染しないため，実験動物を用いた研究には限界があった。そこで，世界的にヒトの細胞が生着可能な高度免疫不全マウスの開発とヒト細胞が生着した「ヒト化マウス」の開発が進んでいる。本稿では，ヒト化マウスを用いたヒト感染症研究の動向について概説する。
1．高度免疫不全マウスとヒト化マウスの開発
1962 年の Nude マウスの発見以来，様々な免疫不全マウスが開発されてきた。Nude マウスや Scid マウスにはヒト腫瘍細胞は生着可能であったが，ヒト血液細胞のような正常細胞の生着は困難であった。
そして，1988 年の Hu-PBL Scid マウス Scid-hu マウスの樹立により，免疫不全マウスにヒト血液細胞を移植し，マウス体内でヒト血液細胞が生着し増殖分化 す る「 ヒ ト 化 マ ウ ス 」 作 成 へ の 道 が 拓 か れ た。
1995 年に機能的な T 細胞と B 細胞が欠損し，NK 活性とマクロファージ機能が障害された NOD/Scid マウスが樹立され，ヒト血液細胞の生着は飛躍的に改善した [2]。その後，ヒト造血幹細胞の生着と T 細胞

117の分化には NK 細胞活性の制御が重要であることが判明し，NOG マウスや NSG マウスなどの NK 細胞が欠損したマウスが樹立された（表 1）[3–5]。私達は，Jak3 欠損マウスにおいて NK 細胞が完全に欠損していることに注目し，NOD/Scid マウスと Jak3 欠損マウスを 10 世代交配し，NOD/Scid Jak3 欠損マウス（NOJマウス）を樹立した [6]。後に，NOD 系統のマウス
ではマクロファージの Sirpα に変異があるため，ヒト細胞を認識して貪食しないため，ヒト細胞の生着が良いことが判明している [7]（図 1）。
2．高度免疫不全マウスを用いたヒト感染症モデル
高度免疫不全マウスにヒト造血幹細胞或いは単核球を移植することで，マウス体内においてヒトの造血免疫系を構築することが可能となった（表 1，2）。
これらのヒトの細胞や組織を定着マウスはさせたマウスは，ヒト化マウス（Humanized mice）と呼ばれ，近年様々なヒト研究に使われている [5]。
2-1．HIV-1 感染マウスモデルの樹立と治療法開発への応用
ヒト化マウスでは，ヒト CD4 陽性 T 細胞を効率良く構築する事が可能なため，HIV-1 感染が成立する。
そのため，様々な HIV-1 感染マウスモデルが樹立され，HIV-1 の病態解析や治療法開発に用いられている [8–11]。
NOJ マウスにヒト末梢血由来単核球を移植したところ，マウス体内でヒト成熟リンパ球生着・増殖可能であった。更に HIV-1 を攻撃接種したところ，マウス体内における HIV-1 増殖とヒト CD4 陽性細胞の減少が認められた。本マウスを用いて満屋らが開発
中 で あ っ た 新 規 核 酸 系 逆 転 写 阻 害 薬 4'-Ethynyl-2Fluoro-2'-Deoxyadenosine（EFdA）の有効性を評価した。
その結果，マウス体内における CD4 陽性細胞の回復，HIV-1 RNA コピー数の大幅な減少等が認められ，副実験動物感染症と感染症動物モデルの現状

表 1．主な免疫不全マウスとその特徴
ヒト造血幹細胞の生着と分化マウス免疫系系統T 細胞

B 細胞

NK 細胞

Mφ

造血系

T 細胞分化

ヒト腫瘍細胞の生着Nude–+++––+Scid––++––++

NOD––↓↓–––NOD/Scid––↓↓

++/–

+++

NOG, NSG (NOD/Scid/γc KO)
NOJ (NOD/Scid/Jak3 KO)

–––

↓+++

+++

++++

Balb/cRag-2/γc KO
Rag-2/Jak3 KO–––+++++++++

Mφ：マクロファージ

図 1．NOJ マウスにおけるヒト細胞の生着NOJ マウスは以下の複合的免疫不全を有するため，ヒト細胞の生着が容易である。
① Scid 変異があるため成熟した（遺伝子再構築が行われた）T 細胞，B 細胞及びNKT 細胞が存在しない。② Jak3 欠損があるため NK 細胞が完全に消失している。③NOD 変異があるため C5 が欠損しており，補体活性がない。④ NOD 変異があるためマクロファー上の Sirpα がヒト CD47 を認識し，Don’t eat me シグナルが働くため，マクロファージが移植されたヒト細胞を貪食しない [7]。⑤ NOD 変異では樹状細胞の機能欠損とマクロファージのインターフェロン産生低下も指摘されている。

作 用 は 認 め ら れ な か っ た（ 図 2）[12]。 そ の 後，
EFdA は Merck 社において臨床開発が進められている。このように HIV-1 感染マウスモデルは，前臨床試験で薬剤の有効性と副作用を評価する系として有用である。また，遺伝子治療の可能性を探るために，

118

ヒト末梢血単核球に HIV-1 プロモーターの NF-kappa
B 領域に対する shRNA（PromA-JRFL）をレンチウイルスを用いて導入した。shRNA 導入単核球を NOJ マウスに移植し，更に HIV-1 を攻撃接種したところ，
PromA-JRFL 導入細胞群では，CD4 陽性細胞の回復

表 2．ヒト感染症研究に用いられる主なヒト化マウス
ヒト化マウス

Hu-PBL Scid

Hu-HSCSCID-hu / BLT
ヒト胎児胸腺と肝臓をマウスの腎皮膜化に移植する。放射線照射後に同じドナー由来の造血幹細胞を静脈内投与する。

作成法

ヒト単核球を腹腔内，静脈内， ヒト造血幹細胞を放射線照射脾内投与する。
した新生仔に肝臓内・静脈内（顔静脈）投与する。
放射線照射した成獣マウスに静脈内・骨髄内投与する。

特徴

短期間，ヒト免疫細胞，特に ほぼすべてのヒト免疫細胞の 粘膜免疫を含めたほぼすべてT 細胞の構築が認められる。 構築が長期間認められる。の免疫細胞が長期にわたり構築される。

欠点

構築された T 細胞は活性化しており，GVH が認められる。
ドナーにより構築の程度が違う。

マウス胸腺を介して分化する 本邦では，胎児組織を入手す
た め，HLA 拘 束 性 を 獲 得 し ることは極めて困難である。ていない。
獲得免疫が不完全である。

図 2．HIV-1 感染マウスモデルを用いた抗 HIV-1 薬の評価
NOJ マウスに放射線照射（1 Gy）し，翌日ヒト末梢血由来単核球（1×107 個）をする。5 日後に HIV-1(JRFL）を攻撃接種すると，マウス体内で HIV-1 感染が成立する。翌日より 2 週間抗HIV-1 薬（ここでは EFdA）を投与後，マウス体内のヒト CD4 陽性細胞数，HIV-1 RNA 量，p24等を解析することにより，抗 HIV-1 薬の in vivo における有効性が検討可能である。と HIV-1 感染細胞の減少が認められた [13]。また，
寺原らは蛍光標識された HIV-1 をヒト化マウスに感染させることで，感染後の HIV-1 の動態を経時的に解析する事に成功している [14]。
2-2．Human T cell leukemia virus-1（HTLV-1）感染モ
デル
ヒ ト 化 マ ウ ス に HTLV-1 を 攻 撃 接 種 す る こ と で
HTLV-1 の持続感染と Adult T cell leukemia/lymphoma（ATL）発症モデルが樹立されている [15, 16]。また，
ATL 細胞は NOJ マウスなどの高度免疫不全マウスに
容 易 に 生 着 す る こ と が 示 さ れ て い る [17]。 今 後，ATL の発症機序の解析や治療法開発への活用が期待される [9]。

1192-3．Epstein-Barr virus（EBV）感染モデル
ヒ ト 化 マ ウ ス に EBV を 接 種 す る と，
Lymphoproliferative disease を発症することから，B 細胞 性 リ ン パ 腫 発 症 の モ デ ル と さ れ て い る。 ま た，
EBV で不死化した EBV-transformed B cells は，NOJマウス体内で増殖することが確認されている。EBVは B 細胞以外にも T 細胞や NK 細胞等にも感染して腫瘍化することが知られているが，ヒト化マウスは，その病態解析や治療法開発に極めて有用であると考えられている [18]。
2-4．麻疹ウイルス感染モデル
寺原らは，EGFP を発現する麻疹ウイルスをヒト化マウスに攻撃接種し，麻疹ウイルスの持続感染を実験動物感染症と感染症動物モデルの現状みを移植した場合には，マウス胸腺を介して T 細胞分化が行われるため，HLA 依存的な獲得免疫反応の再現は困難である。また，これらのマウスでは，骨髄系（Myeloid）細胞や赤血球の分化が良くないなど，完全にヒトの造血・免疫系を構築するには至っていない。そこで，ヒトの HLA の導入やヒトサイトカインをノックインしたマウスの作成が試みられている[24]。また，NK 細胞や γδT 細胞などヒトの特定の免疫細胞のみを構築したヒト化マウスも樹立されており [25, 26]，これらの手法の活用により，より適切で使いやすいヒトウイルス感染症モデルの樹立が期待される。
謝

図 3．高度免疫不全マウスへのヒト細胞移植による様々なヒト感染症モデルの樹立

辞

高度免疫不全マウスの飼育に携わっている熊本大
学生命資源研究・支援センター動物資源開発研究施設（CARD）の皆様に深謝致します。

高度免疫不全マウスにヒトの様々は細胞や臓器を移植することで，ヒト臓器特異的な感染症のマウスモデルの樹立が可能である [24]。

文
確認している [19]。また，佐藤らは，NOJ マウス脾
臓にヒト臍帯血単核球を移植した hu-PBL Scid モデルに C 型肝炎ウイルスの E1/E2 蛋白遺伝子を組み込んだ麻疹ウイルスを攻撃接種し，麻疹ウイルスの感染，抗麻疹抗体，抗 E2 抗体の産生を確認している [20]。
2-5．その他の感染症モデル
ヒト造血・免疫系を構築したヒト化マウスでは，ヒト血球に感染するウイルスであれば感染可能なので，様々なヒトウイルス感染症モデルが樹立されている [21, 22]。また，高度免疫不全マウスにヒト肝細胞を移植したヒト化マウス樹立されており [23]，これらのマウスには肝炎ウイルスやマラリアが感染可能であり，既に治療法開発などに用いられている。
高度免疫不全マウスにヒトの様々な細胞や臓器を移植することで，今後ヒト感染症の様々なマウスモデルの樹立が期待できる（図 3）。
3．今後の展開
これまでに樹立された造血免疫系のヒト化マウス
では，残念ながらヒトの造血免疫系を完全に構築するには至っていない。BLT マウスでは，造血幹細胞と共にヒト胎児胸腺と胎児肝を同時移植するため，獲得免疫を含めたヒト免疫の構築が可能であるが，ヒトの胎児組織を使用するため，倫理的に問題があり，本邦での使用は困難である。ヒト造血幹細胞の120

献1. Seok J, Warren HS, Cuenca AG, Mindrinos MN, Baker HV, Xu W, Richards DR, McDonald-Smith GP,Gao H, Hennessy L, Finnerty CC, Lopez CM, HonariS, Moore EE, Minei JP, Cuschieri J, Bankey PE,
Johnson JL, Sperry J, Nathens AB, Billiar TR, WestMA, Jeschke MG, Klein MB, Gamelli RL, GibranNS, Brownstein BH, Miller-Graziano C, Calvano SE,Mason PH, Cobb JP, Rahme LG, Lowry SF, Maier
RV, Moldawer LL, Herndon DN, Davis RW, Xiao W,and Tompkins RG: Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases.
Proc Natl Acad Sci USA 110: 3507–3512, 2013.
2. Shultz LD, Schweitzer PA, Christianson SW, Gott B,Schweitzer IB, Tennent B, McKenna S, Mobraaten L,Rajan TV, Greiner DL, and et al.: Multiple defects ininnate and adaptive immunologic function in NOD/LtSz-scid mice. J Immunol 154: 180–191, 1995.
3. Ito M, Hiramatsu H, Kobayashi K, Suzue K, Kawahata M, Hioki K, Ueyama Y, Koyanagi Y, Sugamura
K, Tsuji K, Heike T, and Nakahata T: NOD/SCID/gamma(c)(null) mouse: an excellent recipient mousemodel for engraftment of human cells. Blood 100:
3175–3182, 2002.
4. Shultz LD, Lyons BL, Burzenski LM, Gott B, Chen
X, Chaleff S, Kotb M, Gillies SD, King M, Mangada
J, Greiner DL, and Handgretinger R: Human lymphoid and myeloid cell development in NOD/LtSz-5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

scid IL2R gamma null mice engrafted with mobilized
human hemopoietic stem cells. J Immunol 174:6477–6489, 2005.
Shultz LD, Ishikawa F, and Greiner DL: Humanized
mice in translational biomedical research. Nat Rev
Immunol 7: 118–130, 2007.
Okada S, Harada H, Ito T, Saito T, and Suzu S: Early
development of human hematopoietic and acquired
immune systems in new born NOD/Scid/Jak3null
mice intrahepatic engrafted with cord blood-derived
CD34 + cells. Int J Hematol 88: 476–482, 2008.
Takenaka K, Prasolava TK, Wang JC, Mortin-Toth
SM, Khalouei S, Gan OI, Dick JE, and Danska JS:
Polymorphism in Sirpa modulates engraftment of human hematopoietic stem cells. Nat Immunol 8:
1313–1323, 2007.
Berges BK and Rowan MR: The utility of the newgeneration of humanized mice to study HIV-1 infection: transmission, prevention, pathogenesis, andtreatment. Retrovirology 8: 65, 2011.
Marsden MD and Zack JA: Studies of retroviral infection in humanized mice. Virology 479–480:
297–309, 2015.
Karpel ME, Boutwell CL, and Allen TM: BLT humanized mice as a small animal model of HIV infection.
Curr Opin Virol 13: 75–80, 2015.
Yamada E, Yoshikawa R, Nakano Y, Misawa N,
Koyanagi Y, and Sato K: Impacts of humanized mouse models on the investigation of HIV-1 infection:
illuminating the roles of viral accessory proteins invivo. Viruses 7: 1373–1390, 2015.
Hattori S, Ide K, Nakata H, Harada H, Suzu S, AshidaN, Kohgo S, Hayakawa H, Mitsuya H, and Okada S:
Potent activity of a nucleoside reverse transcriptase
inhibitor, 4'-ethynyl-2-fluoro-2'-deoxyadenosine,against human immunodeficiency virus type 1 infection in a model using human peripheral bloodmononuclear cell-transplanted NOD/SCID Janus kinase 3 knockout mice. Antimicrob Agents Chemother53: 3887–3893, 2009.
Suzuki K, Hattori S, Marks K, Ahlenstiel C, Maeda
Y, Ishida T, Millington M, Boyd M, Symonds G, Cooper DA, Okada S, and Kelleher AD: Promoter
Targeting shRNA Suppresses HIV-1 Infection In vivo
Through Transcriptional Gene Silencing. Mol Ther
Nucleic Acids 2: e137, 2013.
Terahara K, Ishige M, Ikeno S, Mitsuki YY, Okada S,Kobayashi K, and Tsunetsugu-Yokota Y: Expansion

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

121

of activated memory CD4+ T cells affects infectivityof CCR5-tropic HIV-1 in humanized NOD/SCID/JAK3null mice. PLoS One 8: e53495, 2013.
Hiyoshi M, Okuma K, Tateyama S, Takizawa K, Saito M, Kuramitsu M, Araki K, Morishita K, Okada S,Yamamoto N, Biragyn A, Yamaguchi K, and Hamaguchi I: Furin-dependent CCL17-fused recombinant
toxin controls HTLV-1 infection by targeting and eliminating infected CCR4-expressing cells in vitro andin vivo. Retrovirology 12: 73, 2015.
Tezuka K, Xun R, Tei M, Ueno T, Tanaka M, Takenouchi N, and Fujisawa J: An animal model of adult
T-cell leukemia: humanized mice with HTLV-1-specific immunity. Blood 123: 346–355, 2014.
Tanaka A, Takeda S, Kariya R, Matsuda K, Urano E,Okada S, and Komano J: A novel therapeutic molecule against HTLV-1 infection targeting provirus.
Leukemia 27: 1621–1627, 2013.
Fujiwara S, Imadome K, and Takei M: Modeling
EBV infection and pathogenesis in new-generation
humanized mice. Exp Mol Med 47: e135, 2015.
Ikeno S, Suzuki MO, Muhsen M, Ishige M, Kobayashi-Ishihara M, Ohno S, Takeda M, Nakayama T,
Morikawa Y, Terahara K, Okada S, Takeyama H, andTsunetsugu-Yokota Y: Sensitive detection of measles
virus infection in the blood and tissues of humanizedmouse by one-step quantitative RT-PCR. Front Microbiol 4: 298, 2013.
Satoh M, Saito M, Tanaka K, Iwanaga S, Ali SN, SekiT, Okada S, Kohara M, Harada S, Kai C, and Tsukiyama-Kohara K: Evaluation of a recombinant
measles virus expressing hepatitis C virus envelope
proteins by infection of human PBL-NOD/Scid/
Jak3null mouse. Comp Immunol Microbiol Infect Dis
33: e81–88, 2010.
Leung C, Chijioke O, Gujer C, Chatterjee B, Antsiferova O, Landtwing V, McHugh D, Raykova A, andMunz C: Infectious diseases in humanized mice. EurJ Immunol 43: 2246–2254, 2013.
Crawford LB, Streblow DN, Hakki M, Nelson JA,and Caposio P: Humanized mouse models of humancytomegalovirus infection. Curr Opin Virol 13: 86–92, 2015.
Douglas DN and Kneteman NM: Generation of improved mouse models for the study of hepatitis Cvirus. Eur J Pharmacol 759: 313–325, 2015.
Brehm MA, Wiles MV, Greiner DL, and Shultz LD:Generation of improved humanized mouse models

実験動物感染症と感染症動物モデルの現状

26. Goto H, Matsuda K, Srikoon P, Kariya R, Hattori S,Taura M, Katano H, and Okada S: Potent antitumor
activity of zoledronic acid-induced Vgamma9Vdelta2T cells against primary effusion lymphoma. Cancer
Lett 331: 174–182, 2013.

for human infectious diseases. J Immunol Methods
410: 3–17, 2014.
25. Harada H, Suzu S, Ito T, and Okada S: Selective expansion and engraftment of human CD16+ NK cells
in NOD/SCID mice. Eur J Immunol 35: 3599–3609,
2005.

122