白喉毒素受体（DTR）转基因小鼠是什么？DTR模型有哪些？

在生命科学探索的征途中，科学家们需要有一种工具，能像手术刀般精准地移除特定细胞，从而揭示它们在生理和病理过程中的核心作用。而白喉毒素受体（DTR）转基因小鼠正是这样一把精密的“分子手术刀”，它利用独特的“受体-配体”机制，实现了对特定细胞类型的时空特异性消融，为科研人员打开了探索生命奥秘的新窗口。

 

1、DTR技术的核心原理：借力打力的“致命钥匙”

DTR 系统是一种新的基于小鼠细胞中白喉毒素受体 (DTR) 转基因表达和白喉毒素 (DT)的细胞谱系消融系统，通过在小鼠目标基因（大多是标记基因）位点敲入白喉毒素受体（Diphtheria toxin receptor，DTR）来实现表达特定基因细胞的选择性消融^[1]。

• 天然的“杀手”：白喉毒素（DT）是白喉杆菌分泌的强力细胞毒素。它是一种异源二聚体，由A亚基和B亚基通过非共价键结合形成。其A亚基结构域中含有 ADP 依赖的核糖体转移酶活性，能催化NAD+的 ADP 核糖基向延长因子（EF-2）转移，生成烟酰胺导致 EF-2 失活，从而阻断细胞蛋白质的合成，最后导致细胞死亡^[2]。
• 关键的“锁”：但DT要发挥作用，必须首先结合细胞表面的白喉毒素受体（DTR）。由于 DTR 在物种间的基因序列的差异， 小鼠体内的白喉毒素受体不能与和 DT 结合^[3]。
• 转基因的“钥匙”：通过基因编辑技术将灵长类动物的 DTR 敲入在小鼠基因组中并在特定marker基因控制下表达，使特定细胞表达 DTR。
• 精准的“清除”：当给这些转基因小鼠注射白喉毒素（DT） 时，DT 通过 DTR 进入到特定细胞，造成细胞特异性消融（DT的B亚基会结合并进入那些表达了DTR的特定细胞，然后DT的A亚基在细胞内阻断蛋白质合成，迅速导致这些靶细胞死亡。而其他不表达DTR的细胞则安然无恙）^[4]。

 

图1. DTR 系统的示意图^[4]

 

2、DTR转基因小鼠的构建策略 ：设计上的选择

当我们想特定消融某一类细胞时，可以找到该类型细胞的特点marker基因：

• 通过直接将DTR受体敲入到该类细胞特定marker基因位点或启动子下，使用DTR在该类细胞特异性表达；
• 借助Cre-loxP系统，将表达LSL-DTR的报告鼠与该类细胞特异性Cre工具鼠交配，获得特异性表达DTR的小鼠。

随后在特定时期对DTR小鼠注射DT，即可实现特定类型细胞的消融。

 

图2.单阳性细胞消融策略之一^[5]

 

当一种marker基因无法满足特定靶向细胞消融或者需要更精确的细胞群体消融时，可以进一步综合两种marker基因进行设计，提供一种更精确的谱系追踪和特定细胞群体基因靶向的替代方法：

 

• 构建marker基因A-Cre小鼠和marker基因B-LSL-DTR小鼠，两种小鼠互配后可实现A+B双阳性细胞特异性表达DTR；
• 基于双重组酶系统，marker基因A-Cre小鼠和marker基因B-Dre小鼠，与LSL-RSR-DTR小鼠互配后实现A+B双阳性细胞特异性表达DTR；

 

随后在特定时期对DTR小鼠注射DT，即可实现特定双阳性类型细胞的消融。可以同时给DTR加一个荧光标签，后续通过荧光信号判断细胞中DTR的表达情况和细胞消融效果。

 

图3. 双阳性细胞消融策略之一^[cyagen]

 

图4. 双阳性细胞消融策略之一^[6]

 

3、DTR转基因小鼠：解锁复杂生物系统的金钥匙

这种“按需清除”特定细胞的能力，使DTR小鼠成为解析生命复杂性的强大工具，应用极其广泛：

 

• 解析免疫细胞功能： 瞬时清除T细胞、B细胞、巨噬细胞、树突状细胞等，研究它们在感染免疫、自身免疫病、移植排斥、肿瘤免疫中的具体贡献。
• 绘制神经环路： 精准消融特定类型神经元（如多巴胺能神经元研究帕金森病），观察对行为、学习记忆、神经回路功能的影响。
• 研究胶质细胞作用： 清除星形胶质细胞或小胶质细胞，探索它们在神经发育、损伤修复、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）中的角色。
• 剖析肿瘤微环境： 清除肿瘤内的免疫抑制细胞（如Treg细胞、特定巨噬细胞亚型），观察对肿瘤生长、转移和免疫治疗响应的影响。
• 研究癌相关成纤维细胞： 靶向清除肿瘤基质中的关键细胞，揭示其促进或抑制肿瘤的作用。
• 探索发育过程： 在特定发育阶段清除关键细胞类型，研究组织器官形成机制。
• 评估再生潜力： 清除特定细胞后，观察组织修复和再生能力，寻找再生医学新靶点。

 

DTR转基因小鼠模型，以其独特的设计和强大的功能，已成为现代生物医学研究中不可或缺的利器。它让科学家们能够以前所未有的精度，在活体动物模型中解析特定细胞的生理和病理功能，为疾病机制研究、药物靶点发现和治疗策略开发提供关键洞见。

 

基于上述应用范围，赛业生物开发了一系列DTR小鼠模型，通过在不同基因插入DTR以及报告基因得到具有示踪功能的不同细胞类型的选择性剔除模型。如果您正致力于免疫调控、神经退行、肿瘤微环境、组织再生等领域的前沿探索，立即联系我们，了解我们现有的DTR模型库或探讨您的定制需求。

 

产品编号	产品名称	表达组织/细胞举例
I001040	RC-LR-DTR小鼠	全身性
I001102	Kit-LSL-T2A-DTR-P2A-Dre小鼠	肺内皮细胞、骨髓肥大细胞
C001757	Lcn2-DTR-EGFP小鼠	成骨细胞、白色脂肪组织、 肝脏、星形胶质细胞、 肾脏及Lcn2阳性细胞
C001672	Retnlg-P2A-DTR-EGFP小鼠	脂肪，巨噬细胞，肝脏， 肠道以及Retnlg阳性细胞
C001750	Cd68-loxP-Stop-loxP-DTR小鼠	单核细胞、中性粒细胞、 Kupffer细胞、小胶质细胞 、巨噬细胞及Cd68阳性细胞
C001749	Ccr7-EGFP-loxP-Stop-loxP-DTR小鼠	T细胞、树突状细胞、 B细胞、NK细胞、 脾脏及Ccr7阳性细胞
C001751	Ctnnd2-tdTomato-loxP-Stop-loxP-DTR小鼠	海马体、大脑皮层、额叶、 小脑、中枢神经系统及 Ctnnd2阳性细胞

 

参考文献：

[1] Buch T, Heppner FL, Tertilt C, Heinen TJ, Kremer M, Wunderlich FT, Jung S, Waisman A. A Cre-inducible diphtheria toxin receptor mediates cell lineage ablation after toxin administration. Nat Methods. 2005 Jun;2(6):419-26.

[2] Pappenheimer AM Jr, Harper AA, Moynihan M, Brockes JP. Diphtheria toxin and related proteins: effect of route of injection on toxicity and the determination of cytotoxicity for various cultured cells. J Infect Dis. 1982 Jan;145(1):94-102.

• Raab G, Klagsbrun M. Heparin-binding EGF-like growth factor. Biochim Biophys Acta. 1997 Dec 9;1333(3):F179-99.
• Ruedl, C. and Jung, S. (2018), DTR-mediated conditional cell ablation—Progress and challenges. Eur. J. Immunol., 48: 1114-1119.
• Buch T, Heppner FL, Tertilt C, et al. A Cre-inducible diphtheria toxin receptor mediates cell lineage ablation after toxin administration. Nat Methods. 2005;2(6):419-426.
• Wang H, He L, Li Y, Pu W, Zhang S, Han X, Lui KO, Zhou B. Dual Cre and Dre recombinases mediate synchronized lineage tracing and cell subset ablation in vivo. J Biol Chem. 2022 Jun;298(6):101965.