用于免疫肿瘤学研究的人源化小鼠模型

人类免疫系统稳态和肿瘤微环境(TME)内发生的过程是复杂的，这对研究免疫细胞与肿瘤之间的相互作用以及抗癌治疗后免疫细胞表型和功能的改变提出了重大挑战[1]。癌症的小鼠模型对于理解人类肿瘤生物学至关重要，但与临床研究结果相比，通常不能准确地概括基本的肿瘤生物学、TME以及对治疗的反应和耐药性。此外，肿瘤类器官和患者来源的肿瘤片段的离体实验可用于研究TME，但缺乏与体内系统相关的生理复杂性。这种情况导致人们对使用人源化小鼠进行研究的兴趣日益浓厚。人源化小鼠是免疫缺陷小鼠，与人类肿瘤和免疫系统的关键成分共移植。

人源化小鼠模型的出现是由于Prkdc scid突变(其中scid代表严重联合免疫缺陷)纯合子免疫缺陷菌株的发展，或Rag1或Rag2缺陷(由于编码抗体和T细胞受体的基因重组缺陷，所有这些都消除了宿主的适应性免疫)，和/或Il2rg位点(编码IL-2受体亚基-γ)的破坏，从而降低宿主的先天免疫。结合这些改变的严重免疫缺陷小鼠支持人类免疫系统成分的有效植入，以及患者来源的异种移植(PDXs)和细胞系来源的异种移植(CDXs)的生长。目前可用的人源化小鼠模型是人类免疫肿瘤研究的有前途和创新的平台。许多研究人员已经使用这些模型来研究人类肿瘤和免疫系统之间的相互作用，并评估免疫疗法的疗效。

图1 三种方式免疫重建小鼠

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人源化小鼠模型的实用

人源化小鼠模型被用于测试和验证广泛的免疫治疗方法，包括单特异性、双特异性和三特异性抗体治疗、过继细胞疗法(如经工程改造表达嵌合抗原受体(CARs)的细胞)、小分子抑制剂或激动剂以及溶瘤病毒。针对PD-1-PD-L1、CTLA4或LAG3的第一代免疫检查点抑制剂(ICIs)的功效已在几个人源化小鼠模型中得到证明。这些平台也被用于筛选其他新型治疗药物的能力，以控制体内肿瘤的生长。

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人体免疫系统植入

人源化小鼠实验策略的优化设计需要全面理解植入方案，重要的是，它们的整体优势和局限性。事实上，用于移植的特定细胞群影响小鼠中不同人类免疫细胞类型的相对丰度(通常通过CD45染色评估，CD45是造血细胞及其前体的表面标记物； 图2)[2]。鉴于植入方案的复杂性和耗时性，明确定义实验问题以及仔细选择最佳植入策略和免疫缺陷小鼠模型是至关重要的(表1)。

图2 各种人类免疫细胞系在选定的人源化小鼠模型中的发展情况

表1 用于免疫肿瘤学的部分人源化免疫缺陷小鼠模型

BCGEN, Byocytogen; BVB, Beijing Vitalstar Biotechnology; CRL, Charles River Laboratories; EMMA, European Mouse Mutant Archive; ID, identification; JAX, Jackson Laboratory; MGI, Mouse Genome Informatics; NA, not available; TAC; Taconic.

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Hu-PBL-SCID 小鼠及其免疫肿瘤学研究

将人类免疫系统组件移植到SCID小鼠的方法是直接输注成熟的人类免疫细胞，从而产生人类外周血白细胞(Hu-PBL) SCID小鼠。虽然成熟的人类免疫细胞可以从几种组织(包括脾脏)中获得，但外周血单个核细胞(PBMCs)是最常用的来源。PBMCs易于获得，易于使用，可大量获得。人CD3 + T细胞，包括CD4 + 和CD8 + 亚群，是在移植过程中存活的最丰富的细胞群，而FOXP3 + CD25 + cd127低调节性T (Treg)细胞在注射后的前2-4周可检测到，但随后在循环中无法检测到。包括骨髓细胞和NK细胞在内的人类固有细胞群在小鼠体内最初几天存活，但很快在血液和组织中就无法检测到 (图2)。人类CD19 + B细胞在特定部位(包括脾脏和骨髓)维持在低水平，持续数周。此外，在Hu-PBL-SCID小鼠的整个生命周期中，都可以在其外周血中检测到人类IgGs。Hu-PBL-SCID小鼠已被广泛用于研究人类免疫细胞与人类肿瘤之间的相互作用。该模型有可能在治疗药物暴露期间监测TME。

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Hu-SRC小鼠及其免疫肿瘤学研究

用人CD34 + HSPCs移植免疫缺陷小鼠，可产生人SCID再增殖细胞（Hu-SRC）小鼠，其造血系统比Hu-PBL-SCID小鼠更完整，包括先天免疫细胞、适应性免疫细胞，以及低数量的红细胞和血小板。在引入携带 Il2rg 基因座突变的免疫缺陷小鼠之前，移植CD34 + HSPCs并实现高度的人类免疫细胞嵌合以发展功能性先天和适应性免疫细胞的能力是有限的。 CD34 + HSPCs最容易和可靠地从脐带血（UCB）中获得，也可以从对G-CSF（也称为CSF3）动员的外周细胞、胎儿肝组织和骨髓中获得。影响CD34 + HSPCs移植到免疫缺陷小鼠体内的各种参数，包括品系的遗传背景、接受者的年龄、CD34 + HSPCs的来源、注射途径、注射的CD34 + HSPCs的数量和使用的预处理方案。CD34 + HSPC移植到SCID小鼠体内可产生先天性和适应性细胞系。然而，CD34 + HSPCs移植到标准的NSG、NRG（Rag1和Il2rg基因敲除）、NOG和BRG模型有几个局限性，如：（1）成熟的人类先天性细胞系（单核细胞、巨噬细胞、DCs和NK细胞）发育不全；(2) 人类B细胞的整体功能有限（产生抗原特异性IgG和进行类别转换和亲和力成熟的能力降低）；(3) 缺乏HLA表达，这是发展HLA限制性T细胞所需要的。在免疫缺陷小鼠品系中引入了一些基因改变，以加强CD34 + HSPC移植后人类免疫系统的发育和功能。

CD34 + HSPCs在移植到SCID小鼠体内后存活的一个关键方面是需要进行宿主预处理以耗尽内源性免疫细胞。标准方案包括辐照或用烷基化剂处理。

Hu-SRC小鼠已被用于评估TME（包括浸润性免疫细胞的表型和功能，以及与肿瘤细胞的空间关系）和免疫疗法的抗肿瘤活性。异体Hu-SRC小鼠模型也被用来研究人类免疫系统与肿瘤的相互作用和测试免疫疗法。异体CD34 + HSPC移植的NSG小鼠也支持PDXs的生长，包括来自肺癌、乳腺癌、膀胱癌或肉瘤患者的标本。

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目前人源化模型的情况

选择最合适的小鼠模型是优化人源化小鼠研究转化潜力的一个基本考虑。遗憾的是，没有任何一种人源化小鼠能再现TME内免疫状况的每一个方面。产生人源化小鼠模型的复杂性和每个特定模型的局限性都需要仔细考虑和评估，以确保有效研究的最大可能性[3]。

图3 为人类肿瘤化身研究建立资源

结论

尽管在开发用于免疫肿瘤学研究的人源化小鼠方面取得了实质性进展，但这些模型仍有局限性。越来越多的研究证明，目前可用的人源化模型是研究免疫细胞群在体内限制肿瘤生长的能力和评估癌症患者各种免疫疗法的有用工具。然而，这些疗法在人源化小鼠中的效果是可变的，关于这些观察结果的转化潜力问题仍然存在。在开发人源化小鼠模型方面取得的进展，以支持利用减少供体细胞的数量来增强人类造血干细胞（iPSCs）的移植，并最终促进从iPSCs开发CD34+HSPCs，将有助于提高人源化小鼠在免疫肿瘤学研究中的转化潜力。

引用文献：

[1] Morton, J. J., Bird, G., Refaeli, Y. & Jimeno, A. Humanized mouse xenograft models: narrowing the tumor-microenvironment gap. Cancer Res. 76, 6153–6158 ().

[2] King, M. A. et al. Human peripheral blood leucocyte non-obese diabetic-severe combined immunodeficiency interleukin-2 receptor gamma chain gene mouse model of xenogeneic graft-versus-host-like disease and the role of host major histocompatibility complex. Clin. Exp. Immunol. 157, 104–118 ().

[3] Chuprin, J., Buettner, H., Seedhom, M.O. et al. Humanized mouse models for immuno-oncology research. Nat Rev Clin Oncol 20, 192–206 ().

编辑人：????Transparent

来源： 医药速览 -06-15

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