年度综述：评估癌症免疫治疗的人源化小鼠模型

免疫疗法是癌症治疗的前沿，包括免疫检查点抑制剂（ICI）抗体、CAR（嵌合抗原受体）T细胞和TCR（T细胞受体）T细胞、NK（自然杀伤）细胞、T细胞接合剂、溶瘤病毒和肿瘤疫苗，免疫疗法正在彻底改变不同肿瘤类型的治疗方法。如何更好地引导免疫疗法从基础研究到临床应用的转化，一直是行业内的热点和痛点。本文的观点主要来自于西班牙和法国科学家联合发表于《ANNUAL REVIEW OF CANCER BIOLOGY》的综述文章，作者系统的介绍了人源化小鼠模型的种类和应用场景。我们将通过本篇介绍带各位读者了解人源化模型的特征、优缺点和应用。

免疫疗法在一部分癌症患者中取得了前所未有的疗效，但亟需提高治疗效果、克服耐药性并确定相应的生物标志物，同时降低副作用。免疫治疗需要可靠的动物模型用于免疫肿瘤学（IO）方法的临床前评估，含有人类免疫细胞并植入人类肿瘤的人源化免疫系统（HIS）小鼠是理想的疾病模型。借助HIS小鼠模型可以预测药物在人体内的反应，有助于缩短新药向临床转化的时间或在复发期间调整治疗方案达到个性化治疗的目的。HIS模型应该重现患者免疫系统与癌症细胞之间的相互作用，但实际上它们仅部分实现了这一目标。我们回顾了目前报道的HIS小鼠模型，并讨论了它们在多大程度上可以有效模拟人类疾病，以帮助为每项特定研究计划选择最合适的动物模型。

人源化小鼠模型是通过将人癌细胞系来源的异种移植物（CDX）或原代实体或血液学患者来源的异种移植物（PDX）植入携带人类免疫细胞的免疫缺陷小鼠中而产生的。

人类免疫系统在小鼠体内的重建通常通过三种途径来实现，这三种途径产生不同的植入水平和质量：

（a）接种人外周血单核细胞（PBMCs），PBL（外周血淋巴细胞）-HIS模型；

（b）单独接种人CD34+ HSC（造血干细胞），HSC-HIS模型；

（c）同时接种人CD34+ HSC，并将自体胎儿肝脏和胸腺组织移植入肾下囊，即BLT（骨髓-肝脏-胸腺）模型。我们简要描述不同的HIS模型，评估它们在癌症免疫疗法方面的利弊；

缩写：BLT，骨髓-肝脏-胸腺；GvHD，移植物抗宿主病；HIS，人源化免疫系统；HLA，人类白细胞抗原；HSC，造血干细胞；ICI，免疫检查点抑制剂；NK，自然杀伤；PBL，外周血淋巴细胞；RBC，红细胞

3. 克服人源化模型当前局限性的方法

人源化小鼠模型的数量在过去几年中迅速扩大，主要目标是减少GvHD和改善先天性和适应性免疫应答，如下所述。

克服当前人源化小鼠模型局限性的方法。显示了三种主要的策略用于抵消GvHD的发展，并增强人类先天性和适应性免疫细胞在人源化小鼠中的植入和功能。

缩写：GM-CSF，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子；GvHD，移植物抗宿主病；M-CSF，巨噬细胞集落刺激因子；NK，自然杀伤；RBC，红细胞；SCF，干细胞因子；THPO，血小板生成素

3.1. 减少移植物抗宿主病发展的方法

CD4+和CD8+人类T细胞已被证明可以驱动GvHD，缺乏小鼠MHC I类和II类分子的NOG或NSG小鼠在PBMC注射后可以维持有效的人源CD45+细胞植入，没有急性GvHD反应。

3.2. 提高适应性免疫的方法

HLA在塑造胸腺和外周组织抗原呈现的T细胞库方面起着关键作用，目前已有不同的免疫缺陷转基因小鼠来表达I类、II类或两者兼之的HLA，并分别显示出CD8+ T细胞、CD4+ T细胞或两者兼具的功能增强。已有多项研究提示，在重症免疫缺陷小鼠中转入人源HLA I类和II类分子，可有效提高T、B细胞的功能，其IgG抗体的类型和数量也大为提升。

IL-2对T细胞的扩增和存活不可或缺。在重症免疫缺陷小鼠中植入人源IL-2基因，可有效提高离体扩增的肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）或HER2特异性CAR-T细胞的抗肿瘤功能。而对于PBMC重建模型而言，由于它们在识别肿瘤的过程中会激活T细胞，并产生各类细胞因子，因此不需要IL-2的额外添加。

3.3. 改善人类先天细胞功能的方法

人源化模型的另一个缺陷是缺乏刺激因子来有效分化成熟的先天性免疫细胞，主要是由于小鼠细胞因子和人类细胞因子受体之间的生物交叉反应性有限。研究人员使用不同的方法添加人类细胞因子：通过给予外源性重组细胞因子如FLT3-L（Fms相关酪氨酸激酶3配体）或IL-15；通过注射含有人细胞因子基因的质粒，例如GM-CSF（粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子）、IL-4或IL-10；或通过基因工程敲入以增加相应细胞因子（MISTRG、NOG-EXL、NSG-SGM3和SRG-15小鼠品系）的水平以达到增加先天免疫细胞亚群比例的目的。

4. 人源化模型在不同免疫肿瘤学方法中的应用

将人免疫细胞与人肿瘤细胞系或患者来源的肿瘤共同移植于免疫缺陷小鼠体内，适用于个性化免疫治疗。人源化模型的目的之一是提供一个可靠的临床前平台，重塑人类癌症生物学，为下一代肿瘤免疫治疗提供可信赖的研究工具。

4.1. 人源化模型中单克隆抗体（mAb）和双特异性抗体的评估

人源化模型在抗体类药物与人类免疫细胞之间相互作用的临床前研究中发挥着重要作用，并有助于预测对这些药物在临床试验中的反应。开辟了肿瘤免疫新时代的免疫检查点抑制剂抗体，如PD-1, CTLA-4抗体均可利用人源化模型进行临床前研究。此外，双特异性抗体尤其是TCE的评价也借助于人源化模型，如Amgen近期获批的抗体Tarlatamab（CD3xDLL3）。

4.2. 人源化模型中的过继细胞疗法

过继细胞疗法涉及到免疫细胞的分离、扩增和回输，人源化模型被用于评估不同过继细胞转移（ACT）方法的疗效。

4.2.1. 过继细胞转移

体外扩增的自体肿瘤特异性T细胞的ACT可以在一些黑色素瘤患者中实现持久和完全的消退。此类ACT的疗效依赖于IL-2的持续表达，故需要敲入IL-2基因的重症免疫缺陷小鼠中进行。利用该模型，临床前的疗效与临床试验的疗效有非常好的匹配度，故可利用该模型预测临床疗效并找寻相应的生物标志物。

4.2.2. CAR T、CAR自NK和CAR巨噬细胞的研究

CAR T细胞疗法结合了抗原特异性抗体的高亲和力和特异性（以非MHC限制性方式结合抗原）和T淋巴细胞的强大效应功能。这种方式对血液系统恶性肿瘤产生了快速而持久的反应，但它可能具有很强的毒性，会诱发严重的CRS。HIS模型有助于阐明CAR T细胞治疗后复发和毒性的机制，并改善治疗结果。

4.2.3. TCR T细胞的研究

在TCR-T疗法中，经过基因修饰以表达靶向肿瘤抗原的高亲和力TCR的多克隆T细胞被过继转移到患者体内。TCR T细胞是非常有应用前景的治疗方法，但临床应用受到非肿瘤靶向导致的细胞毒性的挑战。已有多项的临床前研究利用人源化动物模型来支持TCR-T的IND申报，如在移植了人源宫颈癌细胞的NSG小鼠中，植入针对HPV-16 E7蛋白表位的TCR-T细胞，可观察到明显的肿瘤消退。针对其它TAA如WT-1, MART-1等的TCR-T的临床前研究也时见报道，且模型也在不断优化中。

4.3.人源化肿瘤模型中的树突状细胞（DC）疫苗

DC疫苗是通过从外周血中分离单核细胞或HSCs产生，这些细胞经细胞因子处理诱导分化和成熟，并载有肿瘤相关抗原，最后注输给患者。有研究表明，来源于HSC的DC比来源于PBMC的DC具有更好的抗肿瘤活性。考虑到CD40-CD40L之间的相互作用对DC的功能影响巨大，故有研究利用表达CD40L的腺病毒联合DC疗法，并取得了卓越的临床前疗效。

溶瘤病毒对肿瘤细胞表现出天然的嗜性，并可通过基因工程的改造增强它们的溶瘤能力同时限制其本身的病原性和免疫原性。人源化小鼠模型可以用于表征溶瘤病毒诱导的抗肿瘤免疫反应。在CD34+ HSC重建的小鼠模型中，溶瘤病毒对肺癌细胞进行了有效的杀伤并提升了TIL中肿瘤抗体特异性T细胞的比例。也有报道利用溶瘤病毒表达IL-2和TNF-a，与CAR-T疗法联合后在胰腺癌模型中表现出卓越的疗效。

4.5. 抗体依赖性细胞毒性自然杀伤细胞治疗

在HIS小鼠中很少检测到在抗肿瘤免疫应答中起核心作用的NK细胞，如果宿主小鼠体内存在IL-2或IL-15（支持NK细胞的发育和维持所必需的细胞因子），NK细胞可以发育并维持活性。结合适当的免疫缺陷小鼠品系，HIS小鼠可用于新型NK细胞靶向治疗的临床前评估。在SRG-15小鼠中（该小鼠敲除了鼠源rag2和il2rg基因，并敲入了人源sirpa和il15基因），CD69+CXCR6+ NK细胞在外周和器官组织中的比例明显上升。在该小鼠模型中移植人源CD20+ Raji肿瘤，针对CD20的抗体利妥昔表现出卓越的疗效。

5.1. 个性化医疗：基于肿瘤新抗原的疗法

肿瘤特异性突变而产生的新抗原是个性化癌症免疫治疗的理想靶点，新抗原不存在于正常组织中，并且可以被免疫细胞识别为非自身抗原。使用新一代测序技术研究肿瘤基因突变图谱并可通过生信的手段鉴定肿瘤新抗原。目前HIS模型尚未应用于肿瘤新抗原的发现和预测研究中，但是它们可在过继性T细胞疗法验证预测的肿瘤新抗原过程中发挥作用。

5.2.个性化医疗：Avatar模型

植入自体人源免疫细胞和PDX的HIS小鼠构成理想的avatar模型，可以用来预测患者对免疫疗法的反应，并有助于在复发时调整个性化治疗方案。利用HIS模型的avatar方法仍有待验证和优化，但我们相信它最终可以指导未来免疫治疗的精准医学研究，并有助于确定临床反应的预测性生物标志物。