【原】人源免疫系统 - 肿瘤小鼠模型介绍

人源化动物模型（humanized animal model）指携带有人的功能性基因的动物或移植了人的细胞、组织、器官的动物，后者也称嵌合体动物。即人源化包括基因水平的人源化以及组织细胞水平的人源化。导入人源成分之后，就使某些原来只能在人体上进行的体内实验可以在动物上进行，解决了人体实验的伦理诘难。

在 IO 研究当中，如前面讲到，个别或少数基因的人源化小鼠可以在某些方面获得应用，但总体而言实验仍然建立在小鼠的肿瘤和小鼠的免疫系统之上，依然无法反映人体系统的情况和反应。

NPG 这类高度免疫缺陷小鼠的出现，使向小鼠移植人的造血 / 免疫系统成为可能。目前，人源化造血 / 免疫系统小鼠可以归为三大类：移植成体外周血单个核细胞（PBMC）或分离的免疫细胞的模型；移植来自人的脐带血、胎肝的造血干细胞（HSC）的模型；联合移植来自同一供体的胸腺、胎肝、骨髓造血干细胞（Bone、Liver、Thymus-BLT）模型。这些模型各有自身的特点，也各自存在一些不尽人意的缺点（见下表）。

PBMC 移植 NPG 类小鼠建立的模型，因为含有成熟的免疫细胞，因而可以进行某些要求人的免疫功能的体内实验。移植之后这些成熟的免疫细胞中的 T 淋巴细胞会受到小鼠异种抗原刺激而增殖，其它种类细胞则维持较低含量，有的细胞寿命有限而从体内消失。所以 PBMC 移植模型的人源细胞以 T 细胞为主。移植的人源免疫细胞，主要是 T 细胞，还会对受体小鼠产生免疫攻击，发生发生移植物抗宿主反应（GvHD），并在大约数周之后引起小鼠死亡，所以 PBMC 模型可供实验的窗口期较短，只适合于短期性研究。

造血干细胞是所有造血和免疫细胞的共同祖细胞。HSC 移植 NPG 类小鼠之后可以定植于小鼠骨髓，并不断产生各类造血、免疫细胞，如 T 细胞、B 细胞、NK 细胞、髓系细胞等。由于其免疫细胞是在小鼠体内「从头」发育出的，对小鼠宿主产生耐受，所以不出现 GvHD 现象，模型存活一年还可以在血中检测到人源细胞稳定存在。这种模型的缺点是发育出的 T 细胞功能较弱。这是因为 T 细胞需要在胸腺中完成「education」过程，T 细胞受体形成 MHC 限制性。人源 T 细胞的前体在小鼠胸腺内完成发育，可能既表现小鼠 MHC 限制性，也表现 HLA 限制性，造成与人源细胞相互作用类似于异体（allo-）或异种（xeno-）排斥反应。

为了解决 T 细胞在人源化小鼠体内不能正常发育的问题，又发明了 BLT 模型，就是将胎胸腺和胎肝小组织块合并移植到小鼠肾包膜下，再移植分离自同一个体的胎肝或骨髓的造血干细胞。这样人源前体细胞可以迁移到肾包膜下生长的胸腺类器官中发育出自身 MHC 限制性的功能性 T 细胞。BLT 模型被认为是人的免疫功能最完善的人源化小鼠模型。但是，由于 BLT 模型的人源组织材料取自流产胎儿，来源非常有限，且面临很大的伦理争议，因而应用受到限制。

将 PDX/CDX 肿瘤移植模型跟人源化免疫系统模型结合起来可以用于人类肿瘤免疫方面的研究，如 PBMC 模型加肿瘤模型、HSC 模型加肿瘤模型。这些模型已经在肿瘤与免疫系统的相互作用研究以及肿瘤免疫治疗研究当中获得应用，但是也有一些问题未能解决。

PBMC 移植再加肿瘤的模型，因为模型的稳定期短，肿瘤接种时机需要精确把握。更关键的，因为很难获得相同 HLA 配型的 PBMC 和肿瘤，所以 PBMC 对肿瘤存在异体排斥。排斥作用太强则肿瘤不能在模型上生长。所以需要筛选、匹配合适的 PBMC 和肿瘤供体来建立共移植模型。

HSC 移植加肿瘤的模型出现肿瘤被排斥的情况较少，但也需要对 HSC 供者跟肿瘤做一定筛选匹配。HSC 移植加肿瘤的模型作为肿瘤免疫模型有几点必须考虑：

（1）人 T 细胞在小鼠胸腺完成发育，大部分表现小鼠 MHC 限制性，视人 MHC 为异己；

（2）APC 细胞对 T 细胞的「Prime」作用存疑；

（3）T 细胞对人肿瘤的反应类似一种异体 / 异种排斥反应，反应有可能强有可能弱，不能以 HLA 配型与否预测；

（4）T 细胞对肿瘤的反应可能以 CD8 + 细胞毒反应为主。

虽然因为 MHC 匹配问题，HSC 移植模型发育出的 T 细胞功能不太正常，但因为其免疫调控机制很多还是存在的，可以被激活和发挥功能，所以这类模型有可能应用于肿瘤免疫微环境研究、immune checkpoint inhibitor 抗癌药物评价、双特异性抗体抗癌药物评价（不依赖 MHC 识别）、CAR-T 治疗肿瘤的研究（也不依赖 MHC 识别）以及作为因子释放综合征（cytokine release syndrome）模型，等等。

不可否认的是现有人源化免疫系统小鼠模型仍然存在诸多缺陷，不能满足肿瘤免疫研究中的需要。为此正在研发下一代的人源化小鼠，包括 MHC 基因人源化小鼠（表达 HLA 的小鼠），转入人源细胞因子如 IL-2、IL-3、GM-CSF、SCF 等以能更好支持功能性免疫细胞发育的小鼠。使用自身 MHC 分子敲除的 NPG 类小鼠制作 PBMC 人源化小鼠则可以延缓 GvHD 的发生，拓展了此类模型应用的窗口期。