背景：
免疫治疗已成为许多恶性肿瘤的一种有前景的治疗模式，并正在改变药物开发的格局。尽管免疫治疗药物已显示出临床疗效，但它们与不同的临床应答相关，我们对其作用机制和应答的特异性生物标志物的理解仍有很大差距。目前，能够真实再现人类免疫系统和肿瘤之间相互作用，并能够在体内评估人类特异性免疫疗法的临床前模型数量有限。人源化小鼠是指与人肿瘤和免疫成分共植入的免疫缺陷小鼠，人源化小鼠为免疫肿瘤学研究提供了几个优势。
简介：
2023年1月12日，来自美国麻省大学Chan医学院分子医学项目的Michael A. Brehm 教授课题组在Nat Rev Clin Oncol（IF: 65.0）杂志上发表题为“Humanized mouse models for immuno-oncology research”的文章[1]。在这篇文章中，作者讨论了目前可用的人源化小鼠的益处和挑战，包括植入的人类肿瘤和免疫成分之间的特定相互作用，这些小鼠中的人类固有免疫群体的发育和生存，以及研究植入匹配的患者肿瘤和免疫细胞的小鼠的方法。作者重点介绍了人源化小鼠模型的最新进展，旨在为其在具有临床转化潜力的免疫肿瘤研究中的应用提供指导。
主要结果：
人源化小鼠模型的效用。
人源化小鼠模型正被用于测试和验证多种免疫治疗方法，包括单特异性、双特异性和三特异性抗体治疗、过继性细胞疗法(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。如后面讨论的，靶向PD-1-PD-L1、CTLA4或LAG3的第一代免疫检查点抑制剂(ICIs)的疗效已在数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具有体内控制肿瘤生长能力的新型治疗药物。FDA已表示有兴趣使用人源化小鼠平台来测试新型治疗药物的疗效和安全性。事实上，目前FDA批准的CAR T细胞产品最初是在人源化小鼠模型中进行研究。除了CAR T细胞产品之外，在人源化小鼠中测试的其他细胞靶向方法包括双特异性T细胞衔接器和双亲和力重靶向分子。最后，人源化小鼠模型也可能是研究联合免疫疗法的有效工具。
对恶性造血疾病的研究，导致了白血病干细胞和白血病起始细胞的鉴定，是人源化小鼠模型的另一个重要应用。这一领域的初步研究有助于促进我们对人类白血病发展机制的理解和探索治疗策略。
人免疫系统植入。
将人类免疫系统成分植入免疫缺陷小鼠体内的策略已被开发出来。人源化小鼠实验策略的最佳设计需要全面理解植入方案，而且重要的是，需要了解它们的总体优势和局限性。事实上，用于植入的特定细胞群影响小鼠体内不同人类免疫细胞类型的相对丰度(通常通过染色CD45进行评估，CD45是造血细胞及其前体细胞的表面标志物;图1)。鉴于植入方案的复杂性和耗时性，明确定义实验问题，仔细选择最佳植入策略和免疫缺陷小鼠模型至关重要。
Hu-PBL-SCID小鼠。
一种直接将人免疫系统成分植入SCID小鼠体内的方法是直接输入成熟的人免疫细胞，产生人外周血白细胞(human peripheral blood leukocyte, Hu-PBL) SCID小鼠。虽然成熟的人类免疫细胞可以从多种组织(包括脾脏)获得，但外周血单个核细胞(PBMCs)是最常用的来源。PBMCs容易获得，易于使用，可以大量获得。人CD3+ T细胞(包括CD4+和CD8+亚群)是植入过程中存活下来的最丰富的细胞群，而FOXP3+CD25+CD127low调节性T (Treg)细胞在注射后的前2 ~ 4周内可检测到，但随后在循环中不可检测到。人固有细胞群(包括髓样细胞和NK细胞)在小鼠体内存活数天，但很快在血液和组织中检测不到(图1)。人CD19+ B细胞在特定部位(包括脾脏和骨髓)以低水平维持数周。此外，在Hu-PBL-SCID小鼠一生的外周血中均可检测到人IgGs。
CAR疗法用于Hu-PBL-SCID小鼠。在过去的几年里，大量的研究表明CAR - T细胞在不同的Hu-PBL-SCID模型中可以抑制肿瘤细胞的生长。例如，靶向HER2的CAR T细胞在hIL2- NOG中显示出对黑色素瘤细胞的疗效。此外，CAR - NK细胞策略也证明了来自诱导多能干细胞(iPSCs)的NK细胞的抗肿瘤作用。本研究表明，来自iPSCs的NK细胞在NSG小鼠中显示出强大的肿瘤特异性细胞毒活性，并在Hu-PBL-SCID模型中促进T细胞浸润肿瘤。使用来源于癌症患者的iPSCs产生人类免疫细胞和造血干祖细胞(HSPCs)可提供无限数量的这些细胞群，用于植入携带自体肿瘤的人源化小鼠，以及用于测试新疗法的新平台
Hu-SRC小鼠。
将人CD34+ HSPCs植入免疫缺陷小鼠可产生人SCID再生细胞(human SCID repopulating cell, Hu-SRC)小鼠，与Hu-PBL-SCID小鼠相比，这些小鼠具有更完整的造血系统，包括固有免疫细胞、适应性免疫细胞以及低数量的红细胞和血小板。在引入具有Il2rg位点突变的免疫缺陷小鼠之前，植入CD34+ HSPCs和实现高度人类免疫细胞嵌合以发育有功能的先天和适应性免疫细胞的能力有限。例如，NOD-SCID小鼠易于植入CD34+ HSPCs，但其骨髓中由此产生的CD34+细胞水平非常低，导致人类外周免疫系统的发育有限且多变。CD34+ HSPCs最容易和可靠地从脐带血(UCB)中获得，也可以从G-CSF(也称为CSF3)动员的外周细胞、胎儿肝组织和骨髓中获得。多种参数影响CD34+ HSPCs在免疫缺陷小鼠体内的植入，包括品系遗传背景、受体年龄、CD34+ HSPCs来源、注射途径、注射的CD34+ HSPCs数量和使用的预处理方案。
图1：人源化小鼠模型中人类免疫系统发展的动力学
研究人类固有免疫的模型。
传统的人源化小鼠模型可产生大量的人T和B细胞，但固有免疫细胞谱系，包括髓系细胞(单核细胞、巨噬细胞和髓源性抑制细胞)、DCs和NK细胞的数量较有限。固有免疫细胞亚群在肿瘤发生、TME的维持以及对免疫疗法的应答和抵抗中发挥核心作用。在包括NSG, NRG, NOG和BRGS在内的人源化小鼠模型中，人类固有免疫系统的发展有限，很大程度上与缺乏对固有免疫细胞稳态至关重要的人类细胞因子和小鼠细胞因子的最低跨物种反应性有关。然而，在过去的几年中，已经建立了几种人源化小鼠模型，通过转基因表达或注射人细胞因子来促进人类固有免疫细胞的发育。
固有髓系模型。
髓系细胞在TME中通常大量存在，它们通常促进肿瘤发生、免疫逃逸和对免疫疗法的抵抗。多种人源化小鼠模型已被开发用于促进髓系细胞的发育。这些模型很重要，因为尽管大多数免疫疗法主要针对细胞毒性T淋巴细胞，但针对肿瘤中髓系细胞群的几种策略正在积极开发中。
人类NK细胞模型。
NK细胞是免疫肿瘤研究的一个有吸引力的靶点;然而，在大多数人源化小鼠模型中，人NK细胞的发育和存活受到限制。IL-15是NK细胞发育、存活和功能的关键细胞因子;因此，在CD34+ HSPC植入的BRG小鼠体内注射IL-15-IL-15Rα/Fc复合物可短暂促进功能性人NK细胞的发育。IL15的转基因表达导致功能性人NK细胞的发育，这些细胞可在BRGS小鼠中介导抗体依赖性细胞介导的针对伯基特淋巴瘤CDXs的细胞毒性，并导致细胞毒性人NK细胞的发育，这些细胞毒性人NK细胞可在CD34+ HSPC植入的NSG小鼠中延迟黑色素瘤PDXs的生长。在CD34+ HSPC移植的NSG小鼠中，IL7和IL15的共表达也增强了细胞毒性人NK细胞的发育。在NOG小鼠中，IL15的转基因表达提供了支持从血液中分离出的人NK细胞存活的增殖信号，而人NK细胞对HER2+胃癌CDX具有抗体依赖性细胞介导的细胞毒性。移植了CD34+HSPC的补充FLT3L的小鼠的NK细胞数量也增加，尽管其中大多数是表型不成熟的CD56brightNK细胞。
人源化模型的当前景观。
选择最合适的小鼠模型是优化人源化小鼠研究的转化潜力的必要考虑因素。不幸的是，没有一种人源化小鼠能够再现TME中免疫景观的所有方面。需要仔细考虑和评估人源化小鼠模型的复杂性和每个特定模型的局限性，以确保有效研究的最高概率。在设计人源化小鼠实验时，应考虑几个参数。
植入策略和感兴趣的免疫细胞。
免疫肿瘤学研究中植入策略的选择应以正在评估的疗法为指导。例如，传统上使用来自外周血的成熟免疫细胞评估基于CAR的细胞疗法的活性。分离出单个免疫细胞亚群(包括T细胞和NK细胞)，经过工程改造以表达CAR，然后将其注射到携带肿瘤的免疫缺陷小鼠体内。在过去几年中，技术的发展使我们能够从CD34+ HSPC植入的小鼠中分离出人类免疫细胞(包括T细胞、NK细胞和髓系细胞)，用于CAR构建体的转导。
小鼠品系的选择。
特定造血谱系的发育和存活也将直接受到植入的免疫缺陷小鼠品系表达的细胞因子和生长因子的影响。这一点对于实验的成功至关重要，应决定使用哪种小鼠品系以及植入方案。如前所述，人类细胞因子在Hu-SRC模型中的表达促进了固有免疫细胞的发育，这导致了该领域的显著进展。几种模型，包括MISTRG、NSG-SGM3、NOG-EXL(表达GM-CSF和IL-3)和基于flt3l的模型，支持人类髓系发育，是研究肿瘤相关巨噬细胞和DCs的有前景的模型。在表达Il15的小鼠和MISTRG小鼠中，NK细胞的发育、存活和功能显著增强。在自体移植模型中，可以大大提高功能性人T细胞的发育。
图2：为人类肿瘤化身研究建立资源
结论和展望：
尽管用于免疫肿瘤研究的人源化小鼠的开发取得了实质性进展，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的多种免疫治疗的有用工具。然而，这些疗法对人源化小鼠产生的效果不同，这些观察结果的转化潜力仍存在问题。在建立人源化小鼠模型(通过减少供体细胞数量来支持增强的人血液淋巴样植入，并最终促进从iPSCs生成CD34+ HSPCs)方面取得的进展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。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41571-022-00721-2
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