随着全球人口不断增长与老龄化的加剧，恶性肿瘤已成为威胁人类健康的主要杀手。21世纪以后，人类的生物医学研究主要受限于生物体的复杂性，这使得临床前利用模式动物对抗肿瘤药物的研究评价显得尤为重要。然而普通基因改造小鼠在应用上仍有很多局限性，例如大家所熟悉的肿瘤免疫治疗，以及部分病毒感染等等，由于人与小鼠的物种差异和免疫排斥特性，简单的基因改造手段无法在小鼠身上创造出一个和人类免疫系统相似的免疫环境。

那么问题来了？既然基因改造不成，不如就移花接木，直接将小鼠的免疫细胞换成人的，让其成为动物界的异类，医学研究界的小帮手。

下面小编带你一起了解在小鼠体内进行人类免疫系统重建......

如图1所示，目前应用于临床前的免疫系统人源化小鼠模型主要有两类，一类是将成熟的人外周血单核细胞（hPBMC）通过腹腔或者尾静脉注入免疫缺陷小鼠体内重建人的免疫系统，即hPBMC型；另一类是将人骨髓衍生的CD34⁺造血干细胞（HSC）通过腹腔或者尾静脉注入免疫缺陷小鼠12周后，同样实现了人类免疫系统的重建，即HSC（CD34⁺）型^[1-2]。

图1. 免疫系统人源化小鼠的产生

最快速的人免疫细胞重建：hPBMC免疫重建

虽然两种方法都可以进行免疫系统的人源化，但两种方法都有各自的优缺点。以重度免疫缺陷（体内缺乏T、B、NK细胞）B-NDG小鼠进行hPBMC免疫重建模型为例，由于hPBMC样本来源的个体差异，不同人的hPBMC免疫重建程度不尽相同，说明通过此类方法进行免疫系统人源化后的小鼠个体差异大，稳定性较弱（见图2）^[4]。

图2. 来源不同hPBMC人源化小鼠外周血的流式检测

进一步研究发现，如图3所示^[4]，hPBMC免疫重建小鼠主要以人源T细胞（hCD3⁺）为主，不存在人源B细胞（hCD19⁺）；此时成熟的T细胞会与小鼠机体原有的免疫细胞排斥，引起移植物抗宿主病（graft-versus-host disease，GVHD）的发生，进而缩短了小鼠生存窗口期（免疫系统重建后小鼠一般存活4-5周）^[2-3]。

图3. 免疫系统人源化小鼠模型的流式检测与鉴定

但小编相信大多数问题总会有解决办法的，多一点时间，多一种可能。这不，经过研究者们不懈的努力，最终将B-NDG小鼠升级为B-NDG B2m-KO小鼠，此小鼠不仅具备B-NDG小鼠的所有特性，且缺失了组织相容性复合体（MHC）I类亚型，即MHC I类分子的一个重要亚基，进而降低了免疫系统重建过程中GVHD发生的概率，延长小鼠的生存期^[5]。（见图4）

图4. 在B-NDG小鼠(n=5)和B2m敲除的 B-NDG小鼠(n=10)上分别注射一定数量的PBMC细胞，观察小鼠的生存期^[5]。

当然我们拿B-NDG B2m-KO小鼠做Car-T的话，不仅可以看到Car-T细胞的扩增，还可以看到肿瘤细胞被清除后Car-T细胞群会迅速的降下来。如图5所示，说明Car-T的扩增是人肿瘤细胞 Raji 引起的，而不是小鼠本身MLR（混合淋巴细胞反应）的非特异性引起的^[5]。说明本B2M小鼠适合于Car-T研究。

 

图5. 皮下接种荧光标记的 Raji 肿瘤细胞5天后，B2M敲除的B-NDG小鼠(n=5)尾静脉注射2×10⁷的CAR-T细胞^[5]。

更全，更稳，更安心的人免疫细胞重建：HSC(CD34⁺)免疫重建

与hPBMC型不同，将HSC（CD34⁺）接种B-NDG免疫缺陷小鼠体内，会使HSC发育成包括T、B、NK细胞（见图6^[6]，从而建立了人的固有免疫系统和淋巴细胞，这种形势下通常不会发生GVHD，小鼠的生存期较长^[2]。

 

图6. 流式分析统计，CD34⁺细胞重建B-NDG小鼠免疫系统后，人源细胞随时间的分化趋势^[6]。

那么拿到HSC（CD34⁺）型的模式小鼠又能做些什么呢？下面我们来看一组数据，如图7所示，在B-NDG小鼠上进行CD34⁺免疫重建，静脉注射5×10⁵ Raji-Fluc细胞，5天后再给小鼠静脉注射人源PD-1抗体，2天后可见抗体对肿瘤细胞有明显的抑制作用^[8]。说明HSC（CD34⁺）重建的B-NDG小鼠是CDX药效试验的有效模型。

此外，我们也可以利用此模型进行双特异性抗体药效评价或者免疫检查点药物和其他药物联用，比如PD-L1抗体与CD47抗体联合用药^[9]，这不仅能达到验证人的抗体药效作用，同时由于可以使用的是人源细胞系或PDX样本，且免疫系统环境高度人源化，实验结果具有更高的可靠性和参考价值。

图7. 在CD34⁺T细胞重建的B-NDG小鼠进行药效评价。

但这种重建方法也存在一些局限性，例如小鼠体内缺乏人的细胞因子，人类干细胞在小鼠体内发育受限。随后研究人员也尝试通过基因工程敲入人的细胞因子基因来代替小鼠的基因，可以使组织、细胞中人类细胞因子适当表达^[10]。

 除上述两种方法外，免疫系统重建还有一种方法是利用人骨髓、肝脏、胸腺（bone marrow，liver and thymus，BLT）共同移植到免疫缺陷小鼠上而建立的模型。这种模型虽然具有比较完整的人类免疫系统，但建模过程中需要复杂精细的手术操作，且样本来源困难，比较难于批量的造模，因此，BLT模型用于肿瘤免疫药物的研究并不多见^[2]。

参考文献

 

[1]Humanized Mouse Models of Clinical Disease.

[2]免疫系统人源化小鼠模型的建立、应用及挑战。

[3]Mouse models in oncoimmunology.

[4]http://www.bbctg.com.cn/index/article/index/aid/30.html.

[5]http://www.sohu.com/a/244891958_227596

[6]http://www.bbctg.com.cn/index/article/index/aid/31.html.

[7]Human hemato-lymphiod system mice:current use and future potential for medicine.

[8]http://www.bbctg.com.cn/index/article/index/aid/52.html

[9]https://www.kangantu.com/tumour/26515.html

[10]Development and function of human innate immune cells in a humanized mouse model.

小结

好了，小编今天就科普到这，相信大家应该对人类免疫系统重建有了一定的了解吧，总结起来，每一种免疫系统重建方法都有其优劣，而免疫缺陷小鼠模型的选择则是免疫系统人源化、临床前评估免疫治疗药物以及人类疾病研究的关键。

 

百奥赛图自主开发的B-NDG系列小鼠，其成熟的T、B和NK细胞全部缺失，是目前公认的免疫缺陷程度高、非常适合人源细胞或组织移植的工具小鼠，另有更适合CAR-T药效的B-NDG B2M KO小鼠，如有需要请随时与我们联系！