臨床前癌癥研究中常用小鼠模型匯總

隨著腫瘤藥物研發(fā)的工作重點(diǎn)正迅速轉(zhuǎn)向更復(fù)雜和更具特異性的生物療法，尋找適合臨床前研究的體內(nèi)模型變得越來(lái)越困難。同時(shí)，在將臨床前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化為切實(shí)的臨床終點(diǎn)的過(guò)程中，面臨著許多艱巨的挑戰(zhàn)，其中就需要選擇正確的模型來(lái)回答精確的免疫學(xué)問(wèn)題¹。

科學(xué)家們現(xiàn)在可以接觸到越來(lái)越多的臨床前小鼠，每種小鼠都有其特定的優(yōu)點(diǎn)和局限性²。在這里，我們簡(jiǎn)單總結(jié)了臨床前癌癥研究中使用的最相關(guān)的模型，以助于研發(fā)者們更精準(zhǔn)地選擇研究中的臨床前體內(nèi)模型。
  細(xì)胞系移植模型（簡(jiǎn)稱(chēng)荷瘤鼠）是腫瘤免疫學(xué)中最常用的小鼠模型。

腫瘤細(xì)胞系可以是小鼠來(lái)源或者人類(lèi)來(lái)源的，鼠源細(xì)胞系可以在具有免疫能力的小鼠中皮下注射、原位注射(以模擬其在生理環(huán)境中腫瘤發(fā)生進(jìn)展)或血液系統(tǒng)內(nèi)注射(通常選用尾靜脈注射，以監(jiān)測(cè)腫瘤轉(zhuǎn)移擴(kuò)散情況) ³。 

人源細(xì)胞系需要在免疫缺陷小鼠或者免疫系統(tǒng)人源化小鼠（HIS, Human immune system mouse models）上進(jìn)行相應(yīng)的移植。由于人源細(xì)胞系的種類(lèi)更多，且與人類(lèi)的癌癥同源（擁有人類(lèi)更多的藥物靶點(diǎn)），在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)更多。

這些模型有助于研究體內(nèi)腫瘤起始的病理生理學(xué)相關(guān)性，以及用于臨床前藥物測(cè)試⁴。這種模型已為結(jié)直腸癌等的耐藥機(jī)制和新型聯(lián)合治療提供了重要的見(jiàn)解⁵。然而，由于細(xì)胞系通過(guò)體外重復(fù)傳代使腫瘤細(xì)胞變得同質(zhì)性，不能反映人類(lèi)癌癥的腫瘤內(nèi)和腫瘤間異質(zhì)性，因此此類(lèi)模型不能很好地預(yù)測(cè)治療反應(yīng)⁶。

  與細(xì)胞系移植模型不同，PDXs異種移植模型是指將癌癥患者的新鮮腫瘤樣本移植到免疫缺陷小鼠上獲得的模型⁷，保持了癌癥患者腫瘤內(nèi)和腫瘤間的異質(zhì)性，并在各種腫瘤研究中提供了重要的臨床價(jià)值數(shù)據(jù)，包括結(jié)直腸癌、乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌和前列腺癌等⁸。

由于PDXs移植需要使用免疫缺陷大小鼠，它們?nèi)狈φ�常的獲得性免疫系統(tǒng)，因此，這些PDXs模型之前通常僅限于細(xì)胞治療（例如嵌合抗原受體(CAR)-T和工程化T細(xì)胞）的研究⁸。

但隨著人類(lèi)免疫系統(tǒng)重建模型(HIS, Human immune system mouse models)的應(yīng)用，PDX可以移植在HIS模型中，這為PDX模型在其他腫瘤免疫研究中提供了非常好的研究工具。
  這里的基因工程小鼠模型(GEMMs)是指具有復(fù)雜免疫能力，且具有導(dǎo)致腫瘤發(fā)生發(fā)展的組成性或誘導(dǎo)性突變的模型⁴。這些模型曾為科學(xué)界提供了支持免疫監(jiān)測(cè)理論的重要見(jiàn)解，免疫監(jiān)測(cè)理論是一種“自然生理功能”，允許“正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)成腫瘤之前識(shí)別和破壞它們，并在腫瘤形成后殺死腫瘤”^9,10。

GEMMs模型在腫瘤的遺傳組成及腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)和腫瘤微環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)方面與人類(lèi)癌癥極其相似; 因此，它們有助于識(shí)別腫瘤啟動(dòng)和促進(jìn)腫瘤發(fā)生的事件，對(duì)揭示癌癥生物學(xué)背后的復(fù)雜機(jī)制具有重要意義¹¹。

然而，GEMMs模型也有一些局限性:

• 這些模型的建立和驗(yàn)證是費(fèi)力且昂貴的; 
• 這些模型可能會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的突變(即“脫靶效應(yīng)”)，這是由于模型制備方法(例如CRISPR/Cas9)的內(nèi)在特性引起的。
• 這些模型的靶點(diǎn)通常需要雙等位基因突變，因此可能導(dǎo)致胚胎致死表型^12,13。

  HIS model(Human immune system mouse models)，在上文中我們也提到，這是一種人源的免疫系統(tǒng)重建模型。

這類(lèi)模型是在是近幾年發(fā)展及應(yīng)用較多的模型，原因是目前腫瘤免疫治療研究的發(fā)展，這些藥物治療的靶點(diǎn)更加傾向于激活人的免疫系統(tǒng)去攻克癌癥，然而小鼠和人類(lèi)在遺傳和免疫系統(tǒng)上存在重大差異，阻礙了大多數(shù)腫瘤免疫藥物的研究進(jìn)展⁸。這種HIS人源免疫系統(tǒng)重建模型包含大量的人類(lèi)分子可供潛在的藥物靶點(diǎn)篩選，極大地提高了我們對(duì)人類(lèi)免疫系統(tǒng)功能的理解，并有助于研究T細(xì)胞、髓系細(xì)胞及抗原提呈細(xì)胞在重建腫瘤微環(huán)境中的復(fù)雜相互作用¹⁴，也促進(jìn)了新型治療方法的發(fā)展³。

盡管如此，HIS模型也有一定的局限性，目前沒(méi)有一種模型可以完全地模擬人的免疫系統(tǒng)，維通利華研發(fā)出多種不同種類(lèi)的HIS模型，不同模型之間優(yōu)缺點(diǎn)不一樣，一些模型可能窗口期有限，有些模型重建的人的免疫細(xì)胞功能不完整（例如，缺乏B細(xì)胞免疫球蛋白G反應(yīng)，淋巴器官發(fā)育不全）¹⁴，針對(duì)這些局限，現(xiàn)在有越來(lái)越成熟的模型，研發(fā)學(xué)者們需要根據(jù)自己的藥物原理及經(jīng)濟(jì)有效性，選擇更合適的模型，在解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，仔細(xì)考慮這些問(wèn)題是極其重要的。

在文末，我們總結(jié)了不同HIS模型的特性及應(yīng)用，供研發(fā)者選擇。
  hICP model(Humanized immune-checkpoint mouse models)，指的是免疫檢查點(diǎn)(ICP)人源化模型，是通過(guò)在小鼠ICP位點(diǎn)中插入嵌合(即小鼠和人類(lèi))ICP基因而生成的基因工程小鼠¹⁵。在這些動(dòng)物身上進(jìn)行的體內(nèi)研究有助于評(píng)估針對(duì)免疫檢查點(diǎn)ICP（如PD-1、CTLA4）藥物的療效^11,14。此外，hICP模型是研究化合物如何在生理微環(huán)境中調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞反應(yīng)和基質(zhì)細(xì)胞的有力工具³。

然而，這些小鼠具有小鼠免疫系統(tǒng)，因此不能概括ICP途徑在調(diào)節(jié)T細(xì)胞和更普遍的免疫反應(yīng)方面的潛力¹⁴。最近的腫瘤藥物發(fā)展也催生了一系列新的臨床前hICP模型的產(chǎn)生; 然而，利用這些模型進(jìn)行的許多新的腫瘤藥物評(píng)估未能通過(guò)II期臨床¹⁶。這至少可以部分歸因于從這些hICP模型中所得結(jié)果的誤導(dǎo)性解釋?zhuān)�這些模型不一定能最好地回答特定的免疫學(xué)問(wèn)題¹。

因此，迫切需要在藥物發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目的早期階段建立臨床上的視野，因?yàn)檫@將有助于選擇合適的臨床前模型，從而更有效地將臨床前研究轉(zhuǎn)化為成功的臨床試驗(yàn)。
 
維通利華可以為研發(fā)者提供各種不同癌種的細(xì)胞系移植模型（荷瘤鼠），也可提供多種免疫系統(tǒng)人源化模型（HIS），細(xì)胞系移植模型比較容易理解，這里我們重點(diǎn)再解釋一下不同免疫系統(tǒng)人源化小鼠的特點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的研究領(lǐng)域，供研發(fā)者精準(zhǔn)選擇。

免疫系統(tǒng)人源化模型（HIS），可以實(shí)現(xiàn)“人的免疫系統(tǒng)+人的腫瘤細(xì)胞/組織”雙人源化，為目前的腫瘤研究提供了大量的潛在藥物分子靶點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)人類(lèi)免疫-腫瘤間的相互作用，是腫瘤免疫研究的首選模型。另外，一個(gè)合適的 HIS 模型可以為研發(fā)者節(jié)省寶貴的時(shí)間和有限的資源，因?yàn)樗�允許藥物研發(fā)可在沒(méi)有基因工程替代模型的情況下進(jìn)行，即使有替代模型，選擇合適 HIS 的模型，仍舊是助力藥物研發(fā)的有利武器。