人源化动物

Original 2016-12-08 曾理邦耀实验室

导语

人源化动物（Humanized animal）顾名思义就是与人类相关的动物模型，这类模型广泛用于人类疾病的研究，如癌症、传染病及免疫系统相关疾病等。然而在动物身上进行人类相关疾病的研究，需要排除机体间的免疫排斥，上一期我们介绍的免疫缺陷动物，它的出现可谓是开创了人源化动物新的里程碑。咱们的本期主题：人源化动物。

人源化动物定义

携带有人源的基因、细胞或者组织的动物模型

人源化动物分类

组织人源化模型

基因人源化模型

组织人源化模型

所谓组织人源化动物，指的是接种了人类细胞或者器官组织（接种后能够正常生长并具有相应功能）的动物。正因为我们能够使用它们来研究一些人类疾病，所以人源化动物在医学研究中非常重要。人源肿瘤组织异种移植模型最大程度的避免了体外处理，可以更好地反映肿瘤真正的生物学特征。

但由于动物的免疫系统，正常情况下人类细胞和组织难以在动物体内存活，因此，构建高度免疫缺陷小鼠模型变得非常必要，这种模型不仅不会对异体移植产生排异反应，还能够支持其生长和分化。

上一期我们提到了免疫缺陷鼠如裸小鼠、Beige小鼠、Xid小鼠及联合多重免疫缺陷动物SCID小鼠、NRG小鼠等，在建立此类模型上必不可少。

以人源化肿瘤模型为例，它主要分为两种，一种是将人源的细胞系接种到免疫缺陷小鼠或大鼠体内，称为CDX model（cell-line-derived xenograft）

CDX model: 免疫缺陷小鼠上的人源肿瘤细胞异种移植模型（乳腺癌）¹

另一种是将来源于患者的肿瘤组织块接种到免疫缺陷小鼠或大鼠体内，称为PDX model（patient-derived xenograft）。

PDX model: 免疫缺陷小鼠人源肿瘤组织异种移植模型（前列腺癌）

在癌症的相关研究中，CDX模型和PDX模型已得到广泛应用。异种移植模型的建立依赖于受体动物免疫功能的缺失。目前，制作CDX、PDX模型使用的小鼠品系包括BALB/C-nude、nu/nu、SCID、NOD-scid和NSG等。

如常用到的NRG小鼠（Rag2，IL2rg双敲小鼠），普遍认为是当今免疫缺陷程度最高的动物模型，可以重建最高80%的人类肝脏组织；NRG与Fah-/-小鼠杂交获得的FRG小鼠成为了人源化肝脏研究领域最重要的模型。

在这类高度免疫缺陷的动物上诱导型肝损伤，再移植人的肝脏细胞，可获得真正意义上的人源化肝脏小鼠模型，可以更准确地研究人类疾病发展过程，并助力药物研发²。

基因人源化模型

所谓基因人源化，即将人类基因插入或者替代原有动物基因中，从而产生人类基因嵌合动物，从而可在此种人源化动物体内表达部分人类蛋白，模拟蛋白反应或者信号传导在体内的环境。

特别是在以CRISPR/Cas9为代表的新一代基因编辑技术兴起之后，插入大片段人类基因变得十分简单，因此基因人源化模型逐步变得热门起来。根据研究不同的疾病，应该根据实验目标，选择最合适的动物模型（包括免疫缺陷和非免疫缺陷动物模型），才能得到科学的结论和理想的实验结果。

肿瘤免疫疗法是当前肿瘤治疗领域中最具前景的研究方向之一，《Science》杂志将肿瘤免疫疗法评为2013年十大科学突破第一位。

特别在T细胞免疫检查点抗体治疗的研究中，人源化模型给检查点抑制剂提供了很好的体内实验环境。肿瘤免疫治疗种类众多，但本质上绝大多数都是通过T细胞发挥抗肿瘤作用，从传统细胞因子、多肽类药物到最新的免疫检查点抑制剂与CAR-T细胞治疗均是间接或者直接激活人体T细胞来清除肿瘤细胞。

在有效的抗肿瘤免疫过程中，T细胞作为核心的执行者，首先被T细胞受体（T cell receptor，TCR）介导的抗原识别信号激活，同时众多的共刺激信号和共抑制信号精细调节T细胞反应的强度和质量，这些抑制信号即为免疫检查点。

在生理情况下，共刺激分子与免疫检查点分子保持平衡，从而最大程度减少对于周围正常组织的损伤，维持对自身组织的耐受、避免自身免疫反应。而肿瘤细胞可以通过此机制，异常上调共抑制分子及其相关配体，抑制T细胞激活，从而逃避免疫杀伤。

针对免疫检查点的阻断是增强T细胞激活的有效策略之一，也是近些年抗肿瘤药物开发最热门靶点^3-4。

目前热门免疫检查点靶点：

针对这些检查点，如果加以抑制（或激活，如4-1BB），将提高T细胞活性，增强肿瘤杀伤效果。目前，针对PD-1/PD-L1通路抑制剂的研究受到了特别的关注。PD-1人源化小鼠已经开始崭露头角，为肿瘤药物临床前研发提供了有力工具。

邦耀生物已经构建或正在努力开发针对以上靶点的人源化动物模型，将以上靶点基因的人类基因片段或者全长插入/替换相应小鼠基因，会产生表达人类靶点蛋白的动物模型，为免疫治疗研究提供更加有力的动物模型。

参考文献：

1. Wu J, Yu L, Yang F, et al. Optimization of 2-(3-(arylalkyl amino carbonyl) phenyl)-3-(2-methoxyphenyl)-4-thiazolidinone derivatives as potent antitumor growth and metastasis agents.[J]. European Journal of Medicinal Chemistry, 2014: 340-351.

3. Jackson H J, Rafiq S, Brentjens R J, et al. Driving CAR T-cells forward[J]. Nature Reviews Clinical Oncology, 2016, 13(6): 370-383.

4. Fesnak A D, June C H, Levine B L, et al. Engineered T cells the promise and challenges of cancer immunotherapy.[J]. Nature Reviews Cancer, 2016, 16(9): 566-581.

精彩内容列表（持续更新，蓝色代表已经发表，黑色待发表）

模式动物系列（—）常见大小鼠汇总

2. 模式动物系列（二）基因编辑鼠

3. 模式动物系列（三）疾病动物模型