S15-DKO免疫缺陷小鼠模型中PBMC人源化增强人类免疫细胞多样性的研究

《Frontiers in Immunology》：Enhanced diversity of human immune cells in a PBMC-engrafted NSG-SGM3-IL15-DKO (S15-DKO) immunodeficient mouse model

　　

中文摘要翻译 背景： 外周血单个核细胞（PBMC）人源化小鼠模型是癌症免疫疗法临床前评估的关键工具，然而现有模型对人类免疫多样性（尤其是髓系细胞和自然杀伤（NK）细胞）的再现能力有限。为解决这一局限，研究人员构建了一种新型免疫缺陷小鼠品系NSG-SGM3-IL15-DKO（S15-DKO），该品系将可延缓异种移植物抗宿主病（xeno-GvHD）的NSG-MHC I/II双敲除（DKO）与表达人源细胞因子的NSG-SGM3-IL15品系相结合。在此，研究人员评估了S15-DKO小鼠相较于DKO小鼠的PBMC植入情况，并建立了一个人源化免疫肿瘤学模型，用于测试双特异性T细胞衔接器（BiTE）的疗效及细胞因子释放。 方法： 向S15-DKO和DKO小鼠植入来自不同健康供体的1×107个人类PBMC，部分供体事先暴露于Raji淋巴瘤细胞或接受辐照处理。采集眼眶后（RO）静脉血（及脾脏），通过流式细胞术评估人类免疫细胞的植入情况。对携带Raji肿瘤的辐照后S15-DKO和DKO小鼠给予PBS或抗CD3×CD19 BiTE治疗。采用生物发光成像测量肿瘤负荷，并收集血浆检测细胞因子水平。 结果： 来自多个供体的PBMC植入S15-DKO小鼠后，其体内人CD45+细胞、CD4+和CD8+T细胞以及NK细胞水平均显著高于DKO小鼠，且无需辐照处理，体重变化和存活率与DKO对照组相当。在某些PBMC供体中，S15-DKO小鼠的B细胞、树突状细胞和巨噬细胞植入也显著优于DKO小鼠。在携带Raji淋巴瘤细胞的S15-DKO小鼠中，PBMC植入水平同样高于DKO小鼠，除T细胞外，NK细胞和树突状细胞数量也显著升高。在PBMC植入前对S15-DKO小鼠进行辐照预处理可进一步增强免疫细胞重建，加速植入动力学并提高多个免疫亚群的绝对细胞计数。在一个治疗模型中，经抗CD3×CD19 BiTE治疗后，携带Raji-luc细胞的辐照后S15-DKO小鼠表现出更优的肿瘤消退效果和显著更高的细胞因子释放水平。 讨论： 这些发现确立了PBMC人源化S15-DKO小鼠作为一种新型临床前平台，可用于评估需要多样化人类免疫细胞群体的免疫疗法的疗效和细胞因子释放。

论文解读文章

研究背景与目的

癌症免疫疗法从基础研发到临床应用的成功转化，高度依赖于合适的临床前模型来预测其在人体中的有效性和安全性。人源化小鼠模型——即免疫缺陷小鼠植入人类免疫系统细胞成分——已成为评估和验证新型免疫疗法的重要工具。然而，现有的人源化小鼠模型存在显著局限性。例如，标准NSG-MHC I/II双敲除（DKO）小鼠虽然能延缓异种移植物抗宿主病（xeno-GvHD），但其对人类特定免疫细胞群体（如NK细胞和髓系细胞）的植入支持能力仍然有限。这种人类髓系和NK细胞群体的缺失限制了利用现有基于PBMC的模型来评估靶向这些细胞类型的免疫疗法。因此，迫切需要开发新一代PBMC人源化模型，使其能够更准确地再现人类免疫系统的细胞多样性。本研究旨在通过构建一种新型免疫缺陷小鼠品系——NSG-SGM3-IL15-DKO（S15-DKO），来解决上述问题。该品系结合了DKO小鼠延迟xeno-GvHD的特性与NSG-SGM3-IL15小鼠表达多种人源细胞因子的优势，以期支持更广泛的人类免疫细胞群体植入，从而为免疫疗法评估提供更优的临床前平台。

研究方法概述

研究人员首先构建了S15-DKO小鼠品系，该品系不表达小鼠MHC分子，但转基因表达人源干细胞因子（SCF/KITLG）、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF/CSF2）、白细胞介素-3（IL-3）和白细胞介素-15（IL-15）。随后，研究人员通过尾静脉注射将来自多名健康供体的1×10⁷个人类PBMC植入S15-DKO和DKO小鼠体内，部分实验组在植入前对小鼠进行100 cGy的亚致死剂量辐照预处理。为建立肿瘤模型，部分小鼠在PBMC植入前被注入Raji淋巴瘤细胞或MDA-MB-231乳腺癌细胞。研究人员通过定期采集眼眶后静脉血和终末脾脏样本，利用多色流式细胞术系统分析了多种人类免疫细胞亚群（包括T细胞、B细胞、NK细胞、树突状细胞和巨噬细胞）的植入动态和水平。在治疗模型中，携带Raji肿瘤的辐照后人源化小鼠接受了抗CD3×CD19双特异性T细胞衔接器（BiTE）治疗，通过生物发光成像监测肿瘤负荷，并使用多重磁珠面板检测血浆中的细胞因子水平。

研究结果

3.1 S15-DKO小鼠中PBMC植入增加

研究发现，在未辐照条件下，来自四个不同供体的PBMC在S15-DKO小鼠中的植入速度更快，人CD45⁺细胞的峰值百分比和绝对计数均高于DKO小鼠。两种品系的体重稳定增长，生存率相似，表明S15-DKO小鼠保留了延迟xeno-GvHD的特性。对于三个供体，S15-DKO小鼠血液中CD4⁺和CD8⁺T细胞、CD19⁺B细胞以及CD56⁺NK细胞的峰值植入水平均显著高于DKO小鼠。脾脏分析显示，S15-DKO小鼠的B细胞和NK细胞计数更高，且树突状细胞（DC）和巨噬细胞在更多S15-DKO小鼠中成功植入。此外，在另外五个供体中，S15-DKO小鼠脾脏中CD19⁺B细胞和CD19⁺CD138⁺浆细胞数量显著增多，血浆中人IgG水平也显著升高。

3.2 淋巴瘤促进S15-DKO小鼠中DC、NK和T细胞的PBMC植入

当小鼠在PBMC植入前预先接种Raji淋巴瘤细胞时，S15-DKO小鼠血液中的人CD45⁺细胞、CD4⁺T细胞、CD56⁺NK细胞和DC数量在第10天显著高于DKO小鼠。这表明S15-DKO小鼠中植入的免疫细胞能够对异基因淋巴瘤产生应答。

3.3 辐照增强S15-DKO小鼠的PBMC植入

对S15-DKO小鼠进行辐照预处理加速了人CD45⁺细胞的植入动力学，将峰值时间提前至约两周内，并显著增加了B细胞和NK细胞的植入水平。辐照还诱导了更高水平的干扰素-γ（IFN-γ）和白细胞介素-2（IL-2）释放。与辐照后的DKO小鼠相比，辐照后的S15-DKO小鼠显示出更高的人CD45⁺细胞比例和计数，以及更强的针对Raji和MDA-MB-231肿瘤细胞的清除能力。

3.4 S15-DKO小鼠中BiTE的强效疗效和细胞因子释放

在携带Raji肿瘤的辐照后人源化小鼠模型中，抗CD3×CD19 BiTE治疗在S15-DKO小鼠中比在DKO小鼠中展现出更显著的肿瘤负荷降低效果。更重要的是，BiTE治疗后，S15-DKO小鼠血浆中多种细胞因子（包括IFN-γ、IL-6、IL-10、IL-13、IP-10、IL-15和RANTES）的水平显著高于DKO小鼠，其中IL-6和IL-15等与细胞因子释放综合征（CRS）相关的因子尤为突出。

讨论与结论总结

本研究成功开发并表征了新型S15-DKO人源化小鼠模型。研究结果表明，S15-DKO小鼠在无需辐照的情况下即可实现比DKO小鼠更高水平的多个人类免疫细胞群体的植入，包括所有供体中均表现优异的T细胞和NK细胞，以及在部分供体中显著提升的B细胞、树突状细胞和巨噬细胞。辐照预处理可进一步加速并增强这种免疫重建。该模型在评估BiTE疗法时展现出更高的敏感性，不仅能更有效地反映抗肿瘤活性，还能更全面地模拟临床相关的细胞因子释放谱，这对于评估免疫疗法的潜在毒性至关重要。研究同时指出，该模型的优势主要体现在植入早期（约5-6周内），这与PBMC作为成熟细胞来源缺乏自我更新能力的生物学特性相符。总体而言，这些发现确立了PBMC人源化S15-DKO小鼠作为一个改进的临床前平台，它比传统的DKO模型能更准确地再现人类免疫系统的细胞多样性，特别适用于评估那些依赖多种免疫细胞群体（如NK细胞、髓系细胞和B细胞）发挥作用的下一代癌症免疫疗法。