综述：将临床前AML模型与免疫治疗发展对齐：模型选择原则

《Frontiers in Immunology》：Aligning preclinical AML models with immunotherapy development: principles for model selection

　　

摘要：针对急性髓系白血病（AML）的免疫治疗进展揭示了在适当临床前模型选择方面的关键差距。传统的细胞毒性疗法和靶向疗法可以在相对简单的系统中进行测试。免疫治疗本质上与传统疗法不同，因为其活性受到白血病细胞、免疫效应细胞和骨髓微环境之间动态、背景依赖性相互作用的塑造，这些相互作用难以在患者体外复制。未能重现这些相互作用可能会限制有希望结果的临床可转化性。认识到这些缺陷，该领域已经经历了多代建模平台的发展。现有平台捕捉了AML生物学的不同但不完整的方面：体外系统提供控制但缺乏免疫背景，同源模型提供完整的免疫但人类相关性有限，患者来源异种移植（PDX）模型保留患者生物学但缺乏免疫，而人源化模型部分整合了两者但仍受限制。在这篇综述中，研究人员追溯了这些系统的发展，并利用这一轨迹为AML免疫治疗研究中的模型选择构建了一个实用框架。临床转化相关性取决于选择与特定治疗问题相符的临床前模型，而不是依赖于可用性或感知的复杂性。为了操作化这一点，研究人员提出一个机制驱动框架，将治疗机制映射到跨临床前平台的最适生物背景。该框架从受控机制性研究顺序进展到体内验证，引导每个阶段的模型选择。它不优先考虑任何单一系统，而是强调一种互补的、问题驱动的方法，利用每个模型的独特优势，同时考虑其局限性。

论文主体部分总结：

**1 引言**
急性髓系白血病（AML）是一种异质性血液恶性肿瘤，其特征是未成熟髓系祖细胞的克隆性扩增和正常造血的破坏。尽管治疗格局通过靶向抑制剂、基于维奈托克（venetoclax）的方案和移植进展而显著扩大，但持久的缓解仍难以实现，复发持续导致不良长期结果，尤其在老年和高风险患者中。治疗失败和疾病复发的核心因素是白血病干细胞（LSCs）的持续存在，这些细胞具有自我更新能力，适应治疗选择性压力，并占据保护性骨髓壁龛，从而对细胞毒性和靶向药物产生耐药性。现有治疗策略的局限性促使对免疫治疗方法产生日益增长的兴趣，包括单克隆抗体、双特异性T细胞衔接器、基于嵌合抗原受体（CAR）的细胞疗法和免疫检查点抑制剂。免疫治疗对临床前评估提出了传统模型无法满足的独特要求。疗效和毒性受抗原密度、效应细胞激活、细胞因子动力学和骨髓壁龛内免疫抑制机制的塑造。简化的体外平台和早期小鼠模型缺乏捕捉这些相互作用所需的生物学和微环境复杂性，导致临床前疗效信号与临床结果之间的反复不一致。作为回应，临床前工具包已扩展到包括原发性患者来源培养物、同源鼠白血病、患者来源异种移植（PDX）和日益复杂的人源化平台。本综述的核心前提是模型选择应由所研究免疫治疗机制的生物学需求驱动。研究人员提出一个机制驱动框架，将特定研究问题与回答这些问题所需的生物背景对齐。

**2 体外AML建模：整合免疫和微环境特征**
体外AML模型代表了研究白血病发生、治疗反应和免疫相互作用的最早实验平台。它们从简单的永生化白血病细胞系发展到患者来源培养物和整合骨髓微环境与免疫背景元素的日益复杂平台。永生化白血病细胞系（如HL-60、THP-1、KG-1、MOLM-13和MV4-11）提供了受控和可重复的平台，但表现出有限的生物保真度，连续传代导致克隆漂移和干细胞样特征的逐渐丧失。原发性AML母细胞提供患者特异性平台，用于评估抗原密度和白血病干细胞相关特征，但依赖于骨髓微环境中的支持信号，缺乏这些信号会迅速发生凋亡并失去功能性干性。基质共培养系统通过整合间充质基质细胞、内皮细胞和成骨细胞成分，更准确地重建骨髓壁龛，增强白血病母细胞存活并保留白血病干细胞相关特性。然而，它们并未完全复制完整骨髓环境的复杂性。AML骨髓微环境还受缺氧梯度、血管壁龛、代谢调控和炎症细胞因子网络的塑造，这些因素被越来越多地认为是免疫治疗疗效的关键决定因素，但在许多现有临床前平台中仍未得到充分体现。三维（3D）培养系统（包括支架、球体培养和水凝胶基质）被开发以更好地复制骨髓壁龛的空间结构和机械特性，但缺乏完整的细胞多样性、功能性血管化和体内微环境特有的动态细胞间信号传导。随着免疫治疗策略在AML中的应用，出现了对能够模拟免疫介导杀伤的体外系统的需求，导致免疫共培养平台的发展，其中AML细胞与T细胞、自然杀伤（NK）细胞、CAR工程效应细胞或由双特异性抗体重定向的免疫细胞共同生长。这些系统允许在受控条件下直接读出效应细胞毒性、抗原识别阈值和细胞因子释放动力学，但无法捕捉免疫细胞在骨髓壁龛内的运输、空间组织或不同免疫亚群之间的串扰。新兴的类器官和微生理学平台，包括患者来源类器官、诱导多能干细胞（iPSC）来源的骨髓类器官、3D生物打印骨髓构建体和骨髓微生理系统（BM-MPS），旨在重建白血病骨髓壁龛的结构、细胞和生化特征，同时保持比动物模型更大的实验控制。它们作为简化体外测定和体内研究之间的中间验证层级，但存在血管化不足、免疫细胞存活和功能多样性难以维持等限制。细胞系、原始母细胞培养物、基质系统、3D平台和免疫共培养系统各自为特定问题提供可重复的答案，但无法重现体内疾病塑造中白血病、免疫效应细胞和微环境之间的整合相互作用。

**3 体内AML建模平台**
体内平台允许研究人员在生理条件下研究LSC行为、微环境依赖性、免疫调节和药物反应，这对于转化工作和免疫治疗发展至关重要。同源小鼠模型从早期可移植白血病系发展到由工程化造血干细胞和祖细胞（HSPCs）构建的遗传定义系统。C1498和WEHI-3模型提供了实用优势，但缺乏定义的遗传驱动因素。后来通过使用逆转录病毒载体将白血病发生融合癌基因（如MLL-AF9和NUP98-HOXA9）引入HSPCs，开发了更接近人类AML转录和LSC行为的模型。通过整合患者常见遗传病变（如FLT3-ITD、NRAS、DNMT3A、TET2）的突变特异性系统进一步精细化。同源模型最重要的特征是保留完整的免疫系统，从而能够直接评估T细胞激活、NK细胞细胞毒性、巨噬细胞极化和细胞因子信号网络。它们高度可重复、成本有效且可扩展，但依赖鼠白血病细胞，无法完全捕捉人类AML的遗传多样性、抗原表达模式或表观遗传景观。CD33、CD123、CLL-1、FLT3等临床相关靶点在小鼠和人类之间差异显著，使其不适合评估抗原导向疗法。患者来源异种移植（PDX）模型通过将原发性人类白血病细胞直接移植到免疫缺陷小鼠宿主中，保留了患者特异性遗传改变、克隆结构和白血病干细胞（LSCs）的层级组织。它们保持LSC群体和层级疾病组织，支持克隆进化、治疗驱动选择和复发机制的研究。PDX模型保留了真实的人类抗原表达谱，支持基于抗体的疗法和抗体-药物偶联物的临床前测试。但它们缺乏功能性免疫系统，无法评估CAR-T或CAR-NK细胞等细胞免疫疗法，且微环境是鼠源的。替代性非哺乳动物模型，如斑马鱼和鸡胚绒毛尿囊膜（CAM），提供速度、低成本、可扩展性和实时成像，但无法维持功能性人类免疫效应细胞。人源化AML模型将原发性人类AML细胞与重建的人类免疫组分结合在免疫缺陷小鼠中。通过将人类CD34+ HSPCs移植到NSG等品系中，然后引入患者来源的AML，可以支持多种人类免疫谱系的发展：T细胞、B细胞、NK细胞以及程度不等的髓系群体。这些模型已成为CAR-T、CAR-NK、双特异性抗体、检查点抑制剂和巨噬细胞或NK导向疗法的临床前测试核心。细胞因子敲入品系和人类白细胞抗原（HLA）转基因的引入改善了免疫保真度，但免疫重建存在显著变异性，T细胞谱系占主导，髓系群体发育不全，实验窗口因移植物抗宿主病而变窄，且成本高、耗时。人源化AML模型目前是免疫治疗发展中最先进的临床前平台，但应被视为信息性而非预测性。

**4 AML免疫治疗发展的模型选择策略**
没有单一系统能捕捉所有方面。模型选择必须基于治疗机制和特定生物学问题。对于CAR-T抗原发现和验证，体外系统（AML细胞系和原始患者母细胞）适合早期高通量评估，而AML PDX模型可验证抗原在生理学相关壁龛中的保留。人源化AML模型则允许评估CAR-T扩增、持久性和白血病清除。抗体-药物偶联物（ADCs）相对不依赖宿主免疫效应器，可在标准CDX和PDX模型中评估。依赖于Fc的抗体（如通过抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）和抗体依赖性细胞介导的吞噬作用（ADCP）作用）则需要功能性的免疫效应细胞和合适的Fc-Fc受体相互作用，因此更适合在人源化模型或体外效应靶共培养中评估。在靶/脱肿瘤毒性评估中，体外共培养和集落形成单位（CFU）测定可用于初步筛查，但体内预测有限，人源化模型允许评估免疫介导的毒性，但无法完全复制临床毒性综合征。髓系区室生物学和先天免疫调节需要具有功能性髓系区室的模型，同源模型是体内起点，人源化细胞因子敲入品系尝试解决这一差距。基于NK细胞的免疫治疗早期问题可在体外解决，但体内运输、持久性和功能能力需要在人源化模型中评估。双特异性抗体和T细胞重定向疗法需要同时存在功能性的效应细胞和靶抗原，人源化模型是体内最佳选择。免疫检查点阻断需要完整的免疫系统，同源模型最接近，但缺乏人类疾病背景。针对白血病干细胞的策略需要保留层级组织和壁龛依赖性的模型，PDX模型是最强选项。细胞因子释放综合征（CRS）和神经毒性（ICANS）的建模困难，体外测定可用于初步风险排名，但无法预测临床严重程度，人源化模型可部分重现体内反应。实际考虑因素包括某些AML亚型在异种移植系统中植入不良，以及高级平台（人源化小鼠、类器官、微生理模型）所需的专业知识、基础设施和资源限制。

**5 结论**
临床前AML模型在过去几十年中显著发展。每个模型系列都因前者留下未解答的问题而产生。随着免疫治疗在AML中的扩展，模型选择已成为关键。没有临床前平台能完全反映这一复杂性，模型复杂性本身不能保证预测准确性。研究人员提出的框架围绕一个简单原则：将模型与治疗或问题对齐。体外系统是抗原发现、机制剖析和早期筛选的适当起点。同源模型提供研究髓系生物学和免疫调节所需的免疫能力环境。PDX平台以鼠白血病系统无法做到的方式保留患者特异性遗传学、克隆结构和LSC群体。人源化模型目前最接近能够在体内研究人类免疫-白血病相互作用的系统。未来的进展将不仅依赖构建更复杂的系统，还依赖理解每个平台真正能提供什么。新兴的患者来源类器官、3D骨髓模型和器官芯片平台可能有助于弥合简化体外系统与动物模型之间的差距。空间生物学和单细胞多组学可能改善临床前模型如何针对患者AML进行基准测试。然而，增加的模型复杂性并不固有地转化为更大的临床相关性。适当的模型选择和跨互补平台的交叉验证仍将是实验严谨性和临床转化相关性的关键决定因素。