小鼠肿瘤模型研究发展历史

最早的肿瘤模型是通过将鼠肿瘤移植到具有免疫活性宿主小鼠中而建立的（图1A）。这些同种异体移植模型在20世纪60年代至70年代期间用作药物筛选的主力，并且成功地鉴定了许多有效的细胞毒性药物，例如长春新碱和丙卡巴肼。由于这种模型具有完全免疫活性，因此它们在免疫肿瘤学试剂的评估中也特别有用。因为它们可用于研究从初始阶段的抗肿瘤免疫应答的产生，并且不需要过继转移免疫群体。此模型可用于前期筛选鼠源/人鼠同源免疫检查点抑制剂的抗肿瘤作用及机制研究。然而，这种小鼠模型缺乏人类的肿瘤组织和人类的免疫系统，无法模拟人类肿瘤微环境的异质性和复杂性。

肿瘤研究中应用的基因工程小鼠模型（genetically engineered mouse model， GEMM）通过转基因方法修饰小鼠的癌基因或抑癌基因来诱导肿瘤发生（图1B）。其自发形成原位肿瘤，模拟了肿瘤形成的过程。并且其肿瘤微环境含有天然免疫抑制基质和脉管系统。然而此模型建立耗时长，肿瘤发生非同步化，存在非预期表型产生，缺乏人类免疫系统，并且与同源模型一样，需要考虑鼠免疫靶标是否与相应的人靶标交叉反应。

图1.  免疫肿瘤学的临床前小鼠模型

为了创建更真实的人类疾病模型，重现人体免疫系统功能的临床前模型,研究人员开始研究开发人源化小鼠肿瘤模型。人源化小鼠模型历史上的第一个重要事件是产生免疫缺陷小鼠品系，其能够使人细胞植入（图1C和图2）。人类细胞或肿瘤组织移植到无胸腺裸鼠体内的过程始于20世纪60年代，但是间隔20年后CB17-Prkdcscid小鼠才被广泛应用。这些小鼠是严重联合免疫缺陷（scid）突变的纯合子，可以成功移植人PBMC ，胎儿组织和人造血干细胞。然而，基于CB17-Prkdcscid的人源化小鼠存在着很多缺点，如CB17-Prkdcscid小鼠存在渗漏现象，随着年龄生长，会部分恢复自体的T和B细胞功能且NK细胞和其他免疫细胞活性处于高水平，这使得其对人类细胞的排斥；移植时为了清除小鼠内源造血干细胞，需要对其进行半致死剂量的放射性辐照，而scid突变产生DNA损伤修复缺陷，导致其抗辐照能力差。

图2. 免疫缺陷型小鼠品系

随后研究人员一个重要的改进将scid突变小鼠与NOD / Lt(non-obese diabetic)小鼠杂交，得到了表现出髓细胞和NK细胞功能降低的NOD-scid小鼠，从而增加了人体免疫细胞的植入。但不幸的是，胸腺淋巴瘤的自发发展减少了这些小鼠的寿命仅有8个月。

小鼠人源化肿瘤模型的里程碑事件是敲除IL-2受体γ链（Il2rg）基因的小鼠品系。IL-2受体γ链对多种细胞因子受体信号通路至关重要，包括IL-2，IL-4，IL-7，IL-9，IL-15和IL-21，因此不仅损害了会导致T细胞、B细胞发育和功能，而且阻碍了NK细胞的发育。在NOD-scid背景下通过引入IL2Rγ突变后就可以形成T，B和NK三种细胞同时功能缺失的小鼠。显着提高了人细胞植入的成功率。在这个思路指引下，日本CIEA和美国杰克森实验室（JAX）先后培育了NOG、NSG和NRG等极重度免疫缺陷小鼠。NSG小鼠由杰克森实验室以雌性NOD-scid与雄性Il2rg基因敲除小鼠B6.129S4-Il2rgtm1Wjl/J交配后，再用NOD-scid小鼠回交8代后的子代近交培育而成。NOG是比NSG更早开发出来的极重度免疫缺陷小鼠，由日本CIEA研制。与NSG小鼠一样，NOG小鼠也在NOD-scid背景上产生，但其与截短的IL2Rγ基因组合，其允许结合细胞因子但并不能进行信号传导而NSG导入的是一个完全删除的Il2rg基因。为了解决scid突变导致小鼠抗辐照能力弱的问题，杰克森实验室又培育了小鼠NRG。其是在NOD / ShiLtJ遗传背景上引入重组激活基因1（Rag1）中的靶向敲除突变和IL2受体γ链（Il2rgnull）的完全无效等位基因。因Rag1基因突变不影响DNA损伤修复，所以NRG小鼠不存在因携带scid突变导致的抗辐照能力差问题。

国内方面，研究人员也为构建与改进免疫缺陷小鼠肿瘤模型做出了诸多努力。集萃药康在2014年完成NCG(NOD/ShiltJGpt-Prkdcem26Cd52Il2rgem26Cd22/Gpt)模型鼠的建立，其是使用CRISPR/Cas9技术敲除了NOD/ShiltJGpt小鼠的Prkdc及Il2rg基因而获得的重度免疫缺陷品系。中国的百奥赛图公司于2015年通过基因编辑技术直接将NOD/scid小鼠的IL2Rγ基因突变掉（大片段删除），也获得了类似NOG和NSG的极重度免疫缺陷小鼠NOD-Prkdcscid IL2rgtm1/Bcgen小鼠，商品名为B-NDG。M-NSG 小鼠（NOD-PrkdcscidIl2rgem1/Smoc）由南模生物自主研发的，其在NOD-SCID小鼠基础上利用CRISPR/Cas9技术对Il2rg基因进行敲除，获得严重免疫缺陷小鼠。此外，还有维通达自主研发的NPG(NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1vst/vst)。与NSG或NOG小鼠一样，NCG，B-NDG，M-NSG, NPG小鼠由于缺乏成熟的T、B细胞和NK细胞，都是目前公认的重度免疫缺陷的小鼠。