時至今日，這場持續了兩年多的疫情，仍然在困擾著許多人的生活。

新冠病毒的藥效研究離不開小鼠模型，而其他疾病的研究，同樣離不開動物模型。


眾所周知，雖然許多哺乳動物的免疫系統與人類有重要的共同特征，但某些免疫細胞類型和表型卻是人類獨有的。

因此，很難設計和開展實證研究來幫助研究人員準確預測對治療藥物、傳染病和癌癥以及其他可以觸發免疫反應的臨床反應。

特別是系統性免疫功能紊亂（如細胞因子釋放綜合征 -cytokine release syndrome, CRS）和下游移植物抗宿主病 (graft vs. host disease, GvHD)的預防和治療研究，仍然具有極大的挑戰性。

體外研究無法捕捉反應免疫系統對各種組織產生的級聯效應，而在動物（如嚙齒動物和非人靈長類動物）體內研究歷史上也未能成功預測與人類獨特免疫細胞相關的毒性反應 (Eastwood et al.2010)。
 
  為了解決這些問題，杰克森實驗室 (JAX) 開發了一套多功能的小鼠模型工具，可支持人免疫系統大量功能性成分。
 

• 這些小鼠為產生敏感可重復性的結果，用以篩選炎癥反應的候選藥物提供了一個臨床前研究平臺。
• 該平臺同時也為深入了解免疫疾病進展以及治療這些疾病的藥物潛在療效提供了可能。

 
 
將小鼠人源化用于免疫學研究
 
為研究基于T細胞的免疫反應建立人源化小鼠平臺，我們在免疫缺陷小鼠（NOD-scid IL2rgnull或NSG）體內植入來自人類供體的外周血單核細胞(peripheral blood mononuclear cell, PBMC)。PBMC包括多種免疫細胞，但這種移植物主要免疫細胞為T細胞，可使我們能夠在小鼠中重現人T細胞介導的免疫反應。
 
在驗證研究中
我們發現在這些人源化小鼠模型中，使用臨床已知的可引起CRS的化合物，可以可靠地誘導劑量依賴性的CRS反應，而且臨床已知安全的免疫療法不會產生CRS反應。

結果還捕捉到單個人PBMC供體中觀測到細胞因子釋放的差異性，同時與用來自相同供體的細胞進行的體外檢測體系相比，結果更敏感且可重復性更高 (Ye et al.2020)。
 
 
研究CRS如何影響器官
 
當免疫系統對藥物或疾病等刺激反應過度時，CRS就會發生。被激活的白細胞會使體內充滿過量的細胞因子信號蛋白，這些細胞因子會激活更多的白細胞，并產生危險的“滾雪球”效應，進而可能導致發燒、器官衰竭，甚至死亡。
 
借助我們的人源化小鼠模型，我們不僅能夠測量給藥后釋放到血液中的各種人細胞因子的水平，還能觀測到這些細胞因子隨時間推移對全身的下游效應。
 
我們觀測了體重的變化，并采集血清分析了腎臟和肝臟相關酶水平。我們也收集了肝和肺組織樣本，使用蘇木精和伊紅 (H&E) 染色、Caspase 3染色和肝細胞單細胞壞死檢測進行組織病理學研究。
  圖 1.肺組織 H&E 染色的組織病理學結果。用抗CD28單克隆抗體和TGN1412類似藥物處理植入人PBMC的NSG小鼠，結果顯示這兩種藥物均可誘導細胞因子釋放。實驗組織樣本的紫色染色表明高細胞死亡率。 
 
正如預期的那樣
根據細胞因子的釋放水平，用已知可導致CRS的化合物處理的人源化小鼠出現體重降低，同時有會造成功能減退的嚴重器官損傷。我們可以繼續完善這些研究，以便更好地理解劑量變化等因素如何影響CRS引起的下游器官效應。
 
 
模擬GvHD進展
 
我們也創造了人源化小鼠來模擬GvHD。GvHD會影響整個器官系統，并可能由長期未治療的CRS發展而來。
 
我們通過對NSG小鼠進行輻照處理，然后植入人PBMC來建立上述模型---這一過程與我們的其他研究類似。不過，重要的是，這項特定研究的PBMC供體已針對其GvHD反應進行了提前表征分析。
 
我們觀察到
在人源化小鼠模型中，GvHD的進展和嚴重程度與PBMC供體特異性相關，并與在人移植受體中觀測到的GvHD反應的多樣性和嚴重程度的范圍密切相關。
 
這表明，與CRS一樣，該平臺將來可用于幫助個性化地預測患者免疫系統對治療的反應。

我們進行了一項初步研究
以此證明該平臺對于評估新藥在治療GvHD等免疫移植并發癥臨床前試驗方面的實用性。我們采用了該模型來比較Abatacept（一種已知可以減緩GvHD進展的免疫調節類藥物）和可達成同樣目的的高/低劑量雙特異性抗體。
  圖 2.GvHD進展過程中細胞因子的檢測。用Abatacept或低劑量/高劑量雙特異性抗體處理植入人PBMC的NSG小鼠模擬GvHD。在研究第28和45天，用高濃度雙特異性抗體處理的小鼠比用Abatacept治療的小鼠釋放更少的細胞因子。
 
在GvHD患者中，Abatacept可以減少T細胞擴增和細胞因子釋放，并提高生存率。與對照組相比，Abatacept和雙特異性抗體劑量均證明了這三種效應。高劑量的雙特異性抗體在研究最后幾周的表現優于Abatacept。
 
這一結果表明
該人源化小鼠平臺可為了解任何治療GvHD的新藥療效及作用方式提供精準信息。

訪問CRS評價研究頁面，了解更多關于杰克森實驗室用于研究免疫反應（從實驗室研究到各種藥物研發管線）的前沿人源化小鼠平臺信息。

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參考文獻

• Eastwood D, Findlay L, Poole S, Bird C, Wadhwa M, Moore M, Burns C, Thorpe R, Stebbings R. Monoclonal antibody TGN1412 trial failure explained by species differences in CD28 expression on CD4+ effector memory T-cells.Br J Pharmacol.2010 Oct;161(3):512-26. doi: 10.1111/j.1476-5381.2010.00922.x.PMID: 20880392
• Ye C, Yang H, Cheng M, Shultz L, Greiner D, Brehm M, Keck J. A rapid, sensitive, and reproducible in vivo PBMC humanized murine model for determining therapeutic-related cytokine release syndrome.FASEB J. 2020 August 09;34:12963-12975. doi: 10.1096/fj.202001203R