当前，癌症仍是全世界的一个主要死亡原因，2020年导致近1千万人死亡[1]。2020年，癌症新发病例最常见的是：乳腺癌、肺癌、结直肠癌、前列腺癌、胃癌。癌症死亡最常见的是：肺癌（180万例死亡）、结肠和直肠癌（93.5万例死亡）、肝癌（83万例死亡）、胃癌（76.9万例死亡）、乳腺癌（68.5万例死亡）。亟需开发针对各类癌症相关的治疗药物，免疫治疗可通过激发或重建机体的免疫系统，从而控制和杀伤肿瘤细胞，是继手术、放疗、化疗、靶向治疗后的另一种有效的肿瘤治疗手段。

图1. 2020年全世界癌症新发病例与死亡病例^[1]

免疫治疗彻底改变了肿瘤治疗，这主要归功于免疫检查点阻断药物研发的成功。然而，在多种癌症中，有一些患者对这些药物没有表现出有效的应答。这些结果可能反映了免疫系统的复杂性和高度调节性，因此，加深对癌症和免疫系统之间复杂相互作用的理解将有利于为癌症患者开发更好的治疗方案。

免疫治疗药物发展的一个主要障碍是可靠的小鼠模型的可用性，该模型可以再现肿瘤微环境中人类恶性肿瘤和免疫环境的复杂性，一定程度预测在临床试验中药物的抗肿瘤免疫反应和治疗效果。今天我们就来了解下肿瘤分类以及常见的几种用于临床前肿瘤免疫治疗评估的小鼠模型。

肿瘤分类方法

肿瘤是机体在内、外各种致瘤因素的长期协同作用下，局部组织细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致细胞异常增殖而形成的新生物。

按照肿瘤的良恶性不同，分为良性肿瘤和恶性肿瘤。良性肿瘤细胞生长缓慢、不以浸润性方式生长，肿瘤有一个完整的被膜，细胞不转移。良性肿瘤可以通过手术进行根治，几乎不会复发、更不会转移，对机体没有什么太大影响。恶性肿瘤则不同，生长迅速、呈浸润性生长，并可以通过淋巴、血液、浆膜腔转移，手术后有可能复发，晚期经常会引起严重的脏器功能受损，上皮来源的恶性肿瘤也称为癌症。

癌症的分类比较复杂，如下图所示，目前临床上已有多种对癌症进行分类的方法被报道：

（1）TNM（Tumor-Node-Metastasis）分期法

最常见的癌症扩散程度分类系统，由美国癌症联合委员会/国际抗癌联盟（AJCC/UICC）提出，根据肿瘤大小（T）、淋巴结是否转移和转移数目（N）以及是否转移到了其他器官（M）三者的综合分析，对癌症进行分期。该方法给出了手术切除时肿瘤进展程度的估计。

（2）根据肿瘤细胞特征分类

包括：形态学、分子途径、突变状态、细胞起源和基于基因表达的方法。

形态学：主要是基于一些组织学变异，如粘液性、微乳头状、锯齿状、腺鳞状、梭形细胞和未分化细胞等；

分子途径：以结直肠癌为例，通过染色体不稳定（CIN）、微卫星不稳定（MSI）和CpG岛甲基化表型（CIMP）三条途径出现；

突变状态：Bert Vogelstein等人发现肿瘤是由癌基因和肿瘤抑制基因改变的连续积累以及驱动突变的出现导致；

细胞起源和基于基因表达的方法：按基因型分类目前只适用于少数癌症中，最常用的就是肺癌，比如ALK基因突变的腺癌、EGFR突变的腺癌、ROS1基因突变的腺癌，可根据不同的基因型选择不同的靶向药物。

图1.以结直肠癌（CRC）为例的肿瘤分类^[2]

（3）免疫评分系统(Immunoscore)

肿瘤浸润淋巴细胞( tumor infiltrating lymphocytes, TILs) 是在参与机体抗肿瘤反应中发挥着重要作用的淋巴细胞， 主要包括T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞以及巨噬细胞、树突状细胞等。在包括非小细胞肺癌、乳腺癌、结直肠肿瘤等多种不同肿瘤中，肿瘤浸润免疫细胞的密度与患者预后存在显著的相关性，且大部分研究表明TILs 密度与预后情况成正相关。

基于肿瘤组织中免疫细胞浸润情况与肿瘤患者预后相关的研究结果，Galon等提出免疫评分这一概念，既通过免疫组化技术将肿瘤微环境中的免疫细胞进行量化来预测肿瘤患者的生存期。且国内外已有多项研究表明免疫评分系统对肿瘤患者临床预后的预测较TNM分期系统更准确，目前结直肠癌中的研究较多，在包括肺癌以及胃癌等多种肿瘤中均有研究。

此外，近期加州大学旧金山分校的Matthew F. Krummel教授团队在《Cell》上发表了他们的免疫分析计划（Immunoprofiler Initiative，IPI）的重要研究结果[3]。该文章定义出了不同癌症中的12种“免疫原型”（immune archetypes），揭示了癌症中免疫成分的主要模式。该免疫原型不仅可以根据免疫基因表达区分肿瘤，还完善了肿瘤生物学分类。

小鼠肿瘤模型

目前，可通过以下3种方法来构建用于临床前肿瘤免疫治疗评估的小鼠模型：

（1）同种移植模型

将小鼠来源的肿瘤细胞系或肿瘤组织接种至免疫健全的近交系小鼠。

（2）基因工程小鼠

利用基因工程技术改变免疫建全小鼠的基因组，如敲除抑癌基因或引入致癌基因建立自发肿瘤或诱导生成肿瘤的基因工程小鼠；以及对免疫建全小鼠进行人源化改造，如免疫检查点人源化。

（3）异种移植模型

将体外培养的人源肿瘤细胞系或人类肿瘤患者来源的肿瘤组织接种至重度免疫缺陷小鼠（如B-NDG小鼠）构建相应CDX（cell line-derived xenograft model）/PDX（patient-derived xenograft model）小鼠肿瘤模型，同时接种人免疫细胞用于重建人的免疫系统。

相比于前两种小鼠模型建模方法，重建了人免疫系统的异种移植小鼠肿瘤模型可同时具备人免疫系统和人肿瘤组织，也许跟人体真实情况更接近一些，实现了在动物体内模拟人类免疫系统和肿瘤之间的相互作用，是评估抗肿瘤药物免疫治疗效果的重要临床前动物模型。

我们已成功建立了包括PBMC重建、CD34+造血干细胞重建以及NK细胞重建的人免疫系统重建小鼠模型。

图3. 免疫肿瘤学药物临床前评估小鼠模型: A. 同种移植模型, B. 基因工程模型, C. 异种移植模型^[4]

以PBMC免疫重建小鼠为例，我们已经完成了25种肿瘤细胞系的CDX模型构建，包括结肠癌、乳腺癌、肝癌、胃癌、胰腺癌、淋巴瘤和黑色素瘤等。图4展示了如结肠癌（HCT-8、HT-29）、胃癌（NCI-N87）、恶性黑色素瘤（A375）在PBMC重建的B-NDG小鼠上成瘤数据，结果显示不同的肿瘤细胞系对于PBMC Donor的敏感性不同，且同一肿瘤细胞对不同PBMC Donor也会表现出不同的敏感性。因此，在开展药效实验时，应先对目标肿瘤细胞先进行基于PBMC重建小鼠上的成瘤预实验，这将有助于药效实验的合理设计与开展。

图4. 基于PBMC重建B-NDG小鼠结肠癌、胃癌、黑色素瘤的CDX模型成瘤数据

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参考资料

[1] Ferlay J, Ervik M, Lam F, et al. Global Cancer Observatory: Cancer Today. Lyon: International Agency for Research on Cancer; 2020 (https://gco.iarc.fr/today, accessed February 2021).

[2]Galon J, Mlecnik B, Bindea G, et al. Towards the introduction of the 'Immunoscore' in the classification of malignant tumours. J Pathol. 2014, 232(2):199-209.

[3] Combes AJ, Samad B, Tsui J, et al. Discovering dominant tumor immune archetypes in a pan-cancer census. Cell. 2022, 185(1):184-203.e19.

[4] Olson B, Li Y, Lin Y, Liu ET, et al. Mouse Models for Cancer Immunotherapy Research. Cancer Discov. 2018, 8(11):1358-1365.