文献分享：A highly efficient and faithful MDS patient-derived xenotransplantation model for pre-clinical studies 一种用于临床前研究高效、可靠的MDS病人来源的异种模型 | NATURE COMMUNICATIONS
（2021级硕士研究生马雪珍）
骨髓增生异常综合征(MDS)是一种造血干细胞异质性疾病，其特征是关键通路中基因的复发性遗传突变，包括转录因子、表观遗传调节因子、DNA修复基因和剪接体关键因子等。长期造血干细胞(HSC)不能在体外培养扩增，只有罕见的MDS细胞系的HSC可以，这使得对原发性MDS的体内模型的需求未得到满足。将MDS病人来源的干细胞移植到目前应用广泛的免疫缺陷小鼠中，如NOD-scid Il2rg−/−（NSG），其成功移植率较低，MDS病人来源的干细胞多向淋巴系发育，且移植方式局限于胫骨注射。作者提出了一种全新、高效的MDS异种移植模型，名为“MISTRG”的人源化免疫缺陷小鼠。该小鼠表达人源化的M-CSF、IL3/GM-CSF、SIRPα和血小板生成素，且具有Rag-/-、IL2Rγ-/-的遗传背景。
与人胎肝或脐带血来源的CD34+细胞相比，成人CD34+造血干细胞和祖细胞(HSPCs)在免疫缺陷小鼠中的移植效率显著降低。作者将来自成年患者的健康BM来源的CD34+细胞（清除成熟T细胞）分别移植到经最大耐受剂量辐照的新生NSG和MISTRG小鼠的肝内，在移植后至少12周进行全血细胞计数，组织学统计分析、外周血(PB)、BM和SP的流式细胞术分析。NSG和MISTRG受体小鼠的存活率均>85%；与NSG小鼠相比，MISTRG小鼠在PB和BM中的huCD45+植入量显著增加，并且支持骨髓向髓系分化。在组织学上，MISTRG小鼠中髓系细胞表达成熟的髓系标志物hud15和hud68。MISTRG小鼠骨髓显示出更高数量的红系祖细胞(CD71bright, GPA+)以及人CD41+巨核细胞。总之，MISTRG小鼠支持健康成年HSPC的异种移植（图1）。
图1. 成人骨髓来源的HSPC细胞在MISTRG小鼠中植入增强
尽管对NSG小鼠和移植方案进行了改变，但MDS病人骨髓来源HSPCs的移植仍然是一个挑战。我们将MDS CD34+(或CD3缺失)骨髓细胞作为分裂供体移植物移植到NSG和MISTRG受体中。移植大于12周后，在所有受体小鼠均未出现贫血或血小板减少，两组小鼠的存活率也没有差异，但MISTRG小鼠进一步促进了MDS病人来源的髓样细胞的成熟，其分化特征接近患者的表型。随着细胞数量的增加，MISTRG小鼠的移植效率得到改善，而NSG受体的移植效率仍然很低。约85%的MISTRG和52%的NSG小鼠的移植率>1%。在MISTRG小鼠中约有53%的移植效率>10%，而NSG小鼠中只有10%得以实现（图2）。
图2. MISTRG小鼠有效支持所有风险MDS PDX移植
目前可用的异种移植模型尚未被证明能够复制骨髓增生异常，也不能支持红细胞和巨核细胞发育不良。RNA剪接因子SF3B1的突变是MDS伴环状铁母细胞(RS)的病理特征。到目前为止，没有模型可以研究RS的发育。SF3B1突变小鼠不会发育为RS表型，尽管在体外成功实现了红细胞分化，但RS的发育尚未被描述。作者将三个低风险MDS样本(单系或多系发育不良的RS (RS- SLD，RS- MLD)和血小板增多症(RS-T))成功移植到MISTRG小鼠中，并发现异常红细胞生成发生。对患者的BM DNA以及移植的NSG和MISTRG受体小鼠的DNA进行Sanger测序，证实了受体小鼠存在SF3B1 K666E突变。为了确定MISTRG MDS异种移植物是否可以复制巨核细胞发育不良，作者移植了一个具有明显MK发育不良的样本。有效植入的MISTRG小鼠显示出大量发育不良的巨核细胞和网状纤维化，成功的复制了患者的MDS发育不良特征。MDS异种移植细胞的靶向外显子组测序证实来自患者的DNMT3A突变MDS克隆（图3）。
图3. MISTRG小鼠成功复制骨髓发育不良和克隆进化
为了探究MISTRG小鼠是否可以为原发性MDS患者来源的CD34+ HSC提供归巢和植入。将原发性MDS患者来源的CD34+ HSC移植到NSG和MISTRG小鼠，作者通过表型和功能分析确定MISTRG小鼠是否成功移植了人HSC。结果表明，CD34+ HSC细胞定位在骨髓中骨小梁附近。流式细胞术分析表明，MISTRG支持MDS造血干细胞的移植。作者还测试了高风险和低风险MDS样本的二次移植。与1°和2°NSG移植相比，1°和2° MISTRG小鼠中 MDS患者来源的CD34+ HSC移植效率显著更高，并伴有髓系为主的多谱系输出，以及红细胞和巨核生成。尽管NSG小鼠的移植水平明显较低，但通过靶向外显子组测序或细胞遗传学分析证实，MISTRG和NSG受体均可复制MDS突变基因。，MISTRG不仅在初次受体中提供了优越的移植，而且在连续移植中也提供了优越的移植，并具有向髓系发育的优势（图4）。
图4. MISTRG小鼠支持MDS HSC的连续移植
靶向治疗为MDS的治疗提供了新机会，但迄今为止未能治愈该疾病。最近，突变型IDH1/2的抑制剂已经进入临床试验，早期数据表明，该抑制剂可促进母细胞分化和缓解造血功能障碍，但在大多数患者中不能消除突变克隆。虽然转基因小鼠模型可以提供原理数据的证明，但患者来源的异种移植对于评估复杂克隆造血恶性肿瘤(如MDS)的疗效至关重要。作者将IDH2R140Q突变体MDS-EB-2 CD34+细胞移植到MISTRG小鼠，并将移植的小鼠分别用载药或Enasidenib灌胃治疗30天。通过测定表达IDH2野生型(WT)和突变型(MUT)的人红细胞白血病(HEL)细胞系和原发性AML中的2-羟基戊二酸(2-HG)水平，体外验证了enasidenib的活性。与载药和WT型AML相比，Enasidenib有效抑制了IDH2R140Q和IDH2R140K突变株中2-HG表达水平。在IDH2R140Q MDS-EB-2移植的MISTRG小鼠中，用Enasidenib而非载药治疗可导致髓系分化;与预处理和载药处理的小鼠相比，Enasidenib处理动物的总体植入水平显著降低。Enasidenib处理的小鼠PB中CD41+血小板和BM中聚集性巨核细胞的数量增加。Enasidenib处理的小鼠血浆中2- HG水平降低。在患者中发现的等位基因突变频率（VAF）在所有的MISTRG小鼠中都有体现，并且通过Enasidenib治疗没有明显改变（图5）。
图5. MISTRG MDS PDX适合靶向治疗的临床前建模
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-08166-x