Sirp基因敲除小鼠助力腫瘤研究

 

想調(diào)整研究方向，獲得學(xué)術(shù)研究突破口？想獲得論文選題思路，提高發(fā)文命中率？你需要了解學(xué)科發(fā)展態(tài)勢(shì)和未來走向！賽業(yè)生物專欄《Gene of the Week》每周二會(huì)根據(jù)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域介紹一個(gè)基因，詳細(xì)為您介紹基因基本信息、研究概況和應(yīng)用背景等，助您保持學(xué)術(shù)研究敏銳度，提高科學(xué)研究效率，期待您的持續(xù)關(guān)注哦。今天我們要講的主角是“不要吃我”信號(hào)CD47的好搭檔Sirpα。

 

基因基本信息

備注：標(biāo)有√的意為賽業(yè)紅鼠資源庫(kù)有該種保存狀態(tài)的小鼠

 

Sirpα的表達(dá)與結(jié)構(gòu)

信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白α(signal regulatory protein α，Sirpα)，也稱為Src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase substrate-1 (SHPS-1)，在髓系造血細(xì)胞（e.g. 巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞）和神經(jīng)細(xì)胞表面均有表達(dá)；而其配體CD47，也稱整合素相關(guān)蛋白(integrin-associated protein，IAP)，廣泛表達(dá)于幾乎所有正常細(xì)胞的表面。

 

Sirpα是一個(gè)跨膜蛋白（圖1）。其胞外域中含有3個(gè)Ig樣結(jié)構(gòu)域（1個(gè)V樣結(jié)構(gòu)域和2個(gè)C1樣結(jié)構(gòu)域），胞內(nèi)域的C端含有2個(gè)酪氨酸磷酸化位點(diǎn)。Sirpα的酪氨酸磷酸化位點(diǎn)能與蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶SHP-1和SHP-2結(jié)合，從而激活這些磷酸酶。Sirpα的配體CD47屬于Ig超家族，具有1個(gè)V型Ig樣胞外域，5個(gè)跨膜段和1個(gè)短的胞質(zhì)尾。Sirpα的IgV樣結(jié)構(gòu)域能與CD47的IgV樣結(jié)構(gòu)域反式結(jié)合，并促進(jìn)Sirpα胞內(nèi)域中的酪氨酸磷酸化，同時(shí)，這種結(jié)合也能激活CD47的下游信號(hào)蛋白Cdc42，一個(gè)屬于Rho-家族的GTP-結(jié)合蛋白。此外，CD47還能通過胞外域與整合素順式結(jié)合，調(diào)節(jié)其功能。

圖1. CD47-Sirpα信號(hào)通路[1]。

 

Sirpα-CD47信號(hào)通路

Sirpα主要表達(dá)在巨噬細(xì)胞表面，與其他細(xì)胞上的CD47結(jié)合后，可向巨噬細(xì)胞傳遞抑制性信號(hào)，抑制巨噬細(xì)胞對(duì)靶細(xì)胞的吞噬作用。因此，這條通路可用來識(shí)別己細(xì)胞（self）與非己細(xì)胞（non-self）。一些腫瘤細(xì)胞利用這個(gè)機(jī)制，高表達(dá)CD47來向巨噬細(xì)胞發(fā)出“別吃我（Don’t eat me）”信號(hào)，來進(jìn)行免疫逃逸（圖2）。

圖2. 通過Sirpα-CD47信號(hào)通路來調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的吞噬功能[2]。

(A) 巨噬細(xì)胞上的Sirpα與腫瘤細(xì)胞上的CD47結(jié)合后，Sirpα通過酪氨酸磷酸化招募蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶SHP-1和SHP-2。這些磷酸酶可抑制前吞噬受體（prophagocytic receptors）觸發(fā)吞噬作用的能力，但具體機(jī)制還不明確。

(B)當(dāng)Sirpα-CD47信號(hào)通路被阻斷時(shí)，前吞噬受體能誘導(dǎo)激活信號(hào)的產(chǎn)生，引起巨噬細(xì)胞對(duì)靶細(xì)胞的吞噬作用。

 

Sirpα和CD47免疫檢查點(diǎn)抑制劑

作為一個(gè)熱門的免疫抑制性信號(hào)通路，目前有多種靶向Sirpα和/或CD47免疫檢查點(diǎn)的抗體設(shè)計(jì)策略（圖3），包括全長(zhǎng)抗體、F(ab)、與Fc融合的F(ab)等。其中，F(xiàn)c的加入可以通過FcR介導(dǎo)的ADCC（antibody‐dependent cellular cytotoxicity） 和ADCP（antibody‐dependent cellular phagocytosis）效應(yīng)增強(qiáng)抗體藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。此外，由于CD47分子也表達(dá)在紅細(xì)胞表面，靶向CD47的抗體容易導(dǎo)致血液毒性。盡管與CD47相比，Sirpα不在血細(xì)胞上表達(dá)且表達(dá)范圍較窄，但由于其在神經(jīng)細(xì)胞上也有表達(dá)，靶向Sirpα抗體也可能導(dǎo)致神經(jīng)毒性作用。

圖3. Sirpα-CD47抑制劑[2]。

 

Sirpa的物種特異性

一般來說，普通小鼠的Sirpα不能識(shí)別人源CD47（hCD47），因此在進(jìn)行人源腫瘤細(xì)胞系異種移植（cell-derived xenograft，CDX）、人源腫瘤組織異種移植（patient-derived，PDX）時(shí)，人源細(xì)胞容易被小鼠巨噬細(xì)胞吞噬，移植效果差；而且在使用人外周血單個(gè)核細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）和人造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cell，HSC）在小鼠體內(nèi)進(jìn)行人免疫系統(tǒng)重建時(shí)，人源化效果也不好。但特別地，NOD背景小鼠的Sirpα（SirpαNOD）帶有突變，可以與hCD47結(jié)合，并且它們間的親和力甚至比hSirpα與hCD47間的親和力強(qiáng)10倍[3]。因此，SirpαNOD可以有效抑制小鼠巨噬細(xì)胞對(duì)人源細(xì)胞的吞噬作用，擁有SirpαNOD的免疫缺陷小鼠對(duì)CDX和PDX高度兼容（例如BRGSF重度免疫缺陷小鼠）。

 

小結(jié)

Sirpα-CD47是一條重要的免疫抑制性信號(hào)通路。目前，多款靶向CD47的抗體已處于臨床試驗(yàn)階段，而靶向Sirpα的抗體信息則相對(duì)較少。其中，賽爾基因 (Celgene)公司的CC-95251正處于phase I階段，用來研究其單獨(dú)使用并與西妥昔單抗（anti-EFGR）或利妥昔單抗（anti-CD20）聯(lián)合治療晚期實(shí)體瘤和血液癌的效果，該臨床試驗(yàn)的預(yù)計(jì)主要完成日期為2022年11月。此外，德國(guó)制藥公司勃林格殷格翰(Boehringer Ingelheim)的BI 765063 (OSE-172)也處于phase I階段，用來研究其單獨(dú)使用并與BI 754091（anti-PD-1）聯(lián)合治療晚期實(shí)體瘤的效果。希望屆時(shí)能有好消息。

 

賽業(yè)生物免疫缺陷小鼠助力腫瘤研究

賽業(yè)生物模式動(dòng)物創(chuàng)新藥物研發(fā)平臺(tái)可以提供擁有SirpαNOD的免疫缺陷小鼠：

01

NOD scid

品系說明：

☑ 在非肥胖型糖尿病小鼠（NOD）背景品系的基礎(chǔ)上引入PrkdcSCID突變。

☑ 先天性T和B淋巴細(xì)胞免疫缺陷。

☑ NK細(xì)胞活性降低。

☑ 補(bǔ)體活性降低。

☑ 巨噬細(xì)胞對(duì)人源細(xì)胞吞噬作用弱。

☑ 樹突狀細(xì)胞功能下降。

 

表型信息及應(yīng)用：

☑ 獨(dú)有的多種免疫缺陷為人類造血細(xì)胞的重建提供了一個(gè)極好的系統(tǒng)，是HIV-1研究和基因治療的重要模型。

☑ 腫瘤研究的重要工具，可增加腫瘤的發(fā)生率，尤其是淋巴瘤和胸腺瘤。

☑ 移植致死性胸腺淋巴瘤的情況下壽命短。

 

研究應(yīng)用：

☑ 同種移植和異種移植，可用于評(píng)估腫瘤細(xì)胞增殖，侵襲和轉(zhuǎn)移的潛力，以及抗癌療法的功效。

☑ 腫瘤免疫學(xué)及炎癥研究。

☑ 糖尿病和肥胖研究：I型糖尿病。

☑ 血液學(xué)研究（例如白血�。�。

 

02

C-NKG

品系構(gòu)建策略：

C-NKG 小鼠是賽業(yè)生物通過CRISPR/Cas9 技術(shù)在NOD/Shi-scid背景品系上敲除Il2rg基因自主研發(fā)的一款重度免疫缺陷小鼠。

 

品系說明：

☑ 缺乏成熟的T、B和NK細(xì)胞。

☑ 補(bǔ)體活性降低。

☑ 巨噬細(xì)胞對(duì)人源細(xì)胞吞噬作用弱。

☑ 樹突狀細(xì)胞功能下降。

☑ 無T、B細(xì)胞泄漏。

 

研究應(yīng)用：

☑ CDX和PDX。

☑ 細(xì)胞免疫療法的有效性和安全性評(píng)估。

☑ 免疫系統(tǒng)人源化小鼠模型的制備（移植人PBMC或HSC進(jìn)行人免疫系統(tǒng)重建）。

☑ GvHD模型。

☑ 腫瘤免疫相關(guān)研究。

 

03

BRGSF

品系說明：

☑ 缺乏成熟的T、B、NK細(xì)胞，巨噬細(xì)胞吞噬功能受抑制、髓系細(xì)胞發(fā)育受損，是目前市面上免疫缺陷程度最高的小鼠之一。

☑ Scid小鼠由于Prkdc基因的突變對(duì)射線敏感，而BRGSF小鼠在保證B細(xì)胞和T細(xì)胞失活的前提下（敲除Rag2基因），具有較高的輻照耐受性，適合評(píng)估體內(nèi)輻射治療的效果及人源化小鼠的構(gòu)建。

☑ NOD背景來源的Sirpα基因（SirpαNOD）取代了BALB/c背景來源的Sirpα基因，小鼠巨噬細(xì)胞對(duì)人源細(xì)胞的吞噬作用弱，對(duì)各種來源的CDX和PDX高度兼容。

☑ Flk2的敲除使小鼠髓系細(xì)胞組分（特別是DC）大幅減少。

☑ 補(bǔ)體系統(tǒng)功能健全，是研究補(bǔ)體依賴的細(xì)胞毒性（CDC）的有力工具。

 

研究應(yīng)用：

☑ CDX和PDX建模。

☑ 髓系細(xì)胞發(fā)育研究。

☑ 疫苗研發(fā)。

☑ 細(xì)胞免疫療法的有效性和安全性評(píng)估（例如CAR-T）。

☑ 抗體藥物藥效評(píng)價(jià)（例如在BRGSF小鼠上移植人PBMC或HSC，在人免疫系統(tǒng)重建后接種腫瘤，進(jìn)行抗體藥物相關(guān)研究）。

☑ 構(gòu)建人免疫系統(tǒng)重建小鼠模型，例如人CD34+ HSC移植。

 

除了以上免疫缺陷小鼠外，賽業(yè)生物模式動(dòng)物創(chuàng)新藥物研發(fā)平臺(tái)還可以根據(jù)您的需求提供各種有效的腫瘤研究模型，如傳統(tǒng)免疫缺陷鼠BALB/c nude（裸鼠）、免疫檢查點(diǎn)人源化小鼠、腫瘤細(xì)胞系移植模型、人源腫瘤組織異種移植模型（CDX）、基因修飾模型及表型分析服務(wù)等。我們可以構(gòu)建各類皮下、原位或者轉(zhuǎn)移瘤模型，并針對(duì)相應(yīng)的模型提供高度定制化的體內(nèi)藥效學(xué)服務(wù)，以滿足您的需求。如有需要，歡迎聯(lián)系我們~

 

☑ 基因編輯大小鼠腫瘤模型

☑ 傳統(tǒng)免疫缺陷小鼠（BALB/c nude、NOD scid）

☑ 重度免疫缺陷小鼠（BRGSF、C-NKG）

☑ 人免疫系統(tǒng)重建小鼠（BRGSF-HIS）

☑ 同源腫瘤移植模型（Syngenic）

☑ 人源腫瘤細(xì)胞系異種移植（CDX）模型

☑ 單免疫檢查點(diǎn)人源化小鼠（hPD-1、hCTLA-4、 hGITR、 hVISTA......)

☑ 雙免疫檢查點(diǎn)人源化小鼠（hPD-1 & hVISTA、 hPD-1 & hCTLA-4、 hCTLA-4 & hLAG3）

 

參考文獻(xiàn)：

[1] Murata Y., Kotani T., Ohnishi H., et al. . The CD47–Sirpα signalling system: its physiological roles and therapeutic application, The Journal of Biochemistry, 155(6):335-344 (2014).

[2] Veillette A, Chen J. Sirpα-CD47 Immune Checkpoint Blockade in Anticancer Therapy. Trends Immunol, 39(3):173-184 (2018).

[3]Lai, Shan, Kwong, et al. Signal-regulatory proteinαfrom the NOD mouse binds human CD47 with an exceptionally high affinity - implications for engraftment of human cells. Immunology, 2014.