Fcγ受体跨物种图谱构建与人源化小鼠模型推动抗体治疗研究

《Science Immunology》：Cross-species cellular mapping and humanization of Fcγ receptors to advance antibody modeling

为解决IgG治疗性抗体临床前研究中因小鼠、非人灵长类与人类Fcγ受体表达谱差异导致的转化难题，Van Damme等通过转录组与蛋白质组学绘制了人、猕猴和小鼠FcγR/FcRn的表达图谱，并开发了受人类启动子调控的hFcγR/hFcRn人源化小鼠模型。该模型成功模拟了人类FcγR功能，为抗体药物评价提供了更精准的临床前工具。

　　

在当今生物医药领域，单克隆抗体已成为治疗癌症、自身免疫性疾病和感染性疾病的重要武器。这些治疗性抗体的功效不仅取决于其识别抗原的能力，更与其Fc片段和体内Fcγ受体（FcγR）的相互作用密切相关。FcγR如同抗体在免疫细胞上的“开关”，能触发细胞毒性、吞噬作用等一系列效应功能，直接决定抗体的治疗效果和安全性。然而，将实验室中设计的抗体候选药物推向临床面临着一个巨大障碍：临床前研究常用的模型动物（如小鼠和非人灵?类）其FcγR的种类、表达分布和调控机制与人类存在显著差异。这导致在动物模型中表现优异的抗体，在人体临床试验中可能效果不佳或出现意想不到的副作用，极大地限制了抗体药物的研发效率。

为了破解这一难题，发表在《Science Immunology》上的研究开展了一项雄心勃勃的计划。研究团队旨在通过系统性的跨物种比较，彻底阐明人、食蟹猴和小鼠在FcγR领域的根本区别，并在此基础上，创造出一个能够更真实模拟人类抗体-FcγR相互作用的新一代动物模型，为抗体药物的评价铺平道路。

为开展研究，研究人员综合运用了多种关键技术。他们利用23色光谱流式细胞术和质谱流式细胞术（CyTOF）精确绘制了不同物种免疫细胞表面FcγR的蛋白表达谱。通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，分析了包括Tabula Sapiens、Tabula Muris和非人灵长类细胞图谱在内的公共数据集，揭示了FcγR在转录水平的表达模式。为了理解FcγR的动态调控，他们挖掘了细胞因子扰动数据库（如CytoSig、Immune Dictionary）并运用基因调控网络分析工具（如SCENIC+、NicheNet）预测关键的转录因子。最终，他们通过基因编辑技术构建了在相应内源位点敲入五种主要人源化FcγR（hFcγRI/CD64, hFcγRIIA/CD32A, hFcγRIIB/CD32B, hFcγRIIIA/CD16A, hFcγRIIIB/CD16B）和FcRn的小鼠模型（hFcγR/hFcRn^ki），并利用流感病毒感染模型、抗体依赖性细胞毒性（ADCC）实验、被动系统性过敏反应模型和药代动力学研究等多种功能实验验证了该模型的有效性。

RESULTS

Comprehensive mapping of human Fcγ receptor expression and dynamics

研究人员首先对人类FcγR进行了全面图谱绘制。通过高维流式细胞术和单细胞测序，他们发现FcγRI主要表达于经典单核细胞，FcγRIIA高表达于中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、单核细胞和传统树突状细胞（cDC），而FcγRIIB/C则见于嗜碱性粒细胞和B细胞。FcγRIIIA/B高表达于中性粒细胞、非经典单核细胞和CD56^dim自然杀伤（NK）细胞。值得注意的是，FcRn（由FCGRT编码）不仅在髓系细胞中广泛表达，也在内皮细胞、上皮细胞和基质细胞中大量存在。通过分析体外细胞因子刺激数据，他们发现干扰素（IFN）、IL-10、GM-CSF等能显著调控FcγR的表达，而IL-4则主要起抑制作用。基因调控网络分析预测并部分验证了STAT、USF1等转录因子在调控FcγR表达中的关键作用。

Human, murine, and macaque Fcγ receptors exhibit substantial biological differences

随后，研究团队深入比较了小鼠和食蟹猴的FcγR表达。他们发现，小鼠FcγR的表达模式与人类存在诸多不同：例如，小鼠FcγRI（mFcγRI）仅表达于巨噬细胞，而mFcγRIIB在单核细胞和cDC1s上也有表达。小鼠cDC不表达激活型受体，这与人类情况相反。食蟹猴的FcγR表达同样与人类有显著差异，如其FcγRIA在循环细胞中表达很少，且粒细胞上缺乏cFcγRIII。这些差异凸显了使用传统动物模型预测人类抗体反应的局限性。

A humanized mouse line with knockin humanized Fcγ receptors faithfully recapitulates human Fcγ receptor expression

为了克服物种差异，研究团队开发了一种新型人源化小鼠模型。该模型通过同源重组，将五种主要的人源化FcγR（hFcγRI, hFcγRIIA, hFcγRIIB, hFcγRIIIA, hFcγRIIIB）敲入到相应的小鼠内源基因位点，并由其人类启动子控制表达，同时引入了人源化FcRn。这些小鼠发育正常，免疫细胞组成未受干扰。表达分析表明，敲入的人源化FcγR在各类免疫细胞上的分布与人类高度相似，例如hFcγRIIA表达于血小板，hFcγRIIB在B细胞发育过程中上调，并在肝脏内皮细胞（LSEC）上高表达。重要的是，这些人源化受体保留了对其相应细胞因子（如IFN-α、IFN-γ）的响应能力。

The knockin humanized Fcγ receptors are functional

最后，研究人员通过一系列功能实验验证了该模型的有效性。在流感病毒感染模型中，具有增强FcγR结合能力的Fc工程化抗体（如IgG1-GAALIE）比野生型或Fc功能缺失的抗体能提供更好的保护效果，证明了FcγR功能的重要性。他们证实了hFcγRI在树突状细胞介导的抗原摄取和呈递中的作用，hFcγRIIA在介导热聚集免疫球蛋白（IVIg）引起的被动系统性过敏反应中的作用，以及hFcγRIIIA在NK细胞介导的ADCC中的功能。此外，药代动力学实验表明，人源化FcRn能够正确调控人IgG1的抗体内周转，使其清除动力学更符合人体生理情况。

综上所述，这项研究不仅提供了一个详尽的Fcγ受体跨物种表达与调控图谱，揭示了现有模型系统的不足，更重要的是，它成功构建并验证了一个高度人源化的FcγR/FcRn小鼠模型。该模型能够更准确地模拟治疗性抗体在人体内引发的FcγR介导的效应功能，涵盖了从抗病毒免疫、细胞毒性杀伤到抗体药代动力学等多个关键环节。这一强大的临床前工具将极大地促进下一代治疗性抗体的研发与优化，有望提高抗体药物从实验室到临床转化的成功率，具有重要的科学意义和临床应用价值。