常見腫瘤動(dòng)物模型介紹

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腫瘤已成為人類公共健康的重大威脅，其致死率僅次于心血管疾病。根據(jù)2016年最新數(shù)據(jù)，2012年全球新增1410萬患者，820萬死于惡性腫瘤[1]。在中國(guó)，癌癥死亡率一直居高不下，每天約有7700個(gè)患者死于癌癥[2]。因此，腫瘤的研究也成為了現(xiàn)代生物學(xué)研究的重中之重，腫瘤動(dòng)物模型在腫瘤發(fā)生發(fā)展及藥物研發(fā)上扮演著至關(guān)重要角色。繼上期人源化動(dòng)物后，今天我們就一起了解一下常見的腫瘤動(dòng)物模型。

根據(jù)腫瘤動(dòng)物模型產(chǎn)生的原因，我們一般可以將其分為五類：自發(fā)性腫瘤模型、誘發(fā)性腫瘤模型、腫瘤細(xì)胞系移植模型、人源腫瘤組織異種移植模型和基因修飾模型。

1、自發(fā)性腫瘤動(dòng)物模型（Spontaneous tumor animal models）

自發(fā)性腫瘤動(dòng)物模型是指實(shí)驗(yàn)動(dòng)物未經(jīng)任何有意識(shí)的人工處置，在自然情況下所發(fā)生腫瘤。

優(yōu)點(diǎn)：

①動(dòng)物自發(fā)性腫瘤近似人類腫瘤發(fā)生過程，易推到人；

②可用于觀察遺傳因素在腫瘤發(fā)生上的作用和藥物的抗腫瘤效果。

缺點(diǎn)：

①由于個(gè)體之間腫瘤生長(zhǎng)差異較大, 很難在限定時(shí)間內(nèi)獲得大量生長(zhǎng)均勻的荷瘤動(dòng)物；

②試驗(yàn)周期相對(duì)較長(zhǎng)；

③需要的動(dòng)物數(shù)也多，耗費(fèi)大，故較少用于抗腫瘤藥物的常規(guī)篩選。

舉例：MMTV-PyMT自發(fā)乳腺癌模型：一種通過遺傳育種而保留下來的一類自發(fā)性乳腺癌動(dòng)物模型，腫瘤的發(fā)生于人類乳腺癌很相似，并且客觀性、重復(fù)性及公認(rèn)性較好，是研究乳腺癌的經(jīng)典模型[3]。

2、誘發(fā)性腫瘤動(dòng)物模型（Experimental tumor animal models）

在實(shí)驗(yàn)條件下，通過使用物理的、化學(xué)的和生物的致癌因素作用于動(dòng)物，誘發(fā)動(dòng)物發(fā)生腫瘤。最常見的化學(xué)致癌因素主要包括苯并芘、甲基膽蒽、聯(lián)苯胺、亞硝胺類、黃曲霉毒素類等。

優(yōu)點(diǎn)：

①該模型誘發(fā)因素和條件可人為控制，誘發(fā)率遠(yuǎn)高于自然發(fā)病率；

②該法常應(yīng)用于驗(yàn)證可疑致癌因素的作用以及在腫瘤病因?qū)W及腫瘤預(yù)防研究。

缺點(diǎn)：

①誘導(dǎo)時(shí)間長(zhǎng)（3-5個(gè)月，甚至1-2年）；

②成瘤率不高，動(dòng)物死亡率高；

③腫瘤出現(xiàn)的時(shí)間、部位、病灶數(shù)等在個(gè)體之間表型不均一等。

舉例：我們實(shí)驗(yàn)室就通過在小鼠食用水中加入DSS誘導(dǎo)腸炎和腸癌的誘發(fā)性模型[4]。

圖1. 口服DSS誘導(dǎo)性腸癌動(dòng)物模型

3、腫瘤細(xì)胞系移植模型（CDTX model, cell-line-derived tumor xenograft）

將腫瘤細(xì)胞系移植到同種或異種動(dòng)物體內(nèi)形成腫瘤。腫瘤細(xì)胞系移植模型是抗腫瘤藥物篩選最常用的體內(nèi)方法，如可通過一些指標(biāo)的觀察來判斷試驗(yàn)藥是否具有抑制腫瘤生長(zhǎng)的作用。筆者所在實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行抗腫瘤藥物藥效評(píng)估中最常用的模型。

圖2. 免疫缺陷小鼠人源細(xì)胞系異種移植模型（前列腺癌）[5]

優(yōu)點(diǎn)：

①腫瘤細(xì)胞系移植瘤保持著原發(fā)腫瘤的大部分生物學(xué)特性；

②幾乎所有類型人類腫瘤均能在免疫缺陷動(dòng)物體內(nèi)建立可移植性腫瘤模型；

③動(dòng)物個(gè)體成瘤差異較小，成瘤率高，實(shí)驗(yàn)周期短。

缺點(diǎn)：

①腫瘤增殖時(shí)間短，與人體腫瘤不同；

②人體腫瘤的所有細(xì)胞亞群不能全部出現(xiàn)在移植瘤中；

③一般需選用免疫缺陷動(dòng)物，成本較高等。

4、人源腫瘤組織異種移植模型（PDTX model, patient-derived tumor xenograft）

直接用患者新鮮腫瘤組織接種于免疫缺陷小鼠建立模型。人源腫瘤組織異種移植模型最大程度的避免了體外處理，可以更好地反映腫瘤真正的生物學(xué)特征[6]。

優(yōu)點(diǎn)：

①最大優(yōu)點(diǎn)是保留了患者腫瘤的基質(zhì)異質(zhì)性和組織學(xué)特性，能為腫瘤的研究提供體內(nèi)模擬環(huán)境（癌細(xì)胞形態(tài)、基質(zhì)富集、淋巴和血管系統(tǒng)以及壞死區(qū)域等）；

②能更客觀和全面地反映腫瘤的發(fā)展以及對(duì)于藥物作用的反應(yīng)。

缺點(diǎn)：

①種植的腫瘤出現(xiàn)轉(zhuǎn)移的情況比較少；

②成本和周期長(zhǎng)，一個(gè)具有個(gè)體化的腫瘤異種移植模型的建立至少需要2個(gè)月；

③技術(shù)難度較大且成瘤率相對(duì)較低，操作相對(duì)較為復(fù)雜，特別是腎包膜等部位的異位移植。

筆者所在的實(shí)驗(yàn)是就已經(jīng)成功地在軟組織肉瘤、卵巢癌、膀胱癌、肺癌等多種腫瘤中建立起了該模型并應(yīng)用于抗腫瘤化合物的藥效評(píng)估。

舉例：將人體新鮮腫瘤移植于免疫缺陷鼠腎包膜下，為研究腫瘤的機(jī)制及臨床前藥物實(shí)驗(yàn)開辟了另外一個(gè)重要的途徑，如下圖為前列腺癌的腎包膜模型。

圖3. 免疫缺陷小鼠人源腫瘤異種移植模型（前列腺癌）

5、基因修飾腫瘤模型（Gene-modified tumor model）

基因修飾腫瘤模型是利用轉(zhuǎn)基因、基因打靶和條件性基因打靶等技術(shù)敲除或插入特定基因，從而誘發(fā)動(dòng)物產(chǎn)生腫瘤的模型。一般主要用于癌前病變以及腫瘤發(fā)生發(fā)展過程的研究。

優(yōu)點(diǎn)：

①為環(huán)境因素與遺傳背景相互作用的研究提供了很好的材料；

②對(duì)于研究腫瘤發(fā)生機(jī)理、腫瘤免疫逃避，轉(zhuǎn)基因模型有很大的優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：

①模型建立過程較長(zhǎng)；

②費(fèi)用較高等。

舉例：如當(dāng)K-ras基因突變時(shí)，會(huì)使細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)紊亂，細(xì)胞增殖失控而產(chǎn)生肺癌[7]。

不同腫瘤動(dòng)物模型在其腫瘤學(xué)方面的性狀各不相同，我們?cè)谧鲅芯康臅r(shí)候，應(yīng)該根據(jù)設(shè)定的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和具體目的，選擇最合適的動(dòng)物模型，并配上合適的實(shí)驗(yàn)方案，才能得到科學(xué)的結(jié)論和理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1] Siegel R, Miller KD, Jemal A, et al. Cancer statistics, 2016.[J]. CA: A Cancer Journal for Clinicians, 2016, 66(1): 7-30.

[2] Chen W, Zheng R, Baade P D, et al. Cancer statistics in China,2015.[J]. CA: A Cancer Journal for Clinicians, 2016, 66(2): 115-132.

[3] Hallett M A, Teng B, Hasegawa H, et al. Anti-matrixmetalloproteinase-9 DNAzyme decreases tumor growth in the MMTV-PyMT mouse modelof breast cancer[J]. Breast Cancer Research, 2013, 15(1): 1-11.

[4] De Robertis M, Massi E, Poeta M L, et al. The AOM/DSS murine model for the study of colon carcinogenesis: From pathways to diagnosis and therapy studies[J]. Journal of Carcinogenesis, 2011, 10(1): 9-9.

[5] Qin M, Peng S, Liu N, et al. LG308, a novel synthetic compound with antimicrotubule activity in prostate cancer cells, exerts effective antitumor activity[J]. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 2015, 355(3): 473-483.

[6] Siolas D, Hannon G J. Patient-derived tumor xenografts: transforming clinical samples into mouse models[J]. Cancer research, 2013,73(17): 5315-5319.

[7] Wang J, Hu K, Guo J, et al. Suppression of KRas-mutant cancer through the combined inhibition of KRAS with PLK1 and ROCK[J]. Nature Communications,2016: 11363-11363.