【干貨】小鼠腫瘤模型那些事兒

   嗨，小伙伴們晚上好啊！首先呢，小編想問大家一個問題，咱們天天掛在嘴邊的小鼠腫瘤模型到底是怎么構建的呢？每種模型的特點是什么？最優秀的模型又屬哪一個？.....其實吧，要說模型佼佼者，當然是越能體現人類疾病的發生和發展就越好，畢竟，“堅持以人為本”才是我們的最終目的！

    但話說回來，每種模型都有其優劣，沒有哪種模型能為我們解答所有問題， 因此，了解各類模型的特點，就變得尤為重要。以下，小編就幾類比較普遍使用的小鼠腫瘤模型做一簡單概況。
 

致癌物誘導的腫瘤模型

   1915年，日本病理學家Katsusaburo Yamagiwa和其助理Koichi Ichikawa通過把煤焦油涂于兔子的耳朵（150天）上，最后，他們發現兔子罹患了腫瘤。Yamagiwa的兔子模型也被認為是首例用于癌癥研究的動物模型^[2]。

   加利福尼亞大學舊金山分校（University of California, San Francisco）的腫瘤生物學家Melissa Reeves等人采用這種方法，在小鼠皮膚局部涂抹名為DMBA和TPA的已知致癌物，誘導小鼠發生皮膚癌，進而研究腫瘤如何從原發部位轉移至繼發部位。她的研究結果表明，皮膚癌不會按順序從一個位置遷移到另一個位置——例如，從皮膚到淋巴結再到肺，而是“通過平行傳播，同時進入淋巴結和肺部”^[2]。

   化學致癌物質可能會在數百個位點破壞DNA，而這種模型模擬了由廣泛基因損傷引起的腫瘤的自然演變，這對于模擬因重復暴露于特定環境（如持續紫外照射）的人類腫瘤具有非常重要的借鑒意義，但該類模型費時較長，腫瘤的連續監測困難，高異質性可能會造成數據的處理難度增加，缺乏明確的基因操作等^[2]。

圖1 論防曬的重要性^[1]

基因工程小鼠模型（GEMM）

   顧名思義，GEMM（Genetically engineered mouse model）是通過對小鼠基因進行改造而構建的腫瘤模型，改造手段包括轉座子技術，基于同源重組（或非同源末端連接）的胚胎干細胞和CRISPR-Cas9技術等。

   如敲除小鼠抑癌基因p53，其罹患腫瘤的概率也會隨之增加，并且這些自發腫瘤完全保留了其異質性，可以更好地模擬人類癌癥特征，但另一方面，這類基因敲除通常會誘發多系統腫瘤，自發成瘤周期也因小鼠個體差異難以保持同步， 并且GEM通常只包含一兩個基因改變，而人類腫瘤一般有多個基因突變等....

    說到這，問題來了，既然以上所言的小鼠模型不甚如人意，那么現在研究者們普遍使用的腫瘤模型又有哪些呢? 主要有以下幾種：

同系移植小鼠模型

 

Figure2 | Transplantable mouse cancers. Strategies for developing immune checkpoint blockers (ICBs) (part a). In the standard transplantable model, histocompatible cancer cell lines are injected into immunocompetent inbred mice(usually subcutaneously into the flank). After a few days, developing tumours are palpable and experimental immunotherapy with ICBs can commence (for example, every 3 days for 15 days) with regular monitoring of tumour growth. Tumour-infiltrating lymphocyte (TIL) populations may be studied from harvested tumours at the end of the observation period (for example, to investigate treatment-related immune effects).^[3]

    同系移植小鼠模型（syngeneic model）是將組織相容性的腫瘤細胞系，即同種背景來源的腫瘤細胞系接種至免疫健全的近交系小鼠（通常為C57BL/6 or BALB/c strains）體內，接種部位常為皮下（方便直接觀察腫瘤的生長情況），原位（模擬腫瘤生長的源環境），系統注射（腹腔或靜脈注射，監測腫瘤的擴散情況），如圖2。

   該模型操作簡單，成本低，可重復，腫瘤生長迅速且趨于同步，但接種的腫瘤通常來源于體外培養的同質性癌細胞，并且缺乏人源腫瘤生長的微環境。
 

   小鼠腫瘤畢竟產自小鼠，既然我們的最終目的是“以人為本”，那直接進行人源腫瘤移植豈不更佳？至于免疫排斥嘛， 人類已經找到了多種自發免疫缺陷小鼠，可以用于移植人源腫瘤細胞，并且現在基因編輯技術如此火爆，重度免疫缺陷小鼠也完全是小case了好嘛~
 

人源腫瘤異種移植模型

CDX

   人源腫瘤細胞系異種移植（cell derived xenograft, CDX)，即將體外傳代培養的腫瘤細胞接種至免疫缺陷小鼠，接種部位常為皮下，靜脈或原位，如圖3。

   細胞系模型以體外培養的傳代腫瘤細胞在免疫缺陷鼠體內接種而建立，由于細胞體外長期傳代而呈現有高同源性特點，模型建立容易，重復性好，在腫瘤藥物研發中仍有極大需求, 但在體外不斷培養傳代過程中，腫瘤異質性與原始腫瘤組織存在較大的差異，從而在預測臨床藥效方面不甚理想。

 

PDX 

   人源腫瘤組織來源移植瘤模型 (patient derived xenograft ，PDX)，通過將病人新鮮的瘤組織直接移植到免疫缺陷小鼠體內而建立的腫瘤模型，常見接種部位為皮下，靜脈，原位, 如圖3。

圖3 CDX與PDX   

    與CDX相比，PDX移植所用標本直接來源于人體腫瘤組織，未經過體外培養，穩定地保留了腫瘤的遺傳特性、組織學和表型特征，即腫瘤異質性，腫瘤的生長微環境更接近人體實際情況，篩藥試驗結果也具有較好的臨床預見性。（詳情參見往期推文：PDX與CDX）

    但問題又來了，人體罹患的大部分腫瘤并不是在免疫缺失的情況下發生的，而為了防止接種的人源腫瘤在小鼠體內發生免疫排斥，CDX,PDX構建的小鼠模型又必須要求免疫缺陷。

    有沒有一種既包含人體免疫系統，又可接納人源腫瘤的小鼠模型呢？

    答案是：當然有！ 

    目前應用于臨床前的免疫系統重建技術主要分為兩類：一是將成熟的人外周血單核細胞（hPBMC）通過腹腔或者尾靜脈注入免疫缺陷小鼠體內重建人的免疫系統，即hPBMC型；另一類是將人骨髓衍生的CD34⁺造血干細胞（HSC）通過腹腔或者尾靜脈注入免疫缺陷小鼠，即HSC（CD34⁺）型^[4].(詳情參見往期推文：人類免疫系統重建-助力醫學研究)

    今天小編就先跟大家說到這啦，想要了解更多更細致的小鼠腫瘤模型的小伙伴們，記得繼續關注我們哦~

 

參考資料

[1] https://www.soogif.com/compress

[2] Mike May. (2018) Cancer research with a human touch. Nature, 556: 259-261.

[3] Zitvogel L, Pitt JM, et al. Mouse models in oncoimmunology. Nat Rev Cancer. 2016 Dec;16(12):759-773.

[4] Walsh NC, Kenney LL,et al. Humanized Mouse Models of Clinical Disease. Annu Rev Pathol. 2017 Jan 24;12:187-215.