近日，國家癌癥中心發(fā)布了最新的中國癌癥報告。本次報告發(fā)布數(shù)據(jù)為全國腫瘤登記中心收集匯總?cè)珖�腫瘤登記處2016年登記資料，覆蓋人口達3.8億。報告顯示，2016年全年我國新增癌癥病例約406.4萬例，新增癌癥死亡241.35萬例；從癌種發(fā)病角度看，肺癌、結(jié)直腸癌、胃癌、肝癌和女性乳腺癌是我國主要的5種惡性腫瘤，占新發(fā)病例總數(shù)的57.4%；肺癌、肝癌、胃癌、結(jié)直腸癌和食道癌是死亡率排名前5的惡性腫瘤，占死亡總數(shù)的69.3%。值得注意的是，不論是發(fā)病還是死亡，肺癌均占首位[1]。

圖1.最新中國癌癥發(fā)病及死亡情況

雖然人類的科技水平日新月異，但惡性腫瘤的發(fā)生率與死亡率依然居高不下，可以毫不夸張的說，抗腫瘤是一場曠日持久沒有硝煙的戰(zhàn)爭。從化療到靶向治療，再到免疫治療，科學家們想盡一切辦法來戰(zhàn)勝腫瘤，而無論哪一種方法，都離不開一樣秘密武器——小鼠腫瘤模型。

01 小鼠腫瘤模型的誕生

1915年一戰(zhàn)期間，日本病理學家Katsusaburo Yamagiwa和他的助理Koichi Ichikawa正在努力研究一個致命武器，這個來自東京大學的二人組花了150多天把煤焦油涂在兔子的耳朵上，最后，他們發(fā)現(xiàn)兔子罹患了腫瘤。不管動機如何，Yamagiwa的兔子模型目前通常被認為是首例用于癌癥研究的動物模型。不久后，美國加利福尼亞大學舊金山分校的腫瘤生物學家Melissa Reeves等人采用相似方法，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(fā)生了皮膚癌[2]。這是有記錄的為人類抗癌事業(yè)犧牲的第一批小鼠！
 

現(xiàn)在距第一個動物腫瘤模型誕生已過去100多年，海量的小鼠腫瘤模型被開發(fā)出來，我們往往困擾于這樣的問題，這些小鼠腫瘤模型到底是怎么構建的？每種模型的特點是什么？最優(yōu)秀的模型又屬哪一個？我該選什么模型？其實吧，每種模型都有其優(yōu)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，選擇適合自己研究的模型，就變得尤為重要。以下，小編就幾類使用比較普遍的小鼠腫瘤模型進行簡單介紹。

02 小鼠腫瘤模型的選擇

小鼠腫瘤模型大致可分為自發(fā)性腫瘤小鼠模型、誘發(fā)性腫瘤小鼠模型、基因修飾小鼠腫瘤模型、異種移植瘤模型（PDX或CDX）、同種移植型小鼠腫瘤模型（CDA或MDA)等。在選擇合適的模型之前，首先考慮自己的實驗目的是什么，不同的模型對應不同的試驗目的。例如：

• 腫瘤發(fā)生發(fā)展機制研究：誘發(fā)性腫瘤小鼠模型、基因修飾小鼠腫瘤模型等
• 靶點在腫瘤上的抗腫瘤藥物篩選和藥效評價：PDX模型、CDX模型等
• 腫瘤免疫治療研究：CDA模型、MDA模型或經(jīng)過免疫重建的PDX/CDX模型等

 
 2.1   自發(fā)性腫瘤小鼠模型

正常的小鼠在大約一年半的生命周期里也有可能罹患癌癥，不同品系的小鼠自發(fā)腫瘤的幾率和類型不同，體現(xiàn)出遺傳因素與癌癥易感性的關聯(lián)。

優(yōu)點：腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與人類相似
缺點：腫瘤的發(fā)生參差不齊，周期長，實驗耗費大
應用：研究遺傳因素與腫瘤發(fā)生的關系等

應用示例：分離小鼠自發(fā)腫瘤細胞系    
研究者從小鼠自發(fā)腫瘤建立起很多可在體外培養(yǎng)傳代的腫瘤細胞系，如結(jié)腸癌細胞 CT26-WT、黑色素瘤細胞 B16，肝細胞癌細胞 H22，淋巴瘤細胞A20 等，這些腫瘤細胞系不僅為癌細胞的體外生物學研究提供了工具，而且可以移植到遺傳背景相同、不會發(fā)生免疫排斥的其它小鼠體內(nèi)，建立移植瘤小鼠模型。
 
2.2   誘發(fā)性腫瘤小鼠模型

誘發(fā)性小鼠腫瘤模型是指利用化學致癌物誘發(fā)的實驗性小鼠腫瘤模型。實驗室常用的誘導化合物包括MNU（甲基亞硝基脲）、DEN（二乙基亞硝胺）等，可誘導小鼠發(fā)生肝癌、胃癌等多種腫瘤，為研究癌癥的發(fā)生機理及腫瘤預防等提供了有用模型。

優(yōu)點：誘發(fā)因素和條件可人為控制，誘發(fā)率相對較高（指高于自然發(fā)病率）
缺點：誘導時間較長，動物死亡率比較高，腫瘤出現(xiàn)的時間、部位、病灶數(shù)等在個體之間表型不均一
應用：驗證可疑致癌因素的作用以及腫瘤預防研究

模型示例：DEN誘導原發(fā)性肝癌模型

DEN（二乙基亞硝胺）對人體和動物都具有劇毒，小劑量注射或經(jīng)口給藥就會造成嚴重的肝損傷，幼鼠腹腔注射后約6個月可建立原發(fā)性肝癌模型，是研究肝癌發(fā)病機制和過程的理想模型之一。

 
2.3   基因修飾小鼠腫瘤模型

研究發(fā)現(xiàn)某基因的過表達，缺失或突變會導致小鼠易發(fā)腫瘤，因此可以利用基因工程手段，引入致癌基因或敲除抑癌基因建立自發(fā)腫瘤或誘導生成腫瘤的基因工程小鼠模型，再在模型小鼠的基礎上進行相應的實驗。

優(yōu)點：適于研究基因和腫瘤的關系，在研究腫瘤發(fā)生發(fā)展的遺傳原因，腫瘤免疫逃避的機理方面具有巨大的優(yōu)勢
缺點：模型建立過程較長，費用較高
應用：研究腫瘤的發(fā)病機制，例如環(huán)境因素與遺傳背景是如何相互作用誘發(fā)腫瘤的；人為引入基因突變，為腫瘤標志物的確認，腫瘤的診斷以及治療都提供了理想的模型
 
模型示例1：抑癌基因條件性敲除模型
人體重要的抑癌基因純合敲除后往往胚胎致死，如P53、PTEN等，因此構建關鍵抑癌基因的條件性敲除小鼠，與組織器官特異性表達的Cre工具鼠交配可誘發(fā)不同腫瘤，詳見下表：
 
模型示例2：癌基因點突變（或條件性點突變）腫瘤模型
某些關鍵基因雖然僅僅只有1個堿基發(fā)生了突變，但由于突變在關鍵位置，改變了蛋白的重要結(jié)構域，破壞了蛋白原有的功能，也會誘發(fā)癌癥，如：

• Kras-LSL-G12D：野生型Kras激活/失活效應是受控的，而突變型Kras蛋白功能異常，持續(xù)處于激活狀態(tài)，導致腫瘤細胞的持續(xù)增殖。目前國際上應用最廣泛的肺癌動物模型就是Kras-LSL-G12D小鼠模型，可以通過與肺上皮細胞特異性的Cre轉(zhuǎn)基因小鼠雜交來實現(xiàn)K-ras突變體的激活，從而導致肺癌的發(fā)生[3]。
• Apc-L850X：Apc基因是Wnt途徑中重要的抑癌基因，對結(jié)直腸癌腫瘤的發(fā)生發(fā)展起到重要作用。Apc-L850X小鼠是通過ENU誘變篩選出來的一個小鼠品系，其Apc基因編碼亮氨酸的第850號密碼子(TTG)轉(zhuǎn)變成終止密碼子(TAG)，從而提前截斷蛋白，Apc失去抑癌作用[4]。
• Braf-Flox-V600E：Braf是下游MARK信號通路最強的激活劑之一，Braf在毛細胞白血病中突變率達90%以上,另外還在多種腫瘤組織中發(fā)現(xiàn)BRAF V600E突變,如惡性黑色素瘤、甲狀腺乳頭狀癌、結(jié)直腸癌等。

模型示例3：癌基因條件性過表達小鼠模型
在小鼠上條件性過表達癌基因（包括激活型突變的癌基因）可以誘發(fā)腫瘤，如果同時過表達EGFP、tdTomato等元件，還可以進行活體成像研究，南模生物自主構建了多種基因過表達腫瘤模型，詳見下表：
 
除上述常見基因修飾腫瘤模型外，南模生物還自主構建了肺癌、肝癌、胃癌等多種不同腫瘤的敲除、條件性敲除、點突變模型，詳情可在公眾號咨詢我們，或瀏覽往期推文：
疾病小鼠模型系列之肺癌篇
疾病小鼠模型系列之肝癌篇
疾病小鼠模型系列之胃癌篇
疾病小鼠模型系列之乳腺癌篇
疾病小鼠模型系列之結(jié)直腸癌篇

 2.4   病人來源異種移植腫瘤模型（PDX)

病人來源異種移植腫瘤模型（patient-derived xenograft model, PDX）是通過將病人新鮮的瘤組織直接移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)而建立的腫瘤模型。
 
優(yōu)點：保存了病人腫瘤組織的基因型和表型的多樣性，比較真實的反映原始腫瘤的特性，更準確地反映病人腫瘤的發(fā)生發(fā)展機制；保存了腫瘤的基質(zhì)細胞，保存了腫瘤的微環(huán)境，能更好地反映腫瘤病人的藥物敏感性和耐受性。
缺點：原始腫瘤的主要來源是為手術切除，建模難度高且不能反復獲取。此外其構建時間長且成功率不穩(wěn)定，隨著傳代次數(shù)增加腫瘤微環(huán)境也會逐漸被小鼠細胞外基質(zhì)取代，因此傳代次數(shù)有一定限制。

應用：新藥研發(fā)的臨床前腫瘤學模型。

模型示例：肝癌PDX
PDX成功從各方面復制病人腫瘤的異質(zhì)性，包括其分子層面，基因?qū)用婧徒M織層面上的復雜性，能夠在不同的臨床背景下為藥物療效及分析作出快速測試。
 
2.5   細胞系來源的異種移植腫瘤模型(CDX)

細胞系來源的異種移植腫瘤模型(Cell line-derived xenograft model, CDX)是將體外培養(yǎng)的人源腫瘤細胞系移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)而構建的腫瘤模型。基于細胞系的腫瘤模型作為經(jīng)典的體內(nèi)實驗方法，在腫瘤學研究和抗腫瘤藥物研發(fā)過程中有著極大的需求。
 
優(yōu)點：動物個體成瘤差異較小，成瘤率高，具有建模時間短，重復性好，成本低等特點。
缺點：接種的腫瘤通常來源于體外培養(yǎng)的同質(zhì)性癌細胞，缺乏人源腫瘤生長的微環(huán)境。(使用重度免疫缺陷小鼠M-NSG等，可以避免上述缺點，讓很多難以成瘤的細胞系在小鼠上順利生長)
應用：研究腫瘤的發(fā)展以及對于藥物治療的反應。
 
模型示例1：肝癌模型-HepG2皮下接種
實驗室中常用的移植型肝癌模型根據(jù)其移植瘤所在部位可以分為原位型和異位型。異位型常通過在實驗動物的皮下注射肝癌細胞形成腫瘤。皮下成瘤實驗操作簡單，成功率高，且腫瘤體積變化易于測量，方便給予局部干預。
  HepG2皮下成瘤的組織學分析。正常的小鼠肝臟組織細胞（左）呈放射狀排列，細胞輪廓清晰，胞核圓形居中，肝小葉結(jié)構清晰，組織結(jié)構形態(tài)正常；HepG2 皮下接種4周后形成的腫瘤組織中，細胞排列無序，胞核不清，可見空泡樣變性結(jié)構，肝小葉結(jié)構消失組織結(jié)構呈不規(guī)則細胞團，符合腫瘤組織結(jié)構特征。

模型示例2：活體成像CDX腫瘤模型
帶有Luciferase熒光標記的腫瘤細胞系可用于構建各類皮下，原位或轉(zhuǎn)移型的CDX腫瘤模型。Luciferase報告基因系統(tǒng)以熒光素(luciferin)為底物來檢測螢火蟲熒光素酶(firefly luciferase)的活性，其優(yōu)點是可以在小鼠存活的情況下反復測量，分析不同時間點的熒光變化，以此來示蹤腫瘤細胞的增殖與轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)結(jié)果更加真實可信。另外，活體成像技術對于腫瘤微小轉(zhuǎn)移灶的檢測靈敏度極高，不涉及放射性物質(zhì)的使用，非常安全。
  基于人結(jié)腸癌細胞系的顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤模型。向裸鼠頸動脈注射不同接種量的，帶有Luciferase熒光標記的人結(jié)腸癌細胞，并選取多個時間點通過活體成像術檢測Luciferase在顱內(nèi)的表達水平。

2.6   同種移植型小鼠腫瘤模型

PDX和CDX模型統(tǒng)稱為異種移植瘤模型，與之對應，自然就有同種移植型小鼠腫瘤模型。同種移植型小鼠腫瘤模型又可分為CDA模型（Cell line-derived allograft models，將小鼠來源的腫瘤細胞系接種至免疫健全的近交系小鼠）和MDA模型(Mouse-derived allograft models，將小鼠來源的腫瘤組織接種至免疫健全的近交系小鼠)兩類。同種移植型小鼠模型免疫系統(tǒng)健全，可用于研究腫瘤的免疫治療，常用于目標靶點在免疫系統(tǒng)上的研究中。
 
2.7   免疫檢查點人源化模型
有的小伙伴就要問了，那我想要在免疫系統(tǒng)健全的小鼠上研究人源的靶點，例如PD-1、CTLA-4等近幾年大火的免疫檢查點怎么辦？別急，這只需要在免疫系統(tǒng)健全的小鼠上對相應的免疫檢查點進行人源化替換即可！南模生物目前擁有300多種人源化小鼠品系（包括雙靶標、三靶標、四靶標人源化小鼠），模型資源庫涵蓋目前最新最熱的免疫治療靶點，成品人源化小鼠目錄如下：
 

 

 

 

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03小鼠腫瘤模型優(yōu)缺點比較

看完今天的介紹，相信大家對小鼠腫瘤模型已經(jīng)有了一個整體的了解，我們在真正選擇小鼠腫瘤模型時需要根據(jù)自己的實驗設計，考慮各種模型的優(yōu)缺點，這里小編也將各個模型按照類似性、重復性、可靠性作一個評價，詳見下表。最后，祝大家都能找到合適的腫瘤模型，實驗一帆風順!
 

南模生物深耕基因編輯領域，提供全方位模式生物服務，包括基因修飾成品模型供應、個性化模型定制、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥效評價等，滿足不同實驗室需求。

參考文獻
1.Cancer incidence and mortality in China,2016; Journal of the National Cancer Center
2.Mike May. (2018) Cancer research with a human touch. Nature, 556: 259-261.
3. Jackson, E.L., Willis, N., Mercer, K., Bronson, R.T., Crowley, D.,Montoya, R., Jacks, T., Tuveson, D.A., 2001. Analysis oflung tumor initiation and progression using conditionalexpression of oncogenic K-ras. Genes Dev. 15, 3243e3248.
4.Su L K , Kinzler K W , Vogelstein B , etal. Corrections and Clarifications: Multiple Intestinal Neoplasia Caused By aMutation in the Murine Homolog of the APC Gene[J]. Science, 1992,256(5060):1114-1114.