如何正確地選擇腫瘤動物模型

在中國，現(xiàn)在每天約有7710例患者死于癌癥，每分鐘大概6人死于癌癥， 因此，癌癥的研究無疑成為生物醫(yī)學的重中之重，動物模型在腫瘤發(fā)生發(fā)展及藥物研發(fā)上扮演著至關(guān)重要角色。那么面對不同的腫瘤模型，究竟怎樣的動物模型才可以準確反映人類腫瘤發(fā)展情況呢？這就是我們本期內(nèi)容，告訴大家什么樣的腫瘤動物模型才是你真正想要的。
首先我們要明白，最大的問題不是如何去建立模型，而是建立什么樣的模型。因為不同的模型會導致實驗結(jié)果有較大出入，腫瘤學研究工作者應當熟悉該領(lǐng)域已有的研究成果，查閱全面資料后，才能為自己的課題選到合適的實驗動物腫瘤模型。

第一步，需要明確你的實驗目的
根據(jù)設(shè)定的實驗目標來選擇最合適的動物模型，才能得到科學的結(jié)論和理想的結(jié)果。腫瘤動物模型的應用一般分為：腫瘤發(fā)生發(fā)展機制研究、抗腫瘤藥物篩選、免疫療法相關(guān)研究等。

第二步，了解已有的各類常見腫瘤模型分類及特點
腫瘤動物模型一般分為：①CDTX（腫瘤細胞系移植模型）②PDTX（人源腫瘤組織異種移植模型）③誘發(fā)性腫瘤動物模型 ④基因修飾腫瘤模型 ⑤自發(fā)性腫瘤動物模型；
每個模型介紹詳情可點擊往期文章（3.4腫瘤動物模型介紹）。

第三步，進一步細化到模型的每一個不定因素
主要包括以下幾個不確定因素：
（1）細胞系的選擇
根據(jù)研究的腫瘤類型以及基因型選取相應的腫瘤細胞系，用于荷瘤的細胞要保證較好的生長狀態(tài)，無污染，處于對數(shù)生長期。不同腫瘤細胞系的成瘤率不同，結(jié)合自身選取成瘤率高的細胞系進行實驗。如乳腺癌細胞有幾十種，根據(jù)來源有鼠源和人源的，根據(jù)分型有三陰性與非三陰性的，如果要更貼近人類三陰性乳腺癌的研究，一般會選擇易荷瘤的MDA-MB-231細胞。
（2）小鼠品系的選擇
腫瘤細胞系移植模型分為兩種：將人的腫瘤細胞系或腫瘤組織移植到小鼠體內(nèi)和將小鼠的腫瘤細胞移植到小鼠體內(nèi)，前者為異種移植因此必須選擇具有免疫缺陷的小鼠（如：nude，NOD/scid，NSG），后者為同種移植，因此選擇與腫瘤細胞系來源一致的小鼠（C57BL/6品系來源的黑色素瘤細胞系B16F10以及路易斯肺癌細胞系LLC就要選擇C57BL/6品系的小鼠）。
（3）小鼠的周齡、體重、性別
通常為6-8周，18-22g（部分模型會有差別），保證個體間差異較��；通常雌雄均可，但是根據(jù)研究的腫瘤類型及腫瘤細胞系選擇（乳腺癌等要選擇雌性，前列腺癌等要選擇雄性）
（4）接種位置的選擇
如CDTX主要包括皮下荷瘤、各種轉(zhuǎn)移模型荷瘤（尾靜脈、左心室注射）、原位荷瘤等。不同位置說明的情況不同，如單獨研究生長可以選擇簡單的皮下荷瘤。具體介紹看往期（3.5 腫瘤模型之生長、轉(zhuǎn)移及復發(fā)模型）

最后，結(jié)合實驗目的和模型特點兩者去選擇最終模型
如CDTX接種成瘤率高、實驗周期短，常用于藥物研發(fā)；而自發(fā)腫瘤模型誘導時間長，腫瘤出現(xiàn)時間、部位及大小等不均一，因此很少用于藥物研發(fā)。

下面以實驗目的為基礎(chǔ)舉幾個實例，大家會有更直觀的理解：
一、基于抗腫瘤藥物篩選為目的，一般選擇CDTX、PDTX等。
a.腫瘤細胞系移植模型（CDTX model, cell-line-derived tumor xenograft）
主要包括皮下荷瘤、各種轉(zhuǎn)移模型荷瘤、原位荷瘤等。
①皮下荷瘤模型主要用于抑制腫瘤生長（細胞增殖）的藥物的篩選檢測；
②各種轉(zhuǎn)移模型（包括左心室注射、尾靜脈注射）主要用于抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的藥物的篩選檢測；
③原位模型由于是將腫瘤細胞移植到小鼠的相應器官，腫瘤易發(fā)生轉(zhuǎn)移（如肺癌、乳腺癌等），因此原位模型既可用于抑制腫瘤生長又可用于抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的藥物的篩選與檢測。

舉例：人源肺癌細胞A549的裸鼠原位荷瘤模型
如圖1，該模型與皮下荷瘤模型相比，原位生長能更好的模擬腫瘤細胞在體內(nèi)生長的微環(huán)境，更準確的預測藥物療效。A549原位生長模型較于皮下荷瘤模型發(fā)展更快，2-3周便發(fā)生轉(zhuǎn)移，生存時間明顯短于皮下荷瘤模型，因此便于繪制生長曲線（又稱Kaplan-Meier曲線），通過生存曲線可以對抗腫瘤效果有更直觀的了解。

b.人源腫瘤組織異種移植模型（PDTX model, patient-derived tumor xenograft）
異種移植腫瘤是移植性腫瘤的一種，主要用于抑制腫瘤生長（細胞增殖）的藥物的篩選檢測，近年很重視人體腫瘤的動物體內(nèi)移植模型。因為這種模型使用病人的腫瘤組織，在組織形態(tài)和遺傳特征等方面均與人類腫瘤相同，故用這種模型比較直接研究人類腫瘤等生物學特性及抗腫瘤藥物。根據(jù)抗腫瘤藥物的目標腫瘤選取相應的腫瘤模型即可。

c.基因修飾模型
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)動物產(chǎn)生腫瘤的模型。該模型主要用于腫瘤發(fā)生發(fā)展過程及作用機制的研究。但其在抗腫瘤藥物的篩選中也有一定的應用，原癌基因在人類中頻發(fā)突變是腫瘤產(chǎn)生的重要原因之一，而靶向這部分原癌基因的抗腫瘤藥物篩選是一個重要方向。因此，相對應的基因突變小鼠腫瘤模型在抗腫瘤藥物篩選中具有重要作用。

舉例 Lox-STOP-Lox-Kras^G12D Conditional Mouse Model
Ras在人類腫瘤頻發(fā)突變，K-ras的激活突變是肺部腫瘤產(chǎn)生的原因之一，在k-ras locus上敲入了Lox-Stop-Lox-Kras^G12D,通過小鼠鼻腔注入Ad-Cre重組腺病毒，誘導肺中的K-ras ^G12D表達，從而產(chǎn)生肺癌。由于其產(chǎn)生的機制及組織形態(tài)和遺傳特征等方面均與人類K-ras突變腫瘤相似，因此該模型能夠很好的評價針對K-ras突變的抗腫瘤藥物活性［2］。因此對于靶向特定基因的抗腫瘤藥物，可以運用相對應的基因修飾模型就行篩選檢測。

二、 腫瘤發(fā)生發(fā)展機制的研究
對于腫瘤機制的研究，也可以選擇上述幾種模型，更多的運用基因修飾動物模型。在實驗中觀察指標以及分析角度也有藥物研發(fā)不同。一般會采取多個模型共同驗證。
舉例：如在探究REGγ在皮膚癌產(chǎn)生過程中作用的研究中，同時用到了腫瘤細胞系移植模型和基因修飾動物模型（圖3）。通過比較REGγ^＋／＋和REGγ^-／-小鼠皮膚腫瘤形成進展以及REGγ野生型與REGγ knock down之后的人源腫瘤細胞在小鼠皮下荷瘤模型中的大小，發(fā)現(xiàn)REGγ在皮膚腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，且其是通過Wnt/b-catenin通路發(fā)揮作用的[3]。

3. 免疫療法相關(guān)研究
在當今眾多的癌癥治療手段中，免疫療法可謂炙手可熱，因此我們把免疫相關(guān)的腫瘤模型單獨列出。以T細胞受體T細胞技術(shù)（TCR-T）、嵌合抗原受體T細胞技術(shù)（CAR-T）以及免疫檢查點阻斷技術(shù)（Immune Checkpoint Blockade）為代表的新興腫瘤免疫療法不斷取得臨床上的突破，在往期中我們已經(jīng)對以上技術(shù)的腫瘤模型進行了詳細的介紹，主要還集中在基于重癥聯(lián)合免疫缺陷小鼠（過繼性細胞回輸）以及同系腫瘤細胞系小鼠模型（免疫檢查點阻斷）的研究。（3.6 免疫療法相關(guān)腫瘤模型介紹）

注意：構(gòu)建模型應該建立在已有的研究基礎(chǔ)上，避免無用功
一定要查閱相關(guān)文獻有比較全面的了解，通常文獻中不會非常具體的介紹模型的構(gòu)建過程，這就需要與身邊經(jīng)驗豐富的大神取經(jīng)了，要關(guān)注每一個細節(jié)，切不可眼高手低。當?shù)谝淮为毩��?gòu)建模型時，最好先進行預實驗，預實驗很重要！預實驗很重要！預實驗很重要！
為了滿足研究的需要，在種類繁多的動物模型中如何選擇適合自己的模型變得尤為重要。這就需要我們結(jié)合自身需要進行量身選擇，更多的時候是結(jié)合多個模型來說明一個問題。相信看到這里，你想要的模型心里已經(jīng)有數(shù)了吧，接著我們就會逐一為大家介紹各類腫瘤模型的建立方法，請持續(xù)關(guān)注我們哦！

參考文獻：
［1］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.
［2］Michel DuPage, Alison L Dooley & Tyler Jack. Conditional mouse lung cancer models using adenoviral or lentiviral delivery of Cre recombinase .Nat Protoc. 2009;4(7):1064-72.
［3］Lei Li1, Yongyan Dang, Jishen Zhang, Wangjun Yan1 et al. REGγ is critical for skin carcinogenesis by modulating the Wnt/b-catenin pathway Nature Communications, 2015 Apr 24;6:6875.