如何根據(jù)模型特征選擇合適的誘發(fā)性腫瘤小鼠、基因工程小鼠腫瘤模型等

全球癌癥發(fā)病率和死亡率急劇上升，到2030年，死亡人數(shù)預(yù)計(jì)將達(dá)1200萬，癌癥已成為威脅人類健康的主要因素之一。

動(dòng)物模型在臨床前抗腫瘤藥物評(píng)價(jià)體系中發(fā)揮著重要的作用。腫瘤動(dòng)物模型的建立為研究腫瘤發(fā)生與轉(zhuǎn)移的機(jī)制、篩選和評(píng)價(jià)抗腫瘤藥物的藥效提供了有力的工具。嚙齒類動(dòng)物小鼠，因?yàn)槠渚哂蟹庇�速度快，成本低，可進(jìn)行基因修飾等諸多優(yōu)點(diǎn)，基于其構(gòu)建的各類腫瘤模型構(gòu)成了臨床前治療性藥物篩選的主要工具。

常用的小鼠腫瘤模型有很多，可以簡單歸為以下幾類：
誘發(fā)性腫瘤小鼠模型
基因工程小鼠腫瘤模型
病人來源異種移植腫瘤模型（PDX)
細(xì)胞系來源的異體移植腫瘤模型(CDX)
 

如何從紛繁復(fù)雜的模型中找出最適合自己的呢？

01 先確定實(shí)驗(yàn)?zāi)渴鞘裁矗?/span>
在選擇合適的模型之前，首先考慮自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁�，不同的模型對�?yīng)不同的試驗(yàn)?zāi)康摹?/span>

腫瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制：誘發(fā)性腫瘤小鼠模型，基因工程小鼠腫瘤模型

抗腫瘤藥物篩選和腫瘤藥物療效的評(píng)價(jià)：病人來源異種移植腫瘤模型(PDX),細(xì)胞系來源的異體移植腫瘤模型(CDX)，基因工程小鼠腫瘤模型等

02 根據(jù)模型特征選擇合適模型
當(dāng)然，僅憑實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪�不夠，還需要考量各種模型的特點(diǎn)，參考模型制備的難易程度以及優(yōu)缺點(diǎn)選擇合適模型。以下是不同種腫瘤模型的特征以及示例：

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(xué)致癌物誘發(fā)的實(shí)驗(yàn)性小鼠腫瘤模型。實(shí)驗(yàn)室常用的誘導(dǎo)化合物包括MNU（甲基亞硝基脲）、DEN（二乙基亞硝胺）等，可誘導(dǎo)小鼠發(fā)生肝癌、胃癌等多種腫瘤，為研究癌癥的發(fā)生機(jī)理及腫瘤預(yù)防等提供了有用模型。

優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：誘導(dǎo)時(shí)間較長，動(dòng)物死亡率比較高，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

應(yīng)用：驗(yàn)證可疑致癌因素的作用以及腫瘤預(yù)防研究

模型示例：DEN誘導(dǎo)原發(fā)性肝癌模型

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

基因工程小鼠腫瘤模型
研究發(fā)現(xiàn)某基因的過表達(dá)，缺失或突變會(huì)導(dǎo)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(dǎo)生成腫瘤的基因工程小鼠模型，再在模型小鼠的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

優(yōu)點(diǎn)：適于研究基因和腫瘤的關(guān)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(jī)理方面具有巨大的優(yōu)勢

缺點(diǎn)：模型建立過程較長，費(fèi)用較高

應(yīng)用：研究腫瘤的發(fā)病機(jī)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(biāo)志物的確認(rèn)，腫瘤的診斷以及治療都提供了理想的模型

模型示例：Kras-LSL-G12D肺癌腫瘤模型

野生型Kras激活/失活效應(yīng)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(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的持續(xù)增殖。目前國際上應(yīng)用最廣泛的肺癌動(dòng)物模型就是Kras-LSL-G12D小鼠模型，可以通過與肺上皮細(xì)胞特異性的Cre轉(zhuǎn)基因小鼠雜交來實(shí)現(xiàn)K-ras突變體的激活，從而導(dǎo)致肺癌的發(fā)生。

南模多年來開發(fā)了大量基因工程小鼠的腫瘤模型，例如由癌基因過表達(dá)或引入致病突變模型：Myc條件性過表達(dá)、Apcmin、Kras(G12D)、KPC、EGFR、FGFR2、EML4-ALK、HER2等，抑癌基因功能缺失模型：P53-KO、P53-CKO、Pten-KO、Pten-CKO、Smad4-CKO、Rb1-CKO、Brca1-CKO等

已發(fā)表文章：
Li L, Liang Y, Kang L, et al. Transcriptional Regulation of the Warburg Effect in Cancer by SIX1. Cancer Cell. 2018 Mar 12;33(3):368-385.e7. （點(diǎn)擊此處進(jìn)入文獻(xiàn)解讀）

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 xenografts, 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(diǎn)：保存了病人腫瘤組織的基因型和表型的多樣性，比較真實(shí)的反映原始腫瘤的特性，更準(zhǔn)確地反映病人腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制；保存了腫瘤的基質(zhì)細(xì)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(diǎn)：原始腫瘤的主要來源是為手術(shù)切除，建模難度高且不能反復(fù)獲取。此外其構(gòu)建時(shí)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(huì)逐漸被小鼠細(xì)胞外基質(zhì)取代，因此傳代次數(shù)有一定限制。

應(yīng)用：新藥研發(fā)的臨床前腫瘤學(xué)模型。

模型示例：肝癌PDX
PDX成功從各方面復(fù)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(fù)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。
 

圖1：肝癌PDX模型成瘤驗(yàn)證。

已發(fā)表文章：
Wu Q, He Z, Wang X, et al. Cascade enzymes within self-assembled hybrid nanogel mimicked neutrophil lysosomes for singlet oxygen elevated cancer therapy.Nat Commun. 2019 Jan 16;10(1):240. （點(diǎn)擊此處進(jìn)入文獻(xiàn)解讀）

細(xì)胞系來源的異體移植腫瘤模型（CDX）
細(xì)胞系來源的異體移植腫瘤模型(Cell line-derived xenograft, CDX)是將體外培養(yǎng)的人源或鼠源的腫瘤細(xì)胞系移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)而構(gòu)建的腫瘤模型�；�于細(xì)胞系的腫瘤模型作為經(jīng)典的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法，在腫瘤學(xué)研究和抗腫瘤藥物研發(fā)過程中有著極大的需求。

優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)物個(gè)體成瘤差異較小，成瘤率高，具有建模時(shí)間短，重復(fù)性好，成本低等特點(diǎn)。

缺點(diǎn)：接種的腫瘤通常來源于體外培養(yǎng)的同質(zhì)性癌細(xì)胞，缺乏人源腫瘤生長的微環(huán)境。

應(yīng)用：研究腫瘤的發(fā)展以及對于藥物治療的反應(yīng)。

模型示例1：肝癌模型-HepG2皮下接種
實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物的皮下注射肝癌細(xì)胞形成腫瘤。皮下成瘤實(shí)驗(yàn)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(yù)。
 

圖2：HepG2皮下成瘤的組織學(xué)分析。正常的小鼠肝臟組織細(xì)胞（左）呈放射狀排列，細(xì)胞輪廓清晰，胞核圓形居中，肝小葉結(jié)構(gòu)清晰，組織結(jié)構(gòu)形態(tài)正常；HepG2 皮下接種4周后形成的腫瘤組織中，細(xì)胞排列無序，胞核不清，可見空泡樣變性結(jié)構(gòu)，肝小葉結(jié)構(gòu)消失組織結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則細(xì)胞團(tuán)，符合腫瘤組織結(jié)構(gòu)特征。

模型示例2：活體成像CDX腫瘤模型
帶有Luciferase熒光標(biāo)記的腫瘤細(xì)胞系可用于構(gòu)建各類皮下，原位或轉(zhuǎn)移型的CDX腫瘤模型。Luciferase報(bào)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(diǎn)是可以在小鼠存活的情況下反復(fù)測量，分析不同時(shí)間點(diǎn)的熒光變化，以此來示蹤腫瘤細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)結(jié)果更加真實(shí)可信（見圖3）。另外，活體成像技術(shù)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。

南模生物依托強(qiáng)大的基因編輯平臺(tái)，構(gòu)建了一系列表達(dá)熒光素酶的腫瘤細(xì)胞系，為腫瘤研究人員提供更多可選擇的細(xì)胞和動(dòng)物模型。
 

圖3：基于人結(jié)腸癌細(xì)胞系的顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤模型。向裸鼠頸動(dòng)脈注射不同接種量的，帶有Luciferase熒光標(biāo)記的人結(jié)腸癌細(xì)胞，并選取多個(gè)時(shí)間點(diǎn)通過活體成像術(shù)檢測Luciferase在顱內(nèi)的表達(dá)水平。

模型示例3：免疫缺陷小鼠有多種，不同程度的免疫缺陷小鼠的成瘤性有差異，需要根據(jù)具體模型選擇合適的免疫缺陷小鼠。

南模自主研發(fā)的M-NSG小鼠，在NOD-scid品系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步敲除了Il2rg基因。該小鼠表現(xiàn)為嚴(yán)重免疫缺陷，同時(shí)缺失成熟的B細(xì)胞，T細(xì)胞和NK細(xì)胞，因此可高效的植入人CD34+造血干細(xì)胞(HSC), 外周血單核細(xì)胞(PBMC)或成體干細(xì)胞、組織。

M-NSG是世界公認(rèn)的免疫缺陷程度較高的小鼠品系，也是異種移植和免疫重建的完美載體。（圖4）
 

圖4：A549細(xì)胞系（A）或Raji細(xì)胞系（B）在不同免疫缺陷小鼠上的成瘤驗(yàn)證�？梢娫谥囟让庖呷毕菪∈驧-NSG中，腫瘤細(xì)胞的成瘤性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他對照品系。

03 根據(jù)模型特征選擇合適模型
在明確試驗(yàn)?zāi)康囊约案鞣N腫瘤模型的特點(diǎn)之后，還需要綜合考慮以確定自己所應(yīng)選用的模型。

Tips：構(gòu)建的腫瘤模型最好建立在已有的研究基礎(chǔ)上，因此建議參考已有文獻(xiàn)選擇腫瘤模型。

南模生物有多種基因工程小鼠腫瘤模型，并且可根據(jù)客戶的研發(fā)需要提供誘發(fā)性腫瘤小鼠模型、基因工程小鼠腫瘤模型定制、60多種肝癌PDX誘發(fā)性腫瘤小鼠模型以及各類基于細(xì)胞系的異體移植腫瘤模型服務(wù)。

我們可以構(gòu)建各類皮下，原位或者轉(zhuǎn)移瘤模型，并針對相應(yīng)的模型提供高度定制化的體內(nèi)藥效學(xué)服務(wù)。

南模生物深耕基因編輯領(lǐng)域，提供全方位模式生物服務(wù)，包括基因修飾成品模型供應(yīng)、個(gè)性化模型定制、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥效評(píng)價(jià)等，滿足不同實(shí)驗(yàn)室需求，詳情請查詢南模生物官方網(wǎng)站www.modelorg.com，或撥打400-728-0660和專業(yè)技術(shù)人員咨詢吧！