结直肠癌模型用诱导瘤还是移植瘤呢？其他还有哪些注意要点
结直肠癌(Colorectal cancer)是胃肠道中常见的恶性肿瘤。随着人民生活水平的提高,饮食结构的改变,其发病率呈逐年上升的趋势。结肠癌早期症状多较轻或不明显,常被患者忽视或漏诊,严重影响和危害了人类的健康。对于该病的治疗,常规化疗带来的毒性及不良反应,给患者带来极大的痛苦。因此,探索应用新的化疗药物和新的治疗方法治疗晚期结直肠癌,提高患者的生存期和生活质量显得十分重要。
小鼠与人类在许多遗传学、病理学、生物学特性方面相似,是肿瘤研究的理想动物模型。小鼠肿瘤模型按照建立的方法可分为以下几类:①自发和诱发小鼠肿瘤模型;②基因修饰小鼠肿瘤模型;③同种或异种移植小鼠肿瘤模型。同种或异种肿瘤小鼠移植模型制作容易,能提供病程和大小一致的肿瘤,常用于抗肿瘤药物的筛选。异种移植的小鼠肿瘤模型是指将人体或其他种属的动物肿瘤移植到小鼠身上使其存活并生长,所以可将人类肿瘤移植在小鼠身上使其生长发育,故能一定程度的反应人类肿瘤的临床特点,应用较为广泛。目前用于移植的动物主要有裸鼠和严重联合免疫缺陷鼠。裸鼠由于先天无胸腺而免疫功能缺陷,使人类肿瘤获得较高的移植成功率,并基本保存原有结构、功能等一系列特点,且生长稳定,从而成为肿瘤实验性研究的理想模型。
目前药物新靶点发现及临床前药效学评价等方面具有十分重要的理论价值和临床意义。
本期将带大家了解一下这些常用的结直肠癌模型以及可能需要关注的问题。
结直肠癌模型主要分为移植瘤模型和原发瘤模型两种。
结直肠癌移植瘤模型
结直肠癌移植瘤模型就是将人体或小鼠原发的结直肠癌组织或细胞移植到小鼠身上使其生长成肿瘤的动物模型。
该模型目前在实验室中应用较为广泛；根据移植物来源可分为同种移植和异种移植。
同种移植采用鼠源组织或细胞，其中MC38小鼠结肠癌细胞的移植最为常见，多用作结直肠癌发生及转移方向研究，并成为肿瘤药效验证的常用途径。
异种移植采用人源组织或细胞，更接近人体肿瘤真实情况，也因此更受欢迎，但其常免疫缺陷小鼠作为宿主。一般选择C57BL/6J或者BALB/c nu裸鼠（下面还有具体介绍）。
目前人源性结直肠癌移植瘤（异种移植）模型主要分为两种，一种是将人源的结直肠癌细胞系接种到免疫缺陷小鼠体内，称为CDX模型（cell-line-derived xenograft），另一种是将来源于患者的结直肠癌组织块接种到免疫缺陷小鼠体内，称为PDX模型（patient-derived xenograft）。
由于用作CDX模型的人源结直肠癌细胞系具有易获取，成瘤效果好，验证数据详实（有大量细胞功能学和药效数据可供参考）以及操作成本低等优势，在各类实验室中都有使用。
在结直肠癌研究当中，KRAS基因突变已被鉴定为预测西妥昔（Cetuximab）疗效的生物学标志物；在很多病例当中，BRAF、TP53等基因突变被发现于结直肠癌不同的发展阶段；而MSI（microsatellite instability）是判断结直肠癌类型的一种重要指标。（不同结直肠癌细胞种类介绍见下文）
另外，若是仅进行肿瘤增殖角度的研究，使用皮下成瘤模型即可，属于最常用的体内模型。而若要进行转移角度的研究，则需要构建尾静脉注射转移模型或脾脏接种转移模型。
前者多造成结直肠癌的肺转移，常用于研究肺转移机理或筛选抑制肺转移的药物；后者多造成结直肠癌的肝脏转移，模型的表型更接近于结直肠癌术后肝转移的临床特征，其具有造模简单，转移率高等特点。
人源细胞系在传代的过程中，其肿瘤细胞学特征、表达谱水平及肿瘤异质性与原始肿瘤差别较大，在药效预测方面很可能无法满足需求。PDX模型应运而生，其将手术中获得的新鲜肿瘤组织移植到免疫缺陷小鼠，以精确模拟患者肿瘤的生物学特性及不同患者间肿瘤的异质性。
结直肠癌PDX模型在组织病理学、癌基因表达及对药物反应上均可较好的复制原发肿瘤的生物学特点，具有较好的临床预见性。
通过移植人源CD34+造血干细胞或者PBMC到免疫缺陷小鼠体内（即建立人源化免疫重建小鼠），在此基础上构建PDX，则成为Hu-PDX模型。此类模型不仅能够提供与人体肿瘤生长类似的免疫微环境，同时还能解决常规结直肠癌PDX模型因使用免疫缺陷小鼠而无法用于抗肿瘤免疫药物评估的问题。
结直肠癌原发瘤模型
在药物筛选、药效评价或临床预测方面，移植瘤显然有独特的优势。但若我们想探究结直肠癌发生或转移的内在机理，显然原发瘤模型更为适合。目前主流的结直肠癌原发瘤模型分为诱发型结直肠癌模型和基因工程小鼠结直肠癌模型。
诱发型结直肠癌模型
诱发型结直肠癌模型多采用化学诱发途径（Fig.1），常用的诱导剂有二甲基肼(dimethylhydrazine,DMH)、氧化偶氮甲烷(azoxymethane,AOM)及致炎剂葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodiuln, DSS)。
DMH本身不致癌，但在肝细胞内质网被氧化成甲基氧化偶氮甲醇，随胆汁进入肠腔，则会引起结直肠癌上皮癌变。
AOM是DMH在肝脏的代谢产物，它通过DNA烷化，促进碱基的错误配对而致癌。
DMH和AOM都可以诱发结肠肿瘤，但后者相比前者的致癌性更加稳定高效。DSS是人工合成的一种硫酸多糖，其单独使用会造成小鼠结肠炎症，以Th1/Th2细胞功能失调为特征，并伴有一定几率的肠癌发生。而AOM和DSS联合使用则可以稳定地诱发炎症性结直肠癌。
基因工程小鼠结直肠癌模型
近些年由于基因编辑门槛的下降，基因工程小鼠结直肠癌模型流行起来。该类模型是直接将结直肠癌发生相关的基因进行编辑，特异性很高，在研究结直肠癌发生发展机制中具有独特的优势。在这里，小编将介绍一些最常用的基因工程小鼠结直肠癌模型供大家参考。
部分结肠癌细胞系分子特征一览表*（*各细胞系在免疫缺陷鼠中的成瘤性最好通过预实验确定）
细胞名称 | 组织来源 | MSI状态 | KRAS | BRAF | TP53 |
HCT-8 | 结肠原发灶 | MSI | 野生型 | 突变型V600G | 野生型 |
HCT-116 | 结肠原发灶 | MSI | 突变型G13G | 野生型 | 野生型 |
SW480 | 结肠原发灶 | MSS | 突变型G12V | 野生型 | 突变型R273H |
SW620 | 淋巴结转移灶 | MSS | 突变型G12V | 野生型 | 突变型 |
Caco-2 | 结肠原发灶 | MSI | 野生型 | 野生型 | 突变型R273H |
HT-29 | 结肠原发灶 | MSS | 野生型 | 突变型V600E | 突变型E204X |
loVo | 左锁骨上区转移灶 | MSI | 突变型G13D | 野生型 | 野生型 |
小鼠品系 | 简介 | 适用疾病（原发性或移植瘤） |
BALB/c小鼠 | 形成了许多亚系，如BALB/cAnN,BALB/cJ，BALB/cCd。BALB/c小鼠基因型为Aa***c。毛色为白色。其乳腺癌发病率低，但对致癌因子敏感。乳腺肿瘤发生率约为10﹪~20﹪。有一定数量的卵巢、肾上腺和肺部肿瘤、白血病的发生。肺癌发病率雌性26﹪，雄性29﹪。白血病发病率雌性12﹪，雄性10﹪。血压与其他近交系小鼠相比为最高，有自发高血压症。老年小鼠心脏有某些病变，雌雄小鼠常有动脉硬化。几乎全部20月龄的雄性小鼠均有淀粉样变。对鼠伤寒沙门氏菌C`5敏感，对麻疹病毒中度敏感，易患慢性肺炎，对放射线极度敏感。富于网状内皮细胞的器官（如肝、脾）与体重相比，所占比值很大。常用于单克隆抗体和免疫学研究。BALB/c小鼠生产性能好，繁殖期长，一般无相互侵袭习性，比较容易群养。平均寿命：有的记载雄鼠为509天，雌鼠为561天；有的记载雄鼠为648天，雌鼠为816天。平均体重252日龄雄鼠为30g，雌鼠为28g。 | 原发性或移植瘤结直肠癌模型均可 |
C57BL/6J小鼠 | 黑色。C57BL小鼠对Graffi白血病因子较敏感。对麻疹病毒敏感。乳腺肿瘤发生率低。网状组织肿瘤自发率，雌鼠少于10﹪，雄鼠为4﹪。较老的动物中有垂体腺瘤发生。老年性肾硬化症常见。有些亚系有遗传性的脑积水。C57BL小鼠对化学致癌物诱导作用敏感性低，但全身经放射线照射后，淋巴瘤发生率达90﹪~100﹪。腰椎六个，有许多骨骼方面的变异。亚系C57BL/He和C57BL/An，与其他的C57BL和C58不同，它们有元素Ce的高效肝分解酶。C57BL小鼠适于穴居，非地面生活的小鼠，对逃避侵袭的反应性不敏感。于无特殊病原体（SPF）环境中，在用代乳鼠喂养条件下的平均寿命，雌鼠为580天，雄鼠为645天。 | 原发性或移植瘤结直肠癌模型均可 |
KM小鼠 | 一直是我国生产量、使用量最大的远交群小鼠，被广泛应用药理学、毒理学等领域的研究，以及药品、生物制品的生产与检定。1926年美国Rockfeller研究所从瑞士引入白化小鼠培育成Swiss小鼠。1944年3月17日卫生部北京生物制品研究所汤飞凡从印度Hoffkine研究所引进Swiss小鼠，饲养在中国昆明中央防疫处。由于该小鼠起初引入地是昆明，故称之为昆明小鼠，这就是昆明小鼠品系名称的由来。KM小鼠基因库大，基因杂合率高，目前国内已从KM小鼠远交群中先后培育出不少近交系小鼠。KM小鼠被毛白色，54日龄性成熟，雄鼠体重31g，平均日增重0.55g，雌鼠平均日增重0.37g。平均窝仔数7.25只。断乳存活率82.15﹪，胎间隔30.9天。肿瘤自发率较高，占淘汰鼠的22﹪，且从生产第一胎就开始出现。经50多年的选育，现在KM小鼠肿瘤自发率极低。不同地饲养的昆明小鼠封闭群的生长发育与繁殖性能存在一定差异。但其共同特点是抗病力和适应力很强，繁殖率和成活率高。 | 主要移植瘤结直肠癌模型 |
ICR小鼠 | 中国科学院遗传研究所在1973年从日本国立肿瘤研究所引进，1979中国医学科学院分院动物中心（现本所）引进，1978年北京检定所引进，1983年中国科学院遗传研究所在1973年从日本国立肿瘤研究所引进，1979中国医学科学院分院动物中心（现本所）引进，1978年北京检定所引进，1983年上海计划生育研究所从瑞士苏黎世毒理学研究所引进。品种特征：毛色白化。适应性强，体格健壮，繁殖力强，生长速度快，实验重复性较好，，雌鼠自发性畸胎瘤和管状腺瘤发病率为0%~1%，用氨基甲酸乙酯诱发时，11~16天胚胎期畸胎瘤和管状腺瘤发病率为5.9%，离乳个体管状腺瘤和囊瘤发生率为30%,孕鼠为3%。是国际通用的封闭群小鼠,我国从美国、日本、英国、瑞士等国引进的ICR，各群体之间在遗传特性方面不可避免地出现了一些差异，在应用时应注意。ICR/JCL小鼠是进行免疫药物筛选，复制病理模型较常用的实验动物。外周血象和骨髓细胞，具有较好的稳定性，是良好的血液学实验用动物。已广泛用于药理、毒理、肿瘤、放射性、食品、生物制品等的科研、生产和教学。 | / |
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