如何正确地选择肿瘤动物模型？

Original 2017-05-18 胡克文 邦耀实验室

导读

在中国，每天约有7710例患者死于癌症，每分钟大概6人死于癌症，因此，癌症的研究无疑成为生物医学的重中之重，动物模型在肿瘤发生发展及药物研发上扮演着至关重要角色。那么面对不同的肿瘤模型，究竟怎样的动物模型才可以准确反映人类肿瘤发展情况呢？这就是我们本期内容，告诉大家什么样的肿瘤动物模型才是你真正想要的。

首先我们要知道，最大的问题不是如何去建立模型，而是建立什么样的模型。因为不同的模型会导致实验结果有较大出入，肿瘤学研究工作者应当熟悉该领域已有的研究成果，查阅全面资料后，才能为自己的课题选到合适的实验动物肿瘤模型。

第一步，需要明确你的实验目的

根据设定的实验目标来选择最合适的动物模型，才能得到科学的结论和理想的结果。肿瘤动物模型的应用一般分为：肿瘤发生发展机制研究、抗肿瘤药物筛选、免疫疗法相关研究等。

第二步，了解已有的各类常见肿瘤模型分类及特点

肿瘤动物模型一般分为：①CDTX（肿瘤细胞系移植模型）②PDTX（人源肿瘤组织异种移植模型）③诱发性肿瘤动物模型④基因修饰肿瘤模型⑤自发性肿瘤动物模型；

每个模型介绍详情可点击往期文章（3.4肿瘤动物模型介绍）。

第三步，进一步细化到模型的每一个不定因素

主要包括以下几个不确定因素：

（1）细胞系的选择

根据研究的肿瘤类型以及基因型选取相应的肿瘤细胞系，用于荷瘤的细胞要保证较好的生长状态，无污染，处于对数生长期。不同肿瘤细胞系的成瘤率不同，结合自身选取成瘤率高的细胞系进行实验。如乳腺癌细胞有几十种，根据来源有鼠源和人源的，根据分型有三阴性与非三阴性的，如果要更贴近人类三阴性乳腺癌的研究，一般会选择易荷瘤的MDA-MB-231细胞。

（2）小鼠品系的选择

肿瘤细胞系移植模型分为两种：将人的肿瘤细胞系或肿瘤组织移植到小鼠体内和将小鼠的肿瘤细胞移植到小鼠体内，前者为异种移植因此必须选择具有免疫缺陷的小鼠（如：nude，NOD/scid，NSG），后者为同种移植，因此选择与肿瘤细胞系来源一致的小鼠（C57BL/6品系来源的黑色素瘤细胞系B16F10以及路易斯肺癌细胞系LLC就要选择C57BL/6品系的小鼠）。

（3）小鼠的周龄、体重、性别

通常为6-8周，18-22g（部分模型会有差别），保证个体间差异较小；通常雌雄均可，但是根据研究的肿瘤类型及肿瘤细胞系选择（乳腺癌等要选择雌性，前列腺癌等要选择雄性）

（4）接种位置的选择

如CDTX主 40 36687 40 14942 0 0 1461 0 0:00:25 0:00:10 0:00:15 3300要包括皮下荷瘤、各种转移模型荷瘤（尾静脉、左心室注射）、原位荷瘤等。不同位置说明的情况不同，如单独研究生长可以选择简单的皮下荷瘤。具体介绍看往期（3.5肿瘤模型之生长、转移及复发模型）

最后，结合实验目的和模型特点两者去选择最终模型

如CDTX接种成瘤率高、实验周期短，常用于药物研发；而自发肿瘤模型诱导时间长，肿瘤出现时间、部位及大小等不均一，因此很少用于药物研发。

注意：构建模型应该建立在已有的研究基础上，避免无用功

首先应查阅相关文献有比较全面的了解后，清楚什么样的动物模型能够说明自己的问题。通常文献中不会非常具体的介绍模型的构建过程，这就需要与身边经验丰富的大神取经了，要关注每一个细节，切不可眼高手低。当第一次独立构建模型时，最好先进行预实验，预实验很重要！预实验很重要！预实验很重要！

下面以实验目的为基础举几个实例，大家会有更直观的理解：

一、基于抗肿瘤药物筛选为目的，一般选择CDTX、PDTX等

a.肿瘤细胞系移植模型（CDTX model, cell-line-derived tumor xenograft）

主要包括皮下荷瘤、各种转移模型荷瘤、原位荷瘤等。

①皮下荷瘤模型主要用于抑制肿瘤生长（细胞增殖）的药物的筛选检测；

②各种转移模型（包括左心室注射、尾静脉注射）主要用于抑制肿瘤转移的药物的筛选检测；

③原位模型由于是将肿瘤细胞移植到小鼠的相应器官，肿瘤易发生转移（如肺癌、乳腺癌等），因此原位模型既可用于抑制肿瘤生长又可用于抑制肿瘤转移的药物的筛选与检测。

举例：人源肺癌细胞A549的裸鼠原位荷瘤模型

如图1，该模型与皮下荷瘤模型相比，原位生长能更好的模拟肿瘤细胞在体内生长的微环境，更准确的预测药物疗效。A549原位生长模型较于皮下荷瘤模型发展更快，2-3周便发生转移，生存时间明显短于皮下荷瘤模型，因此便于绘制生长曲线（又称Kaplan-Meier曲线），通过生存曲线可以对抗肿瘤效果有更直观的了解。

图1.肺癌原位荷瘤模型［1］

b.人源肿瘤组织异种移植模型（PDTX model, patient-derived tumor xenograft）

异种移植肿瘤是移植性肿瘤的一种，主要用于抑制肿瘤生长（细胞增殖）的药物的筛选检测，近年很重视人体肿瘤的动物体内移植模型。因为这种模型使用病人的肿瘤组织，在组织形态和遗传特征等方面均与人类肿瘤相同，故用这种模型比较直接研究人类肿瘤等生物学特性及抗肿瘤药物。根据抗肿瘤药物的目标肿瘤选取相应的肿瘤模型即可。

c.基因修饰模型

基因修饰肿瘤模型是利用转基因、基因打靶和条件性基因打靶等技术敲除或插入特定基因，从而诱发动物产生肿瘤的模型。该模型主要用于肿瘤发生发展过程及作用机制的研究。但其在抗肿瘤药物的筛选中也有一定的应用，原癌基因在人类中频发突变是肿瘤产生的重要原因之一，而靶向这部分原癌基因的抗肿瘤药物筛选是一个重要方向。因此，相对应的基因突变小鼠肿瘤模型在抗肿瘤药物筛选中具有重要作用。

举例：Lox-STOP-Lox-Kras^G12D Conditional Mouse Model

Ras在人类肿瘤频发突变，K-ras的激活突变是肺部肿瘤产生的原因之一，在k-ras locus上敲入了Lox-Stop-Lox-Kras^G12D,通过小鼠鼻腔注入Ad-Cre重组腺病毒，诱导肺中的K-ras^G12D表达，从而产生肺癌。由于其产生的机制及组织形态和遗传特征等方面均与人类K-ras突变肿瘤相似，因此该模型能够很好的评价针对K-ras突变的抗肿瘤药物活性［2］。因此对于靶向特定基因的抗肿瘤药物，可以运用相对应的基因修饰模型就行筛选检测。

二、基于肿瘤发生发展机制研究为目的

对于肿瘤机制的研究，也可以选择上述几种模型，更多的运用基因修饰动物模型。在实验中观察指标以及分析角度也有药物研发不同。一般会采取多个模型共同验证。

举例：如在探究REGγ在皮肤癌产生过程中作用的研究中，同时用到了肿瘤细胞系移植模型和基因修饰动物模型（图3）。通过比较REGγ^＋／＋和REGγ^-／-小鼠皮肤肿瘤形成进展以及REGγ野生型与REGγ knock down之后的人源肿瘤细胞在小鼠皮下荷瘤模型中的大小，发现REGγ在皮肤肿瘤的发生发展中具有重要作用，且其是通过Wnt/b-catenin通路发挥作用的[3]。

图3. REGγ在皮肤肿瘤产生过程中作用的研究[3]

三. 基于免疫疗法相关研究为目的

在当今众多的癌症治疗手段中，免疫疗法可谓炙手可热，因此我们把免疫相关的肿瘤模型单独列出。以T细胞受体T细胞技术（TCR-T）、嵌合抗原受体T细胞技术（CAR-T）以及免疫检查点阻断技术（Immune Checkpoint Blockade）为代表的新兴肿瘤免疫疗法不断取得临床上的突破，在往期中我们已经对以上技术的肿瘤模型进行了详细的介绍，主要还集中在基于重症联合免疫缺陷小鼠（过继性细胞回输）以及同系肿瘤细胞系小鼠模型（免疫检查点阻断）的研究。（3.6 免疫疗法相关肿瘤模型介绍）

为了满足研究的需要，在种类繁多的动物模型中如何选择适合自己的模型变得尤为重要。这就需要我们结合自身需要进行量身选择，更多的时候是结合多个模型来说明一个问题。相信看到这里，你想要的模型心里已经有数了吧，接着我们就会逐一为大家介绍各类肿瘤模型的建立方法，请持续关注我们哦！

参考文献：

［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 Li1,2,*, Yongyan Dang2,*, Jishen Zhang1,*, Wangjun Yan1 et al. REGγ is critical for skin carcinogenesis by modulating the Wnt/b-catenin pathway Nature Communications,2015 Apr 24;6:6875.

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模式动物系列（—）小鼠基本信息

1.6 常见小鼠实验操作技能（小鼠的抓取与固定、给药方式等）

1.7 尾静脉注射实验技巧

1.8 大鼠信息介绍

2. 模式动物系列（二）基因编辑鼠

2.1 基因编辑鼠的构建