腦腫瘤動(dòng)物模型的研究進(jìn)展

1、腦腫瘤動(dòng)物模型的研究進(jìn)展摘要 動(dòng)物模型是研究腫瘤發(fā)病機(jī)制和檢驗(yàn)各種治療方法的有力武器，本文就腦腫瘤動(dòng)物模型的歷史發(fā)展和應(yīng)用前景作一綜述。關(guān)鍵詞 腦腫瘤 動(dòng)物模型 異種移植 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物腦腫瘤目前仍是嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康和生命的疾病，而腫瘤實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的建立為研究其發(fā)病機(jī)制、生物學(xué)特性和檢測(cè)各種治療方法提供了一種高模擬性工具。自上世紀(jì)以來(lái)，先后建立了化學(xué)物質(zhì)誘發(fā)腦腫瘤模型、病毒誘發(fā)模型、同種以及異種移植模型，隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型又將成為人們研究的熱點(diǎn)。1.早期腦腫瘤動(dòng)物模型及其局限性11 自發(fā)性腦腫瘤動(dòng)物模型 腦腫瘤在哺乳動(dòng)物中的發(fā)病率不一，有報(bào)道狗為0.1-0.5%，SD大鼠

2、（7803只）為0.44%，但另一組41000只SD大鼠中僅發(fā)現(xiàn)38例中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，在靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物中更為罕見(jiàn)，曾解剖14000只恒河猴和1247只獼猴尸體，未發(fā)現(xiàn)一例腦腫瘤1。由于發(fā)病率低，加之自發(fā)瘤的隱匿性及荷瘤動(dòng)物生存期短的特點(diǎn)，自發(fā)瘤模型難以用于臨床。12 化學(xué)物質(zhì)誘發(fā)模型早期使用甲基膽蒽注入鼠腦實(shí)質(zhì)內(nèi)可成功誘發(fā)出腦腫瘤，其中大部分為膠質(zhì)瘤和腦膜肉瘤。在20世紀(jì)70年代，開(kāi)始使用一種合成的致癌物質(zhì)N-亞硝基脲及其衍生物乙基亞硝基脲（ENU）等進(jìn)行腫瘤誘發(fā)實(shí)驗(yàn)。Kostener2等將50/的ENU給受孕20天的大鼠一次性靜脈注射后，子代中均出現(xiàn)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，但ENU對(duì)成年鼠誘發(fā)腦腫

3、瘤率較低。亞硝基脲類(lèi)物質(zhì)誘發(fā)的腦腫瘤在部位、類(lèi)型、誘導(dǎo)時(shí)間以及惡性程度等方面均有很大差異。13病毒誘發(fā)模型 由于發(fā)現(xiàn)病毒與腦腫瘤的發(fā)病存在一定的關(guān)系，一些學(xué)者試圖使用病毒進(jìn)行腦腫瘤誘發(fā)實(shí)驗(yàn)，核糖核酸病毒（Rous肉瘤病毒）和脫氧核糖核酸病毒（腺病毒）均可誘發(fā)腦腫瘤。Bigner3等把濃縮的Rous肉瘤病毒（0.01ml）注射到一種新生犬腦內(nèi)，經(jīng)一段潛伏期后全部發(fā)生膠質(zhì)瘤或肉瘤，而且在動(dòng)物體內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)子代病毒，這說(shuō)明病毒的致瘤機(jī)理可能與其復(fù)制無(wú)關(guān)。也有人將AD12病毒直接注入到出生后24小時(shí)的鼠腦實(shí)質(zhì)內(nèi)，經(jīng)過(guò)數(shù)月的潛伏期后就能發(fā)生腦腫瘤，其中大部分為髓母細(xì)胞瘤。Tabuchi4 則把感染Rous

4、病毒的纖維母細(xì)胞接種到猴的右額葉內(nèi)，73%發(fā)生了腫瘤，主要是肉瘤。病毒誘發(fā)的腦腫瘤可在同種動(dòng)物中連續(xù)傳代，經(jīng)過(guò)克隆后可制成生物特性穩(wěn)定的模型，但其致瘤周期不一，誘發(fā)瘤性質(zhì)差別較大，而且病毒不宜保存，對(duì)人也有一定的傷害作用，從而限制了其應(yīng)用。2腦腫瘤移植模型 同種移植模型較多用于膠質(zhì)瘤的研究。將誘發(fā)的鼠腦膠質(zhì)瘤進(jìn)行體外細(xì)胞培養(yǎng)，形成穩(wěn)定的細(xì)胞系，如C6，9L，BT4A等，再將這些細(xì)胞植入同種大鼠腦內(nèi)，可得到同種移植膠質(zhì)瘤模型。腦腫瘤同種移植模型雖能提高腫瘤的模擬性和統(tǒng)一性，但動(dòng)物腦瘤與人腦瘤相比，在遺傳學(xué)、細(xì)胞動(dòng)力學(xué)和生物學(xué)方面均存在顯著的差異，因而人們將目光更多地投向腦腫瘤異種移植模型。由于免

5、疫排斥反應(yīng)的存在，早期多將腫瘤移植于動(dòng)物免疫缺陷區(qū)，如豚鼠眼前房、倉(cāng)鼠頰囊、兔角膜和雞胚絨毛膜等，還有學(xué)者采用藥物、X線照射等方法抑制動(dòng)物免疫反應(yīng)5。直到1968年由于免疫缺陷動(dòng)物的發(fā)現(xiàn)，才真正開(kāi)創(chuàng)了腦腫瘤異種移植動(dòng)物模型的時(shí)代，這些動(dòng)物包括T淋巴細(xì)胞功能缺陷的裸小鼠、裸大鼠，B淋巴細(xì)胞功能缺陷的CBA/N小鼠以及T、B淋巴細(xì)胞聯(lián)合缺陷的Lasat小鼠、SCID小鼠等。目前對(duì)于腦腫瘤移植的方法還存在不同意見(jiàn)，主要包括：腦內(nèi)移植、腎包膜下移植和皮下移植。腦內(nèi)移植最接近腫瘤的人體生長(zhǎng)環(huán)境，但其操作復(fù)雜，動(dòng)物感染及死亡率高。近來(lái)有學(xué)者6采用立體定向技術(shù)將濃縮的腫瘤細(xì)胞懸液射注入大鼠右基底節(jié)區(qū)，可明顯

6、提高腫瘤的發(fā)生率并減少動(dòng)物損傷，但腫瘤細(xì)胞可沿注射通道向蛛網(wǎng)膜下腔、腦室內(nèi)及顱外播散。Engebraaten7等提出用培養(yǎng)的成膠母細(xì)胞瘤組織微塊代替細(xì)胞懸液進(jìn)行移植，成功率可達(dá)87.7-100%，Mccutcheon8對(duì)腦膜瘤進(jìn)行的顱內(nèi)移植實(shí)驗(yàn)也獲得了成功。顱內(nèi)移植最大的問(wèn)題在于難以連續(xù)觀測(cè)腫瘤的生長(zhǎng)情況。Medhkour9等認(rèn)為裸鼠的腎包膜下血供豐富，不易發(fā)生免疫反應(yīng)，故提出將腦腫瘤移植于此，但需多次切開(kāi)裸鼠腎包膜進(jìn)行觀察，易發(fā)生感染或死亡，而且會(huì)對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。裸鼠皮下移植模型操作簡(jiǎn)單，便于觀察，是目前應(yīng)用最為廣泛的方法。Jensen等10將腦膜瘤細(xì)胞懸液移植于40只裸鼠皮下，所形成

7、皮下腫瘤的組織學(xué)特征和細(xì)胞增殖特性與人類(lèi)腦膜瘤相似。Malham11分別采用細(xì)胞懸液和腫瘤組織塊進(jìn)行了皮下移植實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)后者的成功率要高于前者，他認(rèn)為組織塊含有腫瘤細(xì)胞間質(zhì)，在質(zhì)地、血供、間質(zhì)結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)特性等方面與原腫瘤更為接近。對(duì)于顱內(nèi)其他腫瘤，如髓母細(xì)胞瘤、顱咽管瘤、淋巴瘤等的異種移植模型也有報(bào)道。異種移植模型保留了人腦膜瘤的許多生物學(xué)特征，在組織形態(tài)學(xué)、細(xì)胞動(dòng)力學(xué)、遺傳學(xué)等方面與人類(lèi)極其相似，但腫瘤長(zhǎng)期傳代后可能發(fā)生一定的改變，表現(xiàn)為基因型和表現(xiàn)型的不穩(wěn)定，另外裸鼠的飼養(yǎng)條件要求也較高。3轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是現(xiàn)代基因工程技術(shù)的產(chǎn)物，該方法將外源性基因?qū)胨拗魅旧w基因組內(nèi)，并穩(wěn)定的

8、傳給后代，由于可改變宿主的基因型，使外源基因在動(dòng)物體內(nèi)得以表達(dá)，目前轉(zhuǎn)基因動(dòng)物已成為研究腫瘤分子生物學(xué)發(fā)生機(jī)制的有力武器。腦腫瘤轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的制備方法有多種，但其基本思路有兩個(gè)12，13： 導(dǎo)入一段致癌基因，使其在能利用該基因啟動(dòng)子的特定細(xì)胞中得以表達(dá)，雖然該基因可能不足以使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤細(xì)胞，但對(duì)其它的基因改變會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，使其更易誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生； 基因“敲除”，使特定的基因表達(dá)缺失，而這些基因所編碼的蛋白質(zhì)可能恰好具有抑制腫瘤發(fā)生的作用。基因動(dòng)物所產(chǎn)生腦腫瘤的類(lèi)型受多種因素的影響，Holland14認(rèn)為，腫瘤類(lèi)型由特定信號(hào)傳導(dǎo)通路的異常及其發(fā)生的細(xì)胞所決定。激活能控制膠質(zhì)細(xì)胞分化信

9、號(hào)傳導(dǎo)通路的某些生長(zhǎng)因子可誘發(fā)膠質(zhì)瘤，相反，如激活小腦顆粒細(xì)胞前體分化信號(hào)傳導(dǎo)通路產(chǎn)生的則是髓母細(xì)胞瘤。即便所產(chǎn)生的是同一種腫瘤，由于所控制基因的不同其惡性程度也有差別。目前有關(guān)膠質(zhì)瘤轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的研究較多。膠質(zhì)細(xì)胞包括星形細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，均由中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞分化而來(lái)，此過(guò)程受多種生長(zhǎng)因子及其受體的調(diào)控，如血小板源性生長(zhǎng)因子（PDGF）可促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞前體的增殖，并與成纖維生長(zhǎng)因子2（FGF2）協(xié)同作用阻止其進(jìn)一步分化為成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞15，16。與此相反，表皮生長(zhǎng)因子（EGF）則可加快膠質(zhì)細(xì)胞前體向星形細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)展的過(guò)程17。這些生長(zhǎng)因子可激活一系列信號(hào)傳導(dǎo)通路，其作用

10、受到多種基因的調(diào)控，通過(guò)這些基因改變信號(hào)傳導(dǎo)通路會(huì)導(dǎo)致膠質(zhì)瘤的產(chǎn)生，并且與所產(chǎn)生腫瘤的表型有關(guān)。Wessenberger18等通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)病毒癌基因來(lái)制備轉(zhuǎn)基因腫瘤動(dòng)物：由膠質(zhì)醋酸纖維蛋白（GFAP）啟動(dòng)子所啟動(dòng)的V-src基因可導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因鼠星形細(xì)胞瘤的發(fā)生；而將多性瘤病毒中間T抗原基因?qū)隚FAP陽(yáng)性表達(dá)的動(dòng)物體細(xì)胞中，可誘導(dǎo)產(chǎn)生混合型膠質(zhì)瘤；Uhrbom19實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)的PDGF基因（V-sis）整合到體內(nèi)混合的多種細(xì)胞后，能發(fā)生多種類(lèi)型的膠質(zhì)瘤，包括多形性膠母細(xì)胞瘤（GBM）。另外，有學(xué)者20發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，將具有活性的Akt和Ras 基因?qū)肽z質(zhì)前體細(xì)胞中后，能誘發(fā)多形性膠母

11、細(xì)胞瘤，然而Ras和Akt基因單獨(dú)作用時(shí)卻不能誘發(fā)該腫瘤，而且腫瘤多是由巢蛋白陽(yáng)性表達(dá)的前體細(xì)胞產(chǎn)生，而不是GFAP陽(yáng)性表達(dá)的星形細(xì)胞，這說(shuō)明未分化細(xì)胞對(duì)癌基因的作用更為敏感。其它腦腫瘤轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型還包括髓母細(xì)胞瘤和脈絡(luò)叢乳頭狀瘤（CCPs）。髓母細(xì)胞瘤起源于小腦神經(jīng)外胚層，其細(xì)胞分化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程受SHH及其受體PTCH的調(diào)控，PTCH對(duì)其有很強(qiáng)的抑制作用，因此PTCH的失活或表達(dá)缺失具有致癌作用，可產(chǎn)生多種腫瘤，包括髓母細(xì)胞瘤21。CCPs起源于腦室脈絡(luò)叢組織，其具體分化過(guò)程尚未明了，Bristner將多形腺病毒SV40上游啟動(dòng)子所產(chǎn)生的SV40大T抗原基因表達(dá)于脈絡(luò)叢細(xì)胞后，可發(fā)生脈絡(luò)

12、叢乳頭狀瘤22。對(duì)于腦膜瘤、垂體瘤等顱內(nèi)其它腫瘤，目前還沒(méi)能建立理想的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型，這也是我們努力的一個(gè)方向。4腦腫瘤動(dòng)物模型質(zhì)量的鑒定標(biāo)準(zhǔn)腦腫瘤動(dòng)物模型質(zhì)量好壞的判定尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大致可從以下幾方面考慮1，10：保持遺傳學(xué)特征不變，即動(dòng)物間傳代移植瘤細(xì)胞染色體與初代接種的人腫瘤細(xì)胞染色體一致；各代移植瘤與人腦瘤的組織形態(tài)學(xué)特征基本一致；人腦腫瘤的某些特定標(biāo)記物在移植瘤中也能表達(dá)；移植瘤的細(xì)胞增殖特性，應(yīng)與原代人腦瘤接近；動(dòng)物移植瘤可連續(xù)傳代，且移植瘤的生物學(xué)特性保持不變；對(duì)治療的反應(yīng)與人腦腫瘤相似。其它還包括制備方法簡(jiǎn)便，易于大量復(fù)制，誘發(fā)時(shí)間短，生存期長(zhǎng)，對(duì)人員無(wú)危害等。事實(shí)上，目前還沒(méi)

13、有一種動(dòng)物模型能完全符合上述所有的標(biāo)準(zhǔn)。5展望利用腦腫瘤動(dòng)物模型，可進(jìn)行導(dǎo)向診斷和治療、藥代動(dòng)力學(xué)及藥物內(nèi)化測(cè)定等研究，還可用于評(píng)價(jià)各種治療方法的效果、篩選抗腫瘤藥物，因此在腦腫瘤的基礎(chǔ)與臨床研究領(lǐng)域中必將發(fā)揮不可替代的重要作用。由于現(xiàn)有的腦腫瘤動(dòng)物模型還未達(dá)到與人腦腫瘤的完全一致，我們期待能研制出更高質(zhì)量的動(dòng)物模型，以協(xié)助人類(lèi)最終攻克腦腫瘤這一頑疾。 參考文獻(xiàn) 1 Peterson DL, Sheridan PJ, Brown WE Jr. Animal models for brain tumors: historical perspectives and future direction

14、sJ. J Neurosurg 1994 May;80(5):865-762 Koestner A,Swenberg JA,Wechser W. Transplacental production with ethylnitrosonrea of neoplasm of the nervous system in Sprague-Dawley ratsJ. Am J Pathol,1970,63(1):37-503 Bigner DD,Kvedar JP,Vick NA.et al. An improved method of preparing Schmidt-Ruppin Rous sar

15、coma virus for brain tumor induction in mammalsJ. Neurology 1970,20:4134 Tabuchi K,Nishimoto A,Matsumoto K.et al. Establishment of a brain tumor model in adult monkeyJ. J Neurosurg,1985,63:912-65 Palma C,Bigioni M,Irrissuto C.et al. Antitumor activity of tachykinin NK1 receptor antagonist on human g

16、lioma U373MG xenograftJ. British J Cancer,2000,82(2):4806 Matsukado K,Inamura K,Nakano S.et al. Enhanced tumor uptake of carboplatin and survival in glioma bearing rats by intra carotid infusion of brady kinin analog BMP-7J. Neurosurgery,1996,39(1):125-347 Engebraaten O, Hjortland GO, Hirschberg H.e

17、t al. Growth of precultured human glioma specimens in nude rat brainJ. J Neurosurg 1999 Jan;90(1):125-328 McCutcheon IE, Friend KE, Gerdes TM.et al. Intracranial injection of human meningioma cells in athymic mice: an orthotopic model for meningioma growthJ. J Neurosurg 2000 Feb;92(2):306-149 Medhko

18、ur A, Van Roey M, Sobel RA.et al. Implantation of human meningiomas into the subrenal capsule of the nude mouse. A model for studies of tumor growthJ. J Neurosurg 1989 Oct;71(4):545-5010 Jensen RL, Leppla D, Rokosz N. et al. Matrigel augments xenograft transplantation of meningioma cells into athymi

19、c miceJ.Neurosurgery 1998 Jan;42(1):130-511 Malham GM, Thomsen RJ, Synek BJ. Et al. Establishment of primary human meningiomas as subcutaneous xenografts in miceJ. Br J Neurosurg 2001 Aug;15(4):328-3412 Aguzzi A,Brander S,Isenmann S.et al. Transgenic and gene disruption techniques in the study of ne

20、urocarcinogenesisJ. Glia,1995,15:348-6413 Macleod KF,Jacks T. Insights into cancer from transgenic mouse modelsJ.J Pathol,1999,187:43-6014 Holland EC. Gliomgenesis:genetic alterations and mouse modelsJ. Nat Rev Genet,2001,2:1-1015 Ford HL,Pardee AB. Cancer and the cell cycleJ. J Cell Biochem,1999,su

21、ppl32-33:166-7216 Bogler O,Wren D,Barnett S.et al. Cooperation between two growth factors promotes extented self-renewal and inhibits differentiation of ogliodendrocyte-type 2 astrocyte(O2A) progenitor cellsJ. Proc Natl Acad Sci USA 1990, 87:6368-7217 Rajian P,Mckay RD. Multiple routes to astrocytic differentiation in the CNSJ. J Neurosci,1998, 18:362