裸鼠結(jié)直腸癌原位移植模型的建立和應(yīng)用進(jìn)展

戴功建,金黑鷹,夏建國(guó)

(1.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院胃腸專業(yè),江蘇南京,210029;

2.南京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院全國(guó)肛腸醫(yī)療中心,江蘇南京,210029)

疾病動(dòng)物模型是當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)研究中一種便于認(rèn)識(shí)客觀事物的非常重要的實(shí)驗(yàn)方法和手段。通過(guò)模型的間接性研究,可以有意識(shí)地改變那些在自然條件下不可能或不容易控制的因素,以觀察模型的反應(yīng)結(jié)果,并將研究結(jié)果推及于人類疾病,從而有助于更有效地揭示人類疾病的本質(zhì)和發(fā)展規(guī)律。

結(jié)直腸癌是消化系統(tǒng)比較常見的惡性腫瘤,隨著人們生活水平的提高、飲食結(jié)構(gòu)的變化、發(fā)病率呈逐漸上升趨勢(shì),嚴(yán)重威脅人類健康,因此對(duì)結(jié)直腸癌發(fā)病機(jī)制及相應(yīng)治療措施的研究以成為目前的主要任務(wù)之一,這就要求必須建立最能體現(xiàn)人體結(jié)直腸癌特點(diǎn)的動(dòng)物模型。常用的結(jié)直腸癌動(dòng)物模型有腫瘤細(xì)胞株皮下接種模型、“基因敲除”模型和原位移植模型。

腫瘤細(xì)胞株皮下接種模型,建立容易、觀察方便,是一種非常常用的模型,但是由于皮下接種模型無(wú)法出現(xiàn)結(jié)直腸癌常見的一些生物學(xué)特性如出現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等,因此在腫瘤的治療研究方面、特別是治療機(jī)理研究方面的價(jià)值較小。根據(jù)結(jié)直腸癌發(fā)生的分子生物學(xué)基礎(chǔ)建立的結(jié)直腸癌的“基因敲除模型”在理論上來(lái)講是一種比較理想的模型,目前已建立 Apc“基因敲除模型”、hMSH2、hMSH6、hMLH1、hPSM1 等“基因敲除模型”[1-2],但是這些小鼠腫瘤的發(fā)生過(guò)程與HNPCC結(jié)直腸癌有較大差異,目前尚無(wú)法應(yīng)用于腫瘤藥物的篩選和治療的研究,其應(yīng)用價(jià)值需要進(jìn)一步的探索,模型需要進(jìn)一步的優(yōu)化。原位移植模型是將腫瘤組織通過(guò)手術(shù)種植在體內(nèi)的相應(yīng)部位,從而進(jìn)行相應(yīng)部位腫瘤研究的方法,原位移植模型是目前廣泛應(yīng)用的一種腫瘤模型。

1 原位移植模型建立的方法

原位移植模型就是將腫瘤組織通過(guò)外科手術(shù)操作移植在裸鼠的相應(yīng)部位,從而產(chǎn)生于在體腫瘤相類似的腫瘤生物學(xué)特性。Hoffmann等建立了結(jié)腸癌的原位移植模型(SOI)模型,作者在20只移植了人結(jié)腸癌組織的裸鼠中觀察到了腹腔種植轉(zhuǎn)移、腹膜轉(zhuǎn)移、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和肝臟轉(zhuǎn)移[3-4],因此原位移植模型是一種建立比較容易而且腫瘤的生物學(xué)特性與在體腫瘤較為一致,是進(jìn)行結(jié)直腸癌生物學(xué)研究和腫瘤藥物篩選研究的理想模型。Rashidi,等建立結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移模型,將從結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的患者中取腫瘤組織,然后種植在肝臟中,在該模型中除發(fā)現(xiàn)腫瘤在肝臟中生長(zhǎng)外,還發(fā)現(xiàn)肝門轉(zhuǎn)移和腹腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,因此作者認(rèn)為肝轉(zhuǎn)移腫瘤可以通過(guò)肝門向肝臟以外轉(zhuǎn)移[5]。但是切開腹腔進(jìn)行結(jié)腸癌原位移植有一定的死亡率,而且腫瘤在體內(nèi)不容易進(jìn)行觀察,chen等通過(guò)肛門注射催CT-26細(xì)胞方法建立了直腸癌的原位移植模型,并對(duì)腫瘤進(jìn)行而且應(yīng)用于直腸癌的研究,有便于觀察的優(yōu)點(diǎn)[6],但是該模型由于腫瘤生長(zhǎng)比較迅速,因此可能很快快發(fā)生結(jié)腸梗阻,因此其臨床使用受到一定的限制。使用外科切除的組織塊建立結(jié)腸癌原位移植模型,由于腫瘤直接來(lái)源于腫瘤患者的組織,因此其腫瘤的生長(zhǎng)符合該患者腫瘤的特點(diǎn),避免了原腫瘤完整性的破壞,保留了瘤細(xì)胞之間、瘤細(xì)胞與間質(zhì)之間、瘤細(xì)胞與宿主之間的相互作用,這種聯(lián)系是恰恰是腫瘤細(xì)胞完整表達(dá)其惡性特性尤其是轉(zhuǎn)移特性所必需的,瘤組織塊的結(jié)直癌原位移植成瘤率及轉(zhuǎn)移率均明顯提高,且晚期出現(xiàn)惡病質(zhì)及廣泛轉(zhuǎn)移等表現(xiàn),其特點(diǎn)與臨床患者頗為相似,是目前最為理想的模型。但是使用組織塊建立的腫瘤模型,每個(gè)研究者所采取的腫瘤標(biāo)本不同,因此在治療和腫瘤發(fā)病機(jī)理研究中差異較大,可比性不強(qiáng)。Okazaki等[7]通過(guò)向皮下和結(jié)腸粘膜下注射細(xì)胞株建立原位模型,但是在進(jìn)行腫瘤細(xì)胞注射時(shí)由于壓力較大,容易使腫瘤細(xì)胞沿淋巴管進(jìn)行轉(zhuǎn)移而出現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。Takahashi等[8]首先在直腸處注射腫瘤細(xì)胞,然后使用刺激性的藥物誘發(fā)動(dòng)物產(chǎn)生結(jié)腸炎,動(dòng)物在一周后可以發(fā)生直腸癌,但是由于炎癥的刺激所產(chǎn)生的腫瘤可能與原發(fā)腫瘤存在一定的差異。目前多數(shù)學(xué)者使用細(xì)胞株進(jìn)行原位移植模型的建立和研究,首先在使用細(xì)胞株在皮下接種建立皮下接種的腫瘤,待腫瘤生長(zhǎng)在一定的大小后移植在相應(yīng)的部位。使用細(xì)胞株建立原位移植模型的好處在于細(xì)胞株其遺傳背景比較明確,不同研究者使用相同的細(xì)胞進(jìn)行研究,可比性強(qiáng),缺點(diǎn)在于使用了細(xì)胞株產(chǎn)生的腫瘤無(wú)法形成腫瘤腺管樣結(jié)構(gòu)。目前已有使用Lovo細(xì)胞、HCT-116細(xì)胞、HT-29細(xì)胞建立的腫瘤模型[9-11],而且在結(jié)直腸癌的研究中的確有了重要的成果。Marchal F等發(fā)現(xiàn)使用肝高轉(zhuǎn)移細(xì)胞株HT-29可以非常穩(wěn)定的建立結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移模型,國(guó)內(nèi)zhang等利用人結(jié)直腸癌細(xì)胞株SW480同樣獲得了裸鼠結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移模型[12]。

2 結(jié)直腸癌原位移植模型在結(jié)直腸癌研究中的應(yīng)用

由于原位移植模型具有在體腫瘤類似或相同的特征,因此使用原位移植模型是進(jìn)行治療研究的理想的動(dòng)物模型。結(jié)腸癌的原位移植模型在腫瘤藥物的篩選、腫瘤的生物治療和結(jié)直腸癌腫瘤病例方面的研究中發(fā)揮重要的作用。

Onogawa等[13]在VEGF-C和 VEGF-D表達(dá)研究中發(fā)現(xiàn),VEGF-C和VEGF-D在皮下接種模型中表達(dá)低而在原位移植模型中表達(dá)較高,作者認(rèn)為VEGF-C和VEGF-D表達(dá)可能與組織的微環(huán)境有關(guān),因此作者認(rèn)為研究VEGF-C和VEGFD的表達(dá)需要使用原位移植模型。在體外研究中PDGF-R不能移植腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),Kitadai等研究在體抑制PDGF-R表達(dá)是否可以抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),作者在裸鼠的盲腸和脾臟出注射了KM12SM結(jié)腸癌細(xì)胞,并使用 CPT-11作為對(duì)照,研究發(fā)現(xiàn)抑制PDGF-R表達(dá)可以抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。該結(jié)果與體外試驗(yàn)研究不同,提示體外試驗(yàn)研究與在體研究的結(jié)果存在差異,也提示使用原位移植模型可能使結(jié)直腸癌的研究更為理想[14]。Zhao等使用原位移植模型進(jìn)行腫瘤轉(zhuǎn)移新基因的研究,發(fā)現(xiàn)使用原位移植模型所建立的腫瘤模型能蓋好的反映腫瘤的特點(diǎn),得到更為可靠的結(jié)論[15]。

在治療研究中,原位移植模型同樣具有重要的作用。Wang等使用原位移植模型對(duì)西樂葆對(duì)結(jié)直腸癌的移植作用和其機(jī)理進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)西樂葆通過(guò)抑制COX-2,PGE(2)合成和VEGF and MMP-2 mRNA表達(dá)達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的作用[16-17]。

3 結(jié)直腸癌原位移植模型在結(jié)直腸癌所面臨的問題

結(jié)直腸癌的原位移植模型在結(jié)直腸癌的治療中發(fā)揮重要的作用,但是由于原位移植模型腫瘤位于體內(nèi),觀察不是十分方便,另外在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移方面研究門脈注射腫瘤細(xì)胞似乎要優(yōu)于原位移植[18]。部分學(xué)者使用MRI和超聲對(duì)腫瘤進(jìn)行檢測(cè)[19],但是由于腫瘤位置較深,不十分精確。Hoffman等建議了熒光動(dòng)物模型,在腫瘤組織中首先倒入紅色或綠色的熒光,然后使用熒光對(duì)腫瘤進(jìn)行觀察,是腫瘤觀察的精確程度顯著的提高[20-21];國(guó)內(nèi)于曉 等采用活體成像技術(shù)監(jiān)測(cè)穩(wěn)定高表達(dá)熒光酶報(bào)告基因的腫瘤細(xì)胞在小鼠體內(nèi)行長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移情況,為腫瘤治療的藥物研發(fā)提供新的有用工具[22]。但是使用熒光仍不能解決反復(fù)取樣的要求,特別是在腫瘤發(fā)病和治療的研究中,能反復(fù)取樣是進(jìn)行研究的基礎(chǔ),因此需要開發(fā)更為可靠、理想的動(dòng)物模型,國(guó)內(nèi)Jing等利用盲腸造口研究結(jié)直腸原位移植模型在這方面作了很好的嘗試[23]。

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