脊髓膠質(zhì)瘤動物模型研究進(jìn)展

(南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院脊柱外科,湖南衡陽421001)

脊髓膠質(zhì)瘤在脊髓髓內(nèi)腫瘤中占有重要地位,其發(fā)病率可占各類脊髓髓內(nèi)腫瘤80%以上,其他類型脊髓髓內(nèi)腫瘤包括皮樣囊腫、表皮樣囊腫、腸源性囊腫、畸胎瘤、蛛網(wǎng)膜囊腫和血管母細(xì)胞瘤即血管網(wǎng)狀細(xì)胞瘤等[1]。脊髓膠質(zhì)瘤主要病理分型包括：室管膜瘤、星形細(xì)胞瘤、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞神經(jīng)膠質(zhì)瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤、毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤及多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。其中室管膜瘤最為常見[2]。由于脊髓膠質(zhì)瘤的高復(fù)發(fā)率及致殘致死率,使其治療成為非常棘手的問題。目前脊髓膠質(zhì)瘤的治療以手術(shù)、放療及化療為主,但治療效果都不盡理想。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展以及對膠質(zhì)瘤發(fā)病機(jī)制研究的逐漸深入,分子靶向治療和基因治療為脊髓膠質(zhì)瘤的治療提供了新的治療方向[3,6]。但這些新的治療手段在進(jìn)行臨床實驗之前需要通過大量的動物實驗以證明其有效性和可行性。因此建立穩(wěn)定可靠、具有代表性的動物模型,對于研究脊髓膠質(zhì)瘤具有非常重要的意義。脊髓膠質(zhì)瘤動物模型和腦膠質(zhì)瘤在一定程度上有許多類似之處,但由于解剖位置、組織分化以及神經(jīng)功能的不同,使得脊髓膠質(zhì)瘤模型的建立又有著一些特殊性[7,9]。本文就不同的模型建立方法、分類進(jìn)行闡述。

1 腫瘤移植模型

腫瘤移植模型是目前應(yīng)用最為廣泛的方法。這類建模方法所用實驗動物的種類有大鼠、兔及犬。而根據(jù)腫瘤細(xì)胞株來源該模型可劃分為同種移植模型和異種移植模型[10]。這類模型制作的基本方法是通過顯微外科手術(shù)后路切除實驗動物棘突及椎板,暴露椎管,選擇相應(yīng)節(jié)段脊髓(一般為中胸段脊髓)通過細(xì)針注入腫瘤細(xì)胞株于脊髓內(nèi)。術(shù)后對實驗動物的神經(jīng)功能進(jìn)行評分,當(dāng)后肢出現(xiàn)癱瘓時,將動物處死,對實驗動物的脊髓進(jìn)行影像學(xué)、病理學(xué)檢驗。

在同種移植模型中,最為經(jīng)典的是1973年Barker等[11]建立的9L膠質(zhì)肉瘤模型。他們所建立的9L細(xì)胞系是從亞硝基甲基脲誘發(fā)的大鼠腦膠質(zhì)瘤模型中建立的,有表達(dá)las、neu、sis等癌基因的亞型[11,12]。至今該細(xì)胞株仍被廣泛用于腦和脊髓膠質(zhì)瘤的動物模型建立,這種細(xì)胞系雖然可在髓內(nèi)播散轉(zhuǎn)移,形成明顯的腫瘤占位效應(yīng),但其生長主要為局限性生長,浸潤性生長能力較差。2006年Justin等[13]首次報道了使用F98細(xì)胞在大鼠上建立脊髓膠質(zhì)瘤模型,該種細(xì)胞株形成的腫瘤模型則表現(xiàn)出明顯的浸潤性生長特點(diǎn)。

另一類為異種移植模型,早期的異種移植模型是將腫瘤組織植入到動物免疫力較弱的部位,如豚鼠眼前房和倉鼠的頰囊,以及使用過類固醇激素的兔,該種方法移植成功率低。隨著實驗動物學(xué)的發(fā)展,1966年Flanagan等[10]首次報道了將人類神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞植入裸鼠皮下或腦內(nèi),成功制作了膠質(zhì)瘤模型。2012年Wesley[14]等首次報道使用人類膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞株植入裸鼠脊髓內(nèi),建立脊髓膠質(zhì)瘤模型。使用該類方法具有實驗動物生存期長、腫瘤呈浸潤性生長、組織學(xué)特性更接近于人類等特點(diǎn),但這類模型也有其局限性,如克隆培養(yǎng)的細(xì)胞株易失去原發(fā)腫瘤的多形性和混合性,以及裸鼠這類實驗動物因為缺乏免疫力相對難以喂養(yǎng)等特點(diǎn)。

其他移植模型還包括狗、兔等一些大型動物模型,1984年Salcman等[15]首次報道了采用狗作為實驗動物建立脊髓膠質(zhì)瘤模型,這也是首個被報道的脊髓膠質(zhì)瘤動物模型。2005年Gaurav[16]等報道將VX2鱗狀上皮細(xì)胞癌的細(xì)胞株植入新西蘭大白兔脊髓內(nèi)建立脊髓膠質(zhì)瘤模型。這類大型實驗動物模型更加便于進(jìn)行影像學(xué)以及藥物劑量和毒理試驗研究。但這類動物模型相對價格昂貴,不便于進(jìn)行大規(guī)模試驗,且與之對應(yīng)的免疫組化抗體也相對缺乏。

2 病毒誘導(dǎo)模型

由于病毒基因組結(jié)構(gòu)簡單,分子背景比較清楚,易于改造和操作,所以廣泛應(yīng)用于動物模型的構(gòu)建之中。該模型基本原理是將攜帶致瘤基因的病毒注入試驗動物脊髓內(nèi),通過病毒轉(zhuǎn)染而產(chǎn)生瘤體。其中逆轉(zhuǎn)錄病毒具有2倍體基因結(jié)構(gòu),有兩個相同的RNA分子,二者在5′端附近經(jīng)氫鍵接成70 s RNA,加熱后可分成兩條正鏈RNA,在細(xì)胞周期中發(fā)揮作用[17]。2011年Jason A.Ellis等[18]首次報道使用逆轉(zhuǎn)錄病毒傳遞PDGF至野生型大鼠脊髓前體細(xì)胞誘導(dǎo)形成脊髓膠質(zhì)瘤。他們將攜帶有PDGF的逆轉(zhuǎn)錄病毒用綠色熒光蛋白標(biāo)記,將其注入野生型大鼠脊髓內(nèi),該種病毒選擇性轉(zhuǎn)染脊髓前體細(xì)胞并將逆轉(zhuǎn)錄信息傳遞至被轉(zhuǎn)染細(xì)胞,該實驗結(jié)果表明通過轉(zhuǎn)染PDGF使其在脊髓中高表達(dá)可誘發(fā)實驗動物形成脊髓膠質(zhì)瘤,并且該方法的傳遞效率很高,被轉(zhuǎn)染的實驗動物全部都誘發(fā)形成了腫瘤。并且可由被轉(zhuǎn)染的基因誘發(fā)腫瘤,證明該基因可能是致瘤基因。但這類模型的缺點(diǎn)是導(dǎo)入動物模型中腫瘤組織致癌周期不同,誘發(fā)腫瘤的性質(zhì)不一致。

3 轉(zhuǎn)基因模型

隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展,通過誘導(dǎo)某種遺傳性狀的改變,誘發(fā)實驗動物高頻率地發(fā)生特異性腫瘤成為研究熱點(diǎn)之一。通常轉(zhuǎn)基因動物模型是將外源性基因?qū)雽嶒瀯游锸芫研墼嘶蛟缙谂咛ブ?使之與實驗動物染色體穩(wěn)定融合并傳遞至后一代。并且可以采用雜交技術(shù),將兩種致瘤因素相結(jié)合,轉(zhuǎn)基因動物可以利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)造出特定的模型,使得分子微觀水平和整體宏觀水平結(jié)合起來,然后對基因?qū)肭昂蟊硇蜕系牟町愡M(jìn)行研究。腫瘤組織尤其是神經(jīng)膠質(zhì)瘤的形成是一個多因素、多種生物學(xué)行為的過程,包括激活通路、細(xì)胞周期破壞通路及抗凋亡通路等。利用導(dǎo)入外源性基因的方法,模仿某種腫瘤形成過程就可以建立相應(yīng)的動物模型[17]。2008年Yasuyuki等[19]人報道培育了一種能夠在四環(huán)素反應(yīng)因子調(diào)控下表達(dá)hPDGFB的轉(zhuǎn)基因小鼠,并且與表達(dá)四環(huán)素轉(zhuǎn)錄激活因子(tTA)的轉(zhuǎn)基因小鼠雜交。而tTA受脊髓中特異性因子GFAP調(diào)控。這兩種轉(zhuǎn)基因鼠形成的雜交鼠在沒有土霉素的環(huán)境中幾乎全部都誘導(dǎo)形成了脊髓膠質(zhì)瘤。另外Yasuyuki[19]等人還建立了受GFAP調(diào)控表達(dá)hPDGFB的轉(zhuǎn)基因鼠,同樣也誘導(dǎo)出了脊髓膠質(zhì)瘤模型。這種方法成瘤率較高,瘤細(xì)胞性質(zhì)穩(wěn)定,利于分子生物學(xué)研究。其缺點(diǎn)是誘導(dǎo)過程復(fù)雜,且時間周期長,大規(guī)模動物實驗成本高等。

4 問題與展望

脊髓髓內(nèi)膠質(zhì)瘤是一類發(fā)病少見,但復(fù)發(fā)率及致死致殘率很高的疾病。至今仍沒有十分有效的治療方法。建立一種有效的動物模型對于研究新的治療方法十分重要。理想的脊髓膠質(zhì)瘤動物模型應(yīng)滿足以下條件：(1)腫瘤細(xì)胞起源于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞;(2)腫瘤誘發(fā)時間短,實驗動物生存期長;(3)實驗動物易于獲得,可進(jìn)行大規(guī)模實驗;(4)腫瘤惡性程度及生長速度具有可預(yù)見性和重復(fù)性;(5)腫瘤生長特征與人脊髓惡性膠質(zhì)瘤相近,可以產(chǎn)生膠質(zhì)瘤細(xì)胞浸潤生長及占位效應(yīng)的特征,有新生腫瘤血管、無包膜;(6)可以產(chǎn)生相應(yīng)的神經(jīng)功能缺失癥狀[20]。隨著研究的深入,越來越多新的脊髓膠質(zhì)瘤動物模型被建立,這些模型各自有其優(yōu)缺點(diǎn),仍不完全是理想的模型,因此仍需不斷完善。

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