前列腺癌種植性動(dòng)物模型概述

邱月+王東+祝紹隆+尹心寶+焦方東+劉銘+王振宇+袁會(huì)陽(yáng)

【摘要】 前列腺癌動(dòng)物模型是研究前列腺癌發(fā)病機(jī)制、腫瘤與宿主關(guān)系、腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移機(jī)制及評(píng)價(jià)治療效果的重要工具。目前前列腺癌動(dòng)物模型制作方法較多，應(yīng)用最廣泛的是種植性動(dòng)物模型。本文就前列腺癌種植性動(dòng)物模型的相關(guān)研究做一概述。

【關(guān)鍵詞】 前列腺癌； 種植性動(dòng)物模型； 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞； 骨轉(zhuǎn)移

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2018.1.093 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6805（2018）01-0184-03

The Summary of Transplanted Animal Model of Prostate Cancer/QIU Yue，WANG Dong，ZHU Shaolong，et al.//Chinese and Foreign Medical Research，2018，16（1）：184-186

【Abstract】 The animal model of prostate cancer is an important tool to study the pathogenesis of prostate cancer，the relationship between tumor and host，the mechanism of tumor invasion and metastasis，and evaluate the therapeutic effect.At present，there are many making methods of prostate cancer animal model，the most widely used is transplanted animal model.In this paper，the content of transplanted animal model of prostate cancer are discussed.

【Key words】 Prostate cancer； Transplanted animal model； Mesenchymal stem cells； Bone metastasis

First-authors address：Qilu Hospital of Shan Don7g University（Qingdao），Qingdao 266035，China

前列腺癌種植性動(dòng)物模型是研究前列腺癌的發(fā)病機(jī)制、腫瘤與宿主關(guān)系、腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移機(jī)制的重要工具。因種植性動(dòng)物模型具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短、有較強(qiáng)的可控性及重復(fù)性等優(yōu)勢(shì)，是前列腺癌動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的首選。

1 不同種源的前列腺癌細(xì)胞株

1.1 犬源型前列腺癌細(xì)胞株

由于犬自發(fā)前列腺癌發(fā)病率低、潛伏期長(zhǎng)，現(xiàn)主要通過(guò)同種移植前列腺癌細(xì)胞來(lái)建立動(dòng)物模型。主要的細(xì)胞株有DPC-1、

Ace-1、Leo和 Probasco細(xì)胞等。Keller等[1]在抑制犬免疫功能后，將Ace-1細(xì)胞原位移植到犬前列腺被膜下或前列腺實(shí)質(zhì)，結(jié)果50%的犬發(fā)生了局部淋巴結(jié)和肺轉(zhuǎn)移，80%發(fā)生前列腺實(shí)質(zhì)腫瘤，20%發(fā)生前列腺被膜下腫瘤。

1.2 鼠源型前列腺癌細(xì)胞株

鼠源型細(xì)胞株包括PAP、AT-1、Mat-LyLu、PA-Ⅲ、RM-1等，主要應(yīng)用在某些藥物初步的藥效考察上。因鼠源型細(xì)胞株不是來(lái)源于人類(lèi)，在種屬的同源性和疾病的發(fā)展與人類(lèi)明顯不同。因此，它的應(yīng)用遠(yuǎn)不如人源型細(xì)胞株廣泛。

1.3 人源型前列腺癌細(xì)胞株

目前，人源型前列腺癌細(xì)胞株包括激素不敏感型DU145、PC3、PC-3M細(xì)胞和激素敏感型LNCaP、CWR22細(xì)胞等，對(duì)研究腫瘤的發(fā)生發(fā)展起到了重要的作用。羅勇等[2]通過(guò)原位注射人前列腺癌細(xì)胞Du145成功建立BALB/c裸鼠的前列腺癌原位種植瘤模型。邵晨等[3]也通過(guò)運(yùn)用氟他胺耐受前列腺癌細(xì)胞LNCaP，結(jié)合應(yīng)用Matrigel膠接種到SCID雄鼠皮下，成功建立出氟他胺耐受動(dòng)物模型。

2 不同種植部位及途徑

2.1 皮下接種模型

在早期建立前列腺癌動(dòng)物模型時(shí)多選擇皮下作為荷瘤部位，因其有接種方便、易于觀察、成瘤率高的優(yōu)點(diǎn)。在皮下移植模型中，多數(shù)的模型均可獲得較高的成瘤率，卻無(wú)法或者僅有少量的模型中可以產(chǎn)生淋巴結(jié)或者遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。Rembrink等[4]將LNCaP細(xì)胞和PC-3細(xì)胞分別通過(guò)原位移植和皮下注射對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)原位移植組腫瘤發(fā)生率和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率均明顯增加，提示腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移需要合適的微環(huán)境，原位移植能夠增強(qiáng)腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。因此，皮下種植瘤模型并不能很好地模擬前列腺癌在人體內(nèi)的自然生長(zhǎng)過(guò)程以及許多生物學(xué)行為，目前該模型主要用于評(píng)價(jià)抗腫瘤生長(zhǎng)藥物的藥效，而很少用于建立轉(zhuǎn)移模型。

2.2 原位接種模型

原位接種模型包括原位細(xì)胞接種和原位組織塊接種模型兩種。原位細(xì)胞接種模型是將前列腺癌細(xì)胞注射至實(shí)驗(yàn)動(dòng)物前列腺的包膜下，直至包膜向上鼓起，脫離腺體表面。Rembrink等[4]用不同的前列腺癌細(xì)胞分別作裸鼠的原位種植模型，得出致瘤率高，淋巴結(jié)、肺部轉(zhuǎn)移率極高的結(jié)果。原位組織塊接種模型即將前列腺癌細(xì)胞接種至裸鼠皮下形成瘤體，再將瘤體取出，種植于前列腺背側(cè)葉。王元天等[5]通過(guò)原位種植法將PC-3細(xì)胞組織塊接種到裸鼠前列腺，結(jié)果提示高成瘤率并伴有多處組織及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。原位組織塊接種相較于原位細(xì)胞接種具有較高的轉(zhuǎn)移率和成瘤率，且較好地保留了腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)特性，具有生長(zhǎng)快速、局部侵犯廣和轉(zhuǎn)移率高等特點(diǎn)。

2.3 血管內(nèi)接種模型

血管內(nèi)接種的方法和部位較多，注射部位包括尾靜脈、下腔靜脈、髂外動(dòng)脈、股動(dòng)脈和左心室內(nèi)注射等。Shevrin等[6]將PC-3細(xì)胞注射至裸鼠尾靜脈，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞主要集中在肺部，而將下腔靜脈夾閉后，肺轉(zhuǎn)移率降低并出現(xiàn)了椎骨轉(zhuǎn)移。崔明星等[7]用GFP-PC3細(xì)胞注射到裸鼠的下腔靜脈內(nèi)，1周后發(fā)現(xiàn)腫瘤骨轉(zhuǎn)移率為19%。最近有研究稱(chēng)將人的前列腺癌細(xì)胞注入裸鼠股動(dòng)脈內(nèi)，骨轉(zhuǎn)移發(fā)生率較高，這可能是因?yàn)榻?jīng)動(dòng)脈注射可以使腫瘤細(xì)胞特異性地轉(zhuǎn)移到股骨，并且容易成瘤。心內(nèi)注射通常是將腫瘤細(xì)胞注入小鼠左心室，隨著體循環(huán)擴(kuò)散到骨骼，是目前應(yīng)用最多的骨轉(zhuǎn)移動(dòng)物模型接種方法。Angelucci等[8]將PC-3細(xì)胞通過(guò)左心室注射到裸鼠體內(nèi)，64%裸鼠發(fā)生癌轉(zhuǎn)移且出現(xiàn)溶骨性病變，提示心內(nèi)注射對(duì)研究骨轉(zhuǎn)移模型成功率較高。血管內(nèi)接種模型適用于研究腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。endprint

2.4 腎包膜下接種模型

孫宏斌[9]通過(guò)將小鼠精囊間質(zhì)與人類(lèi)前列腺癌組織重組后，將重組體與癌組織一起種植于裸鼠雙側(cè)腎臟包膜下，發(fā)現(xiàn)此方法可高效率建立人異種前列腺癌種植模型，并能為研究前列腺發(fā)病和病程演變中間質(zhì)-上皮相互作用提供線索。

2.5 骨內(nèi)接種模型

骨內(nèi)注射法常用來(lái)制作前列腺癌成骨性或成骨/溶骨混合性骨轉(zhuǎn)移模型。常用的方法是將前列腺癌細(xì)胞直接注入脛骨和股骨骨髓腔內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)是致瘤率高、制作方法簡(jiǎn)單、不受臟器轉(zhuǎn)移影響，且從制作模型的影像學(xué)和組織病理結(jié)果來(lái)看，與臨床上所見(jiàn)的骨轉(zhuǎn)移狀況相類(lèi)似。缺點(diǎn)是造成了骨皮質(zhì)和骨髓腔的損傷，且主要為骨干轉(zhuǎn)移，與臨床上常見(jiàn)的骨骺端轉(zhuǎn)移不同。為解決這一問(wèn)題，研究者將人骨組織植入SCID小鼠體內(nèi)，然后將人前列腺癌細(xì)胞接種到小鼠體內(nèi)，用于觀察人骨組織腫瘤轉(zhuǎn)移的情況，這種模型叫做SCID鼠-人骨轉(zhuǎn)移模型。其中移植的骨組織為研究人前列腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移提供了適當(dāng)?shù)陌衅鞴侪h(huán)境，癌細(xì)胞可通過(guò)尾靜脈注射或通過(guò)直接注射進(jìn)入移植的骨內(nèi)。但是，SCID鼠-人骨模型的一個(gè)缺陷是移植入鼠體內(nèi)的人體組織并不能完全保持原來(lái)的人體環(huán)境特征，單純地將人前列腺癌細(xì)胞接種到小鼠體內(nèi)，發(fā)生骨轉(zhuǎn)移較少。目前多數(shù)研究將患者的前列腺癌細(xì)胞接種到SCID小鼠體內(nèi)，用于研究腫瘤細(xì)胞與骨微環(huán)境間的相互作用機(jī)制及前列腺癌藥物的臨床前試驗(yàn)[10]。

3 不同的監(jiān)測(cè)方法

前列腺癌種植性模型的監(jiān)測(cè)方法較多，除了超聲、X線、CT、核素骨掃描等提供活體觀測(cè)及檢查前列腺瘤體的手段外，還有l(wèi)acZ基因轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)、熒光成像技術(shù)及生物發(fā)光成像技術(shù)等，均可以在腫瘤發(fā)生早期快速探測(cè)到各組織器官內(nèi)的微小轉(zhuǎn)移病灶，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)物體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移灶產(chǎn)生情況。

3.1 超聲檢查

超聲成像可檢測(cè)到直徑為2.4～14 mm的腫瘤和轉(zhuǎn)移，超聲診斷的敏感性和特異性均>90%。何保華等[11]將DU145細(xì)胞注射到裸鼠前列腺包膜下，于第2～5周使用高頻彩色多普勒超聲測(cè)量腫瘤的橫徑與縱徑，并與游標(biāo)卡尺測(cè)量腫瘤的數(shù)值進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高頻彩色多普勒超聲可精確地監(jiān)測(cè)裸鼠前列腺原位種植腫瘤的生長(zhǎng)。

3.2 X線及CT檢查

X線是最常規(guī)的骨骼檢查方法，操作簡(jiǎn)單便捷，但X線檢查敏感度較低，在骨轉(zhuǎn)移早期沒(méi)有明顯骨破壞時(shí)，易導(dǎo)致漏診。Fradet等[12]將PC-3細(xì)胞注射至小鼠脛骨內(nèi)，應(yīng)用CT掃描并通過(guò)3D重構(gòu)，發(fā)現(xiàn)相較于X線，CT具有更好的診斷特異性和靈敏度，可見(jiàn)脛骨表面及骨髓腔內(nèi)的骨質(zhì)破損，但顯像結(jié)果為腫瘤骨轉(zhuǎn)移晚期的病理性溶骨，而非早中期。

3.3 核素骨掃描

核素骨掃描是臨床上普遍采用的可早發(fā)現(xiàn)骨腫瘤的輔助檢查手段。Winkelmann等[13]通過(guò)左心室注射PC-3細(xì)胞，29 d時(shí)采用micro-SPECT核素顯像儀檢測(cè)出骨轉(zhuǎn)移破壞。核素骨掃描可因骨質(zhì)的炎癥與外傷等因素而造成骨轉(zhuǎn)移的假陽(yáng)性結(jié)果，且價(jià)格偏高。

3.4 lacZ基因轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)

lacZ基因轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)是近幾年來(lái)新興的技術(shù)手段，即通過(guò)lacZ基因轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞后，通過(guò)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染組織或細(xì)胞的特異性染色，可在早期發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶。Holleran等[14]將轉(zhuǎn)染lacZ基因的前列腺癌細(xì)胞經(jīng)尾靜脈注射到裸鼠體內(nèi)，1 h后就能檢測(cè)到轉(zhuǎn)染細(xì)胞；皮下種植兩周后可以檢測(cè)到肺、骨、腎、腦和肝內(nèi)的微轉(zhuǎn)移灶。此法具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、且能較早檢測(cè)出轉(zhuǎn)移灶。

3.5 熒光成像法

熒光成像法與lacZ基因轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)類(lèi)似，是將腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)染上熒光蛋白基因，即可在熒光顯微鏡下觀測(cè)到散發(fā)熒光的腫瘤細(xì)胞。常見(jiàn)的包括紅色熒光蛋白基因（RFP）、綠色熒光蛋白基因（GFP）。Yang等[15]通過(guò)原位接種RFP-PC-3細(xì)胞至裸鼠后，不僅可在組織切片中觀察到肺和膀胱內(nèi)的腫瘤細(xì)胞；還能夠活體監(jiān)測(cè)熒光細(xì)胞成像，實(shí)時(shí)觀察小鼠體內(nèi)的腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移情況。

3.6 生物發(fā)光成像法

生物發(fā)光成像法是可以無(wú)創(chuàng)實(shí)時(shí)跟蹤荷瘤動(dòng)物體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)、進(jìn)展及轉(zhuǎn)移情況的方法，且具有快速、敏感的優(yōu)點(diǎn)。Scatena等[16]采用生物發(fā)光成像法實(shí)時(shí)檢測(cè)皮下接種LNcap-luc-M6細(xì)胞的SCID小鼠體內(nèi)的轉(zhuǎn)移灶，在7周時(shí)就能發(fā)現(xiàn)肺轉(zhuǎn)移灶。Adams等[17]通過(guò)左心室注射制作骨轉(zhuǎn)移模型，20 d后同時(shí)用生物發(fā)光成像技術(shù)和X線檢測(cè)骨轉(zhuǎn)移灶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)生物發(fā)光成像技術(shù)比X線檢測(cè)到長(zhǎng)骨和椎骨骨轉(zhuǎn)移灶早2周。

3.7 18F-NaF PET-CT檢查

18F-NaF PET-CT檢查是臨床常用的監(jiān)測(cè)方法，可行性強(qiáng)且操作簡(jiǎn)單。尤強(qiáng)等[18]將PC3細(xì)胞注射到Balb/c裸鼠脛骨骨髓腔，接種21 d后發(fā)現(xiàn)X線無(wú)法檢測(cè)出腫瘤是否發(fā)生骨轉(zhuǎn)移；micro-CT可發(fā)現(xiàn)接種脛骨發(fā)生了部分骨質(zhì)改變，但無(wú)法定量分析。18F-NaF PET-CT則可清楚分辨出荷瘤裸鼠脛骨部位18F信號(hào)異常增高，并能勾畫(huà)脛骨髓腔為感興趣區(qū)域，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)攝取值最大值SUVmax值。

4 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞與前列腺癌種植性動(dòng)物模型

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）作為一種理想的轉(zhuǎn)基因靶細(xì)胞，具有易于獲取、培養(yǎng)，擴(kuò)增、并在轉(zhuǎn)基因后仍能有效地表達(dá)外源性基因并保持本身生物學(xué)特性不變等優(yōu)勢(shì)。以往的研究已經(jīng)證實(shí)MSCs能夠向腫瘤組織趨化，并作為基因治療藥物取得了一定療效。詹以安等[19]應(yīng)用PC3細(xì)胞在SCID鼠制作皮下腫瘤模型，通過(guò)尾靜脈注射人β干擾素基因轉(zhuǎn)染的人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSCs）至荷瘤小鼠，2周后發(fā)現(xiàn)經(jīng)β干擾素基因修飾的hMSCs可以向腫瘤微環(huán)境趨向轉(zhuǎn)移，并使前列腺癌組織及其轉(zhuǎn)移灶保持IFN-β的有效濃度，進(jìn)而抑制前列腺癌生長(zhǎng)，延長(zhǎng)荷瘤鼠的生存期。還有研究表明MSCs在前列腺腫瘤中大量表達(dá)MSCs-Sirt1，并通過(guò)MSCs-Sirt1募集到更多的NK細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，這些細(xì)胞能夠顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)[20]。endprint

然而，MSCs在惡性腫瘤的發(fā)展過(guò)程中可能扮演著雙刃劍的作用。惡性腫瘤被稱(chēng)為永不愈合的慢性損傷，其局部微環(huán)境與損傷的組織環(huán)境相類(lèi)似。目前已有眾多研究證明MSCs可在SDF 1α/CXCR 4趨化軸的作用下向腫瘤部位趨化、募集，進(jìn)而分化為前列腺癌上皮細(xì)胞。將用熒光標(biāo)記的hMSCs輸入神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠模型的動(dòng)脈，發(fā)現(xiàn)無(wú)論從哪條血管、哪個(gè)部位注入MSCs均可聚集到腫瘤部位[21]。在前列腺癌的炎癥環(huán)境下，MSCs通過(guò)TGF-β的過(guò)度表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，并且在雄激素阻斷療法中，導(dǎo)致雄激素依賴(lài)的人前列腺癌細(xì)胞向雄激素非依賴(lài)性轉(zhuǎn)化。無(wú)論在體內(nèi)或體外實(shí)驗(yàn)中，MSCs均已被證明這一特性[22]。近年來(lái)，MSCs由于其免疫抑制功能受到了很多的關(guān)注，但MSCs免疫抑制機(jī)理尚未達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。有研究發(fā)現(xiàn)野生型小鼠的MSCs并無(wú)免疫抑制功能，而在炎癥因子誘導(dǎo)下可產(chǎn)生免疫抑制作用。上述結(jié)果提示，MSCs若處于炎癥微環(huán)境中將有可能被誘導(dǎo)產(chǎn)生免疫抑制作用，從而協(xié)助腫瘤逃避免疫監(jiān)視進(jìn)而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[23]。因此，研究者應(yīng)該重新評(píng)價(jià)MSCs在癌癥疾病中所起到的作用。

綜上所述，理想的前列腺癌模型應(yīng)能夠模擬前列腺癌發(fā)生發(fā)展的病理過(guò)程，不僅要易于建立與重復(fù)，還要能接受精確的檢測(cè)。MSCs作為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一，其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中扮演了非常重要的角色。深入探索其調(diào)控的關(guān)鍵點(diǎn)，將有可能為前列腺癌的治療提供新的思路，發(fā)現(xiàn)新的藥物治療靶點(diǎn)。

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（收稿日期：2017-10-24）endprint