腦腫瘤動物模型的研究進展

1、腦腫瘤動物模型的研究進展摘要 動物模型是研究腫瘤發(fā)病機制和檢驗各種治療方法的有力武器，本文就腦腫瘤動物模型的歷史發(fā)展和應(yīng)用前景作一綜述。關(guān)鍵詞 腦腫瘤 動物模型 異種移植 轉(zhuǎn)基因動物腦腫瘤目前仍是嚴重威脅人類健康和生命的疾病，而腫瘤實驗動物模型的建立為研究其發(fā)病機制、生物學(xué)特性和檢測各種治療方法提供了一種高模擬性工具。自上世紀以來，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)基因動物模型又將成為人們研究的熱點。1.早期腦腫瘤動物模型及其局限性11 自發(fā)性腦腫瘤動物模型 腦腫瘤在哺乳動物中的發(fā)病率不一，有報道狗為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，在靈長類動物中更為罕見，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物生存期短的特點，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70年代，開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）等進行腫瘤誘發(fā)實驗。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對成年鼠誘發(fā)腦腫

3、瘤率較低。亞硝基脲類物質(zhì)誘發(fā)的腦腫瘤在部位、類型、誘導(dǎo)時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)者試圖使用病毒進行腦腫瘤誘發(fā)實驗，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，而且在動物體內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)子代病毒，這說明病毒的致瘤機理可能與其復(fù)制無關(guān)。也有人將AD12病毒直接注入到出生后24小時的鼠腦實質(zhì)內(nèi)，經(jīng)過數(shù)月的潛伏期后就能發(fā)生腦腫瘤，其中大部分為髓母細胞瘤。Tabuchi4 則把感染Rous

4、病毒的纖維母細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物中連續(xù)傳代，經(jīng)過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)瘤進行體外細胞培養(yǎng)，形成穩(wěn)定的細胞系，如C6，9L，BT4A等，再將這些細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，但動物腦瘤與人腦瘤相比，在遺傳學(xué)、細胞動力學(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物免疫缺陷區(qū)，如豚鼠眼前房、倉鼠頰囊、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物免疫反應(yīng)5。直到1968年由于免疫缺陷動物的發(fā)現(xiàn)，才真正開創(chuàng)了腦腫瘤異種移植動物模型的時代，這些動物包括T淋巴細胞功能缺陷的裸小鼠、裸大鼠，B淋巴細胞功能缺陷的CBA/N小鼠以及T、B淋巴細胞聯(lián)合缺陷的Lasat小鼠、SCID小鼠等。目前對于腦腫瘤移植的方法還存在不同意見，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環(huán)境，但其操作復(fù)雜，動物感染及死亡率高。近來有學(xué)者6采用立體定向技術(shù)將濃縮的腫瘤細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)生率并減少動物損傷，但腫瘤細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)的成膠母細胞瘤組織微塊代替細胞懸液進行移植，成功率可達87.7-100%，Mccutcheon8對腦膜瘤進行的顱內(nèi)移植實驗也獲得了成功。顱內(nèi)移植最大的問題在于難以連續(xù)觀測腫瘤的生長情況。Medhkour9等認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，但需多次切開裸鼠腎包膜進行觀察，易發(fā)生感染或死亡，而且會對腫瘤的生長產(chǎn)生影響。裸鼠皮下移植模型操作簡單，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)特征和細胞增殖特性與人類腦膜瘤相似。Malham11分別采用細胞懸液和腫瘤組織塊進行了皮下移植實驗，發(fā)現(xiàn)后者的成功率要高于前者，他認為組織塊含有腫瘤細胞間質(zhì)，在質(zhì)地、血供、間質(zhì)結(jié)構(gòu)、生長特性等方面與原腫瘤更為接近。對于顱內(nèi)其他腫瘤，如髓母細胞瘤、顱咽管瘤、淋巴瘤等的異種移植模型也有報道。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)、細胞動力學(xué)、遺傳學(xué)等方面與人類極其相似，但腫瘤長期傳代后可能發(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)基因動物模型轉(zhuǎn)基因動物是現(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，使外源基因在動物體內(nèi)得以表達，目前轉(zhuǎn)基因動物已成為研究腫瘤分子生物學(xué)發(fā)生機制的有力武器。腦腫瘤轉(zhuǎn)基因動物模型的制備方法有多種，但其基本思路有兩個12，13： 導(dǎo)入一段致癌基因，使其在能利用該基因啟動子的特定細胞中得以表達，雖然該基因可能不足以使正常細胞轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤細胞，但對其它的基因改變會產(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?；騽游锼a(chǎn)生腦腫瘤的類型受多種因素的影響，Holland14認為，腫瘤類型由特定信號傳導(dǎo)通路的異常及其發(fā)生的細胞所決定。激活能控制膠質(zhì)細胞分化信

9、號傳導(dǎo)通路的某些生長因子可誘發(fā)膠質(zhì)瘤，相反，如激活小腦顆粒細胞前體分化信號傳導(dǎo)通路產(chǎn)生的則是髓母細胞瘤。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)基因動物模型的研究較多。膠質(zhì)細胞包括星形細胞和少突膠質(zhì)細胞，均由中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細胞分化而來，此過程受多種生長因子及其受體的調(diào)控，如血小板源性生長因子（PDGF）可促進少突膠質(zhì)細胞前體的增殖，并與成纖維生長因子2（FGF2）協(xié)同作用阻止其進一步分化為成熟的少突膠質(zhì)細胞15，16。與此相反，表皮生長因子（EGF）則可加快膠質(zhì)細胞前體向星形細胞和少突膠質(zhì)細胞發(fā)展的過程17。這些生長因子可激活一系列信號傳導(dǎo)通路，其作用

10、受到多種基因的調(diào)控，通過這些基因改變信號傳導(dǎo)通路會導(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等通過轉(zhuǎn)導(dǎo)病毒癌基因來制備轉(zhuǎn)基因腫瘤動物：由膠質(zhì)醋酸纖維蛋白（GFAP）啟動子所啟動的V-src基因可導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因鼠星形細胞瘤的發(fā)生；而將多性瘤病毒中間T抗原基因?qū)隚FAP陽性表達的動物體細胞中，可誘導(dǎo)產(chǎn)生混合型膠質(zhì)瘤；Uhrbom19實驗發(fā)現(xiàn)，通過病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)的PDGF基因（V-sis）整合到體內(nèi)混合的多種細胞后，能發(fā)生多種類型的膠質(zhì)瘤，包括多形性膠母細胞瘤（GBM）。另外，有學(xué)者20發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，將具有活性的Akt和Ras 基因?qū)肽z質(zhì)前體細胞中后，能誘發(fā)多形性膠母

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

12、叢乳頭狀瘤22。對于腦膜瘤、垂體瘤等顱內(nèi)其它腫瘤，目前還沒能建立理想的轉(zhuǎn)基因動物模型，這也是我們努力的一個方向。4腦腫瘤動物模型質(zhì)量的鑒定標準腦腫瘤動物模型質(zhì)量好壞的判定尚無統(tǒng)一標準，大致可從以下幾方面考慮1，10：保持遺傳學(xué)特征不變，即動物間傳代移植瘤細胞染色體與初代接種的人腫瘤細胞染色體一致；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記物在移植瘤中也能表達；移植瘤的細胞增殖特性，應(yīng)與原代人腦瘤接近；動物移植瘤可連續(xù)傳代，且移植瘤的生物學(xué)特性保持不變；對治療的反應(yīng)與人腦腫瘤相似。其它還包括制備方法簡便，易于大量復(fù)制，誘發(fā)時間短，生存期長，對人員無危害等。事實上，目前還沒

13、有一種動物模型能完全符合上述所有的標準。5展望利用腦腫瘤動物模型，可進行導(dǎo)向診斷和治療、藥代動力學(xué)及藥物內(nèi)化測定等研究，還可用于評價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)有的腦腫瘤動物模型還未達到與人腦腫瘤的完全一致，我們期待能研制出更高質(zhì)量的動物模型，以協(xié)助人類最終攻克腦腫瘤這一頑疾。 參考文獻 1 Peterson DL, Sheridan PJ, Brown WE Jr. Animal models for brain tumors: historical perspectives and future direction

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