牽基因而動(dòng)全身，看這些小鼠如何在腫瘤研究中大顯身手
近年來惡性腫瘤的發(fā)生率與死亡率逐年上升，它們成為了威脅人類健康的主要因素之一，在過去的三十年里，癌癥機(jī)制研究深入，推動(dòng)了多種腫瘤模型的產(chǎn)生。目前的主流模型可以分為4類，即CDX模型、PDX模型、環(huán)境誘導(dǎo)模型、基因修飾的原發(fā)腫瘤模型。今天小編來給大家盤點(diǎn)一下基因修飾的原發(fā)腫瘤模型：
原發(fā)腫瘤模型的分子基礎(chǔ)
癌癥是一種有分子基礎(chǔ)的疾病，其發(fā)生與原癌基因及抑癌基因的變異高度相關(guān)[圖1]。原癌基因通常在細(xì)胞中以單拷貝形式存在，只有極低水平表達(dá)，它們可以作為生長因子、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和核轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用，但當(dāng)其發(fā)生點(diǎn)突變、重排、缺失、擴(kuò)增等突變時(shí)，轉(zhuǎn)錄活性就容易改變，誘導(dǎo)細(xì)胞的癌變；抑癌基因主要是抑制細(xì)胞周期或促進(jìn)細(xì)胞凋亡、參與DNA修復(fù)進(jìn)程，但當(dāng)其發(fā)生突變或缺失，會(huì)失去原有的功能，將導(dǎo)致異常細(xì)胞增殖和腫瘤進(jìn)展。
圖1 癌基因與原癌基因的分子機(jī)制（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
原癌基因與抑癌基因突變的“組合技”使癌癥有了許多特征，如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常，細(xì)胞不受控的增殖、轉(zhuǎn)移、細(xì)胞凋亡和血管的異常生成[圖2]。
圖2 癌癥發(fā)生的十大標(biāo)志[1]
促使人類腫瘤發(fā)生的原癌基因或抑癌基因突變可以通過基因編輯在小鼠上實(shí)現(xiàn)，因此，基因修飾原發(fā)腫瘤小鼠模型應(yīng)運(yùn)而生。
原癌基因相關(guān)原發(fā)腫瘤模型
MYC誘導(dǎo)的肝癌模型
MYC是研究最廣泛的癌基因之一，與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展緊密相關(guān)。MYC癌基因家族由三個(gè)成員組成，C-MYC，MYCN和MYCL。C-MYC基因主要通過擴(kuò)增和染色體易位重排的方式激活，與某些組織腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和演變轉(zhuǎn)歸有重要關(guān)系。在許多人類癌癥中經(jīng)常觀察到該基因的擴(kuò)增。
以下是一個(gè)具體的示例：通過H11-CAG-LSL-Myc小鼠與肝臟特異性Cre小鼠交配可以獲得Alb-Cre-Tg/H11-CAG-LSL-Myc(NM-KI-220458)?原發(fā)肝癌腫瘤小鼠[圖3]，其在肝臟特異性過表達(dá)c-Myc，可以誘發(fā)明顯肝癌表型，可用于研究肝癌發(fā)生發(fā)展機(jī)制和藥效評(píng)價(jià)等研究。
圖3 ?C-myc誘導(dǎo)肝癌發(fā)生
K-ras誘導(dǎo)的肺癌模型
K-ras基因是首個(gè)被確定的原癌基因，屬于ras超蛋白家族。其編碼的蛋白是一種GTP水解酶，通過構(gòu)象循環(huán)的活性變化來控制多個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)通路，當(dāng)K-ras基因發(fā)生異常時(shí)，會(huì)持續(xù)處于激活狀態(tài)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的持續(xù)增殖，最終誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生。
比如：目前應(yīng)用較廣泛的肺癌動(dòng)物模型是Kras-LSL-G12D(NM-KI-190003)小鼠模型，該模型可以通過與肺特異性Cre/CreER小鼠雜交[圖4]來實(shí)現(xiàn)組織特異性的表達(dá)激活，誘導(dǎo)肺癌發(fā)生。
圖4 ?Scgb1a1CreERT2/+; KrasG12D/+誘導(dǎo)肺癌發(fā)生
抑癌基因相關(guān)原發(fā)腫瘤模型
Apc誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌模型
除了原癌基因以外，抑癌基因的突變也會(huì)影響癌癥的發(fā)生。Apc是一個(gè)經(jīng)典的抑癌基因，當(dāng)它第850位點(diǎn)氨基酸的L替換為X（即發(fā)生無義突變），容易誘發(fā)腸道多發(fā)腺瘤。例如：Apc-L850X(NM-KI-200001)小鼠就是一類理想的腸道腫瘤模型：
在Apc-L850X突變小鼠的腸道中，隨著周齡增加腺瘤性息肉數(shù)量也會(huì)逐漸增加。病理檢測結(jié)果顯示，Apc-L850X突變小鼠的腸道腸上皮可見腺瘤組織增生[圖5]。
圖5 ?ApcL850X/+誘導(dǎo)結(jié)直腸癌
多基因修飾腫瘤模型
K-ras與Stk11誘導(dǎo)肺癌模型
然而單基因突變模型在某些方面尚有不足，比如誘導(dǎo)腫瘤的能力較弱，因此可以和其它基因修飾聯(lián)用，用來滿足更多的腫瘤研究需求：
例如KL模型，包含多個(gè)基因的修飾。在KL小鼠中，Kras-G12D突變伴隨Stk11（一種抑癌基因）缺失會(huì)加速肺部腫瘤發(fā)展，病癥惡性程度也會(huì)更高，并且出現(xiàn)多樣的表型特征，包括鱗狀細(xì)胞癌和大細(xì)胞癌。由氣管霧化注射AAV-Cre病毒至Stk11-Flox/R26-CAG-LSL-Luc-2A-EGFP/Kras-LSL-G12D(NM-CKO-234719)小鼠肺部，使Cre在小鼠肺部特異性表達(dá)，誘導(dǎo)Stk11表達(dá)缺失，外加Kras-G12D突變，兩個(gè)因素共同作用，可以誘發(fā)肺癌發(fā)生[圖6]。
圖6? KL模型肺癌發(fā)生
Trp53與K-ras誘導(dǎo)胰腺癌模型
KPC(NM-KI-210096)小鼠模型是目前成功建立的一種胰腺導(dǎo)管腺癌模型，它包含Trp53基因抑制性點(diǎn)突變Trp53-R172H，K-ras基因條件性活化點(diǎn)突變KRAS-G12D，可通過Trp53-R172H (NM-KI-18028)、Kras-LSL-G12D (NM-KI-190003)和Pdx1-Cre-Tg交配獲得，可以表現(xiàn)出許多與人類胰腺癌類似的表型特點(diǎn)，如胰腺內(nèi)皮細(xì)胞瘤形成，強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)等。80%的KPC小鼠出現(xiàn)了肝轉(zhuǎn)移和肺轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。KPC小鼠在Pdx1-Cre的作用下，KRAS突變?cè)谝认俚南倥荨⒁葝u和導(dǎo)管中特異性表達(dá)，同時(shí)在Trp53突變的背景下，誘發(fā)胰腺癌[圖7]。
圖7? KPC模型胰腺癌發(fā)生
了解癌癥發(fā)生的規(guī)律，有望為確定一些物種可能如何進(jìn)化出有效的抗癌機(jī)制提供關(guān)鍵的見解，進(jìn)一步為腫瘤藥物的研發(fā)提供理論支持。南模生物自主研發(fā)了豐富的原發(fā)腫瘤小鼠模型（部分品系信息詳情見下表*），利用CRISPR Cas9等技術(shù)對(duì)小鼠的原癌基因或抑癌基因進(jìn)行修飾，調(diào)節(jié)其表達(dá)規(guī)律，誘導(dǎo)小鼠形成原發(fā)腫瘤。這些模型涉及多個(gè)基因多類癌種，是腫瘤研究的有力工具。
*注：
1. 表中品系多數(shù)需與其他基因修飾小鼠聯(lián)合使用才能誘發(fā)腫瘤；
2. 表中所列舉品系的疾病表型源于文獻(xiàn)報(bào)道，不代表該基因編輯小鼠必然出現(xiàn)疾病表型。
南模生物還可以提供基因編輯原發(fā)腫瘤相關(guān)模型小鼠的定制服務(wù)，如您有相關(guān)需求，歡迎撥打400-728-0660或者關(guān)注微信公眾號(hào)點(diǎn)擊在線咨詢，我們的專業(yè)團(tuán)隊(duì)將竭誠為您服務(wù)！
參考文獻(xiàn)
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