惡性腫瘤的發(fā)生率與死亡率逐年上升，已成為威脅人類健康的主要因素之一。而腫瘤動物模型的建立為研究腫瘤發(fā)生與轉(zhuǎn)移的機制、篩選和評價抗腫瘤藥物的藥效提供了有力的工具。

今天我們主要介紹目前常用的肺癌基因工程小鼠模型及其應(yīng)用。

?

肺癌作為全球腫瘤發(fā)病率和死亡率最高的癌種，一直備受醫(yī)療界研究者們的廣泛關(guān)注。肺癌主要分為非小細胞肺癌（non small cell lung cancer, NSCLC）和小細胞肺癌（small celllung cancer, SCLC），其中非小細胞肺癌約占肺癌的80~85%。[1]

非小細胞肺癌模型

非小細胞肺癌主要包含腺癌、鱗狀細胞癌和大細胞肺癌，還包含不太常見的類型例如腺鱗癌和肉瘤樣癌。在非小細胞肺癌中，發(fā)現(xiàn)很多驅(qū)動突變，常見的驅(qū)動突變包括Kras突變、EGFR突變、FGFR1擴增、ALK重排、HER2突變、MET擴增、BRAF突變等[1]。研究人員對肺癌的多個突變進行探究，將肺癌中發(fā)現(xiàn)的突變進入引入到小鼠中，從而獲得多種用于研究肺癌發(fā)生與轉(zhuǎn)移機制、篩選和評價抗腫瘤藥物的肺癌模型。

表1： 非小細胞肺癌中基因突變頻率和類型[2]

?

1)?Kras突變肺癌模型

野生型Kras激活/失活效應(yīng)是受控的，而突變型Kras蛋白功能異常，持續(xù)處于激活狀態(tài)，導(dǎo)致腫瘤細胞的持續(xù)增殖。Kras突變的腫瘤細胞比其他腫瘤細胞更容易存活，因此Kras突變的肺癌治療也一直是醫(yī)學界的一個難題。

目前國際上應(yīng)用最廣泛的肺癌動物模型就是Kras-LSL-G12D小鼠模型，可以通過與肺上皮細胞特異性的Cre轉(zhuǎn)基因小鼠雜交來實現(xiàn)Kras突變體的激活，從而導(dǎo)致肺癌的發(fā)生。有研究表明[3,4,5]，通過SPC-Cre小鼠與Kras-LSL-G12D小鼠雜交，從而獲得了從肺部炎性反應(yīng)到肺腺瘤進展時程較長的慢性自發(fā)肺部腫瘤小鼠模型。Kras-G12D誘導(dǎo)的肺癌模型為肺癌病因的研究提供了更長的窗口期，也為Kras突變的肺癌治療提供了更有力的研究工具。

Kras-LSL-G12D還經(jīng)常和其它癌癥驅(qū)動基因聯(lián)用，用來滿足更多的肺癌研究需求。

在人類NSCLC中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)Kras-G12D突變和Lkb1缺失同時出現(xiàn)，而小鼠中Kras- G12D突變伴隨Lkb1缺失會加速肺腫瘤發(fā)展，惡性程度也會更高，出現(xiàn)多樣的表型特征，包括鱗狀細胞癌和大細胞癌[6]。Kras-G12D突變并發(fā)激活Wnt /β-Catenin信號會增加侵襲性和遠端組織感染[7]。Kras-G12D突變伴隨p53失活導(dǎo)致侵襲性增加，也發(fā)生轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，這可能是p53的缺失導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致腫瘤惡性化[8,9]。

2)?EGFR突變肺癌模型

表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)在細胞增殖和分化中起到重要作用，是目前最重要的靶向治療靶點之一。突變后導(dǎo)致蛋白功能異常，持續(xù)處于激活狀態(tài)，導(dǎo)致腫瘤細胞的持續(xù)增殖。針對其敏感突變的EGFR酪氨酸激酶抑制劑（TKI），是治療NSCLC最常用的靶向藥物，EGFR-TKI療效好和副作用少，為很多肺癌患者帶來希望，是肺癌治療中的突破性進展。但是靶向治療也有其自身的弊端，幾乎所有的EGFR-TKI治療患者最終均產(chǎn)生獲得性耐藥：第一代和第二代靶向藥治療后出現(xiàn)T790M耐藥性突變，第三代靶向藥治療后出現(xiàn)C797S耐藥性突變。由此催生了多種攜帶耐藥性突變的EGFR肺癌模型，可用于新藥的研發(fā)和腫瘤耐藥性的研究因此目前也有很多EGFR突變的肺癌腫瘤，用于新藥的研發(fā)以及腫瘤耐藥性研究。

和Kras-G12D突變引起的局灶性腫瘤不同，EGFR-L858R突變引起的是類似于支氣管肺泡的彌漫性腫瘤，EGFR外顯子19的缺失引起多灶性腺癌[10]。并且研究發(fā)現(xiàn)，EGFR-T790M突變小鼠以及EGFR-L858R+T790M突變小鼠比EGFR-L858R突變小鼠的腫瘤潛伏期要更長，適用于耐藥性機制研究[11]。

3)?ALK基因重排肺癌模型

ALK編碼酪氨酸受體，在正常肺中不表達，但是在約5％的非小細胞肺癌患者中會表達EML4-ALK，EML4-ALK是由于染色體倒位形成EML4基因與ALK 基因的重排，EML4-ALK的表達促使肺癌發(fā)生和惡化，是目前的靶向治療的熱門靶點之一[12]。EML4-ALK融合常見于年輕患者以及輕度吸煙或不吸煙者，并且EML4-ALK與Kras以及EGFR突變相互排斥，基本不同時出現(xiàn)[13]。

研究表明，肺特異性表達EML4-ALK的小鼠出生后不久發(fā)生多發(fā)性肺腺癌，為研究ALK靶向抑制劑（ALK-TKI）的敏感性以及耐藥性提供合適模型，并且也為ALK-TKI的臨床前藥物篩選提供有力工具[14,15]。

?

4)?其它肺癌模型

除了以上3類小鼠模型，還有其他基于驅(qū)動突變導(dǎo)致的肺癌研究模型，如PIK3CA-H1047R突變小鼠可發(fā)生具有支氣管肺泡特征的腺癌[16]，Braf-V600E突變小鼠可發(fā)生腺瘤（很少進展為腺癌）[17]。

?

表2：非小細胞肺癌模型匯總

小細胞肺癌模型

小細胞肺癌是一種侵襲性強、難以治療的癌癥類型，約占全部肺癌病例的13-15%。具有轉(zhuǎn)移速度快、惡性程度高、預(yù)后情況差等特征，屬于惡性程度極高內(nèi)分泌腫瘤[22]。

在小細胞肺癌中，最常出現(xiàn)的驅(qū)動突變是Rb和p53的基因功能缺失，因此SCLC動物模型中通常使用Rbflox小鼠，p53 flox小鼠和肺部特異性Cre小鼠進行交配獲得。Rb和p53的同時特異性敲除后，SCLC的腫瘤發(fā)生率很高，并且腫瘤和人類腫瘤相似度很高，也能轉(zhuǎn)移到特定的組織，但是整個周期比較長，大約9個月[23]。因此通常會加入一些其他突變基因加速腫瘤發(fā)生，例如Rb，p53和Ppten同時的組織敲除[24]，Rb，p53和p130同時敲除[25]，Rb和p53敲除同時過表Lmyc和Nfib[1]，均可加速腫瘤發(fā)生。

以上是目前常用的小鼠基因工程肺癌模型匯總。

南模生物研發(fā)了一系列的攜帶經(jīng)典肺癌驅(qū)動突變的基因工程小鼠模型，在肺癌發(fā)生機制研究以及肺癌藥物的臨床前篩選方面具有潛在的應(yīng)用價值。

如果您有以下模型方面的需求，歡迎隨時咨詢。

表3：南模生物已有肺癌相關(guān)模型匯總

參考文獻：

[1] Min-chul Kwon, Anton Berns.?Mouse models for lung cancer.?MOLECULAR ONCOLOGY 7 (2013) 165e177.

[2]Lovly, C., L. Horn, W. Pao. 2018. Molecular Profiling of Lung Cancer.My Cancer Genome.

[3] Jackson, E.L., Willis, N., Mercer, K., Bronson, R.T., Crowley, D.,Montoya, R., Jacks, T., Tuveson, D.A., 2001. Analysis oflung tumor initiation and progression using conditionalexpression of oncogenic K-ras. Genes Dev. 15, 3243e3248.

[4]Johnson,L.,Mercer,K.,Greenbaum,D.,Bronson,R.T.,Crowley,D.,Tuveson, D.A., Jacks, T., 2001. Somatic activation of the K-rasoncogene causes early onset lung cancer in mice. Nature 410(6832), 1111e1116. http://dx.doi.org/10.1038/35074129.

[5] 高昆，劉學麗，高珊等.SPC-CRE-Kras 雙陽性轉(zhuǎn)基因小鼠自發(fā)肺部腫瘤模型的建立[J].中國比較醫(yī)學雜志，2013，23（7）：11-15.

[6]?Ji, H., Ramsey, M.R., Hayes, D.N., Fan, C., McNamara, K.,Kozlowski, P., Torrice, C., Wu, M.C., Shimamura, T.,Perera, S.A., et al., 2007. LKB1 modulates lung cancerdifferentiation and metastasis. Nature 448, 807e810.

[7] Pacheco-Pinedo, E.C., Durham, A.C., Stewart, K.M., Goss, A.M.,Lu, M.M., Demayo, F.J., Morrisey, E.E., 2011. Wnt/b-cateninsignaling accelerates mouse lung tumorigenesis by imposinganembryonic distalprogenitorphenotypeon lung epithelium.J. Clin. Invest. 121, 1935e1945.

[8]Kasinski, A.L., Slack, F.J., 2012. miRNA-34 prevents cancerinitiation and progression in a therapeutically resistant K-rasand p53-induced mouse model of lung adenocarcinoma.Cancer Res. 72, 5576e5587.

[9]?Winslow, M.M., Dayton, T.L., Verhaak, R.G.W., Kim-Kiselak, C.,Snyder, E.L., Feldser, D.M., Hubbard, D.D., DuPage, M.J.,Whittaker, C.A., Hoersch, S., et al., 2011. Suppression of lungadenocarcinoma progression by Nkx2-1. Nature 473, 101e104.

[10] Regales, L., Balak, M.N., Gong, Y., Politi, K., Sawai, A., Le, C.,Koutcher, J.A., Solit, D.B., Rosen, N., Zakowski, M.F., et al2007. Development of new mouse lung tumor modelsexpressing EGFR T790M mutants associated with clinicalresistance to kinase inhibitors. PLoS ONE 2, e810.

[11] Regales, L., Gong, Y., Shen, R., de Stanchina, E., Vivanco, I.Goel, A., Koutcher, J.A., Spassova, M., Ouerfelli, O.,Mellinghoff, I.K., et al., 2009. Dual targeting of EGFR canovercome a major drug resistance mutation in mousemodels of EGFR mutant lung cancer. J. Clin. Invest. 1193000e3010.

[12]?Soda, M., Choi, Y.L., Enomoto, M., Takada, S., Yamashita, Y.,Ishikawa, S., Fujiwara, S.-I., Watanabe, H., Kurashina, K.,Hatanaka, H., et al., 2007. Identification of the transformingEML4-ALK fusion gene in non-small-cell lung cancer. Nature448, 561e566.

[13] Gerber, D.E., Minna, J.D., 2010. ALK inhibition for non-small celllung cancer: from discovery to therapy in record time. CancerCell 18, 548e551.

[14] Soda, M., Takada, S., Takeuchi, K., Choi, Y.L., Enomoto, M.,Ueno, T., Haruta, H., Hamada, T., Yamashita, Y., Ishikawa, Y.,et al., 2008. A mouse model for EML4-ALK-positive lungcancer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 19893e19897.

[15] KyoungHoPyo, SunMinLim, HyeRyunKim.?Establishment of a Conditional Transgenic MouseModel Recapitulating EML4-ALK–Positive HumanNon–Small Cell Lung Cancer.J ThoracOncol.?2017 Mar;12(3):491-500.

[16] Engelman, J.A., Chen, L., Tan, X., Crosby, K., Guimaraes, A.R.,Upadhyay, R., Maira, M., et al., 2008. Effective use of PI3Kand MEK inhibitors to treat mutant Kras G12D and PIK3CAH1047R murine lung cancers. Nat. Med. 14, 1351e1356.

[17]Dankort, D., Filenova, E., Collado, M., Serrano, M., Jones, K.,McMahon, M., 2007. A new mouse model to explore theinitiation, progression, and therapy of BRAFV600E-inducedlung tumors. Genes Dev. 21, 379e384.

[18] Li, H., Cho, S.N., Evans, C.M., Dickey, B.F., Jeong, J.-W.,Demayo, F.J., 2008. Cre-mediated recombination in mouseClara cells. Genesis 46, 300e307.

[19]?Iwanaga, K., Yang, Y., Raso, M.G., Ma, L., Hanna, A.E.,Thilaganathan,N., Moghaddam, S., Evans, C.M., Li, H., Cai, W.W., et al., 2008. Pten inactivation accelerates oncogenic K-ras-initiated tumorigenesis in a mouse model of lung cancer.Cancer Res. 68, 1119e1127.

[20] Ceteci, F., Xu, J., Ceteci, S., Zanucco, E., Thakur, C., Rapp, U.R.,2011. Conditional expression of oncogenic C-RAF in mousepulmonary epithelial cells reveals differential tumorigenesisand induction of autophagy leading to tumor regression.Neoplasia 13, 1005e1018.

[21] Politi, K., Zakowski, M.F., Fan, P.-D., Schonfeld, E.A., Pao, W.,Varmus, H.E.,2006.Lungadenocarcinomas inducedinmicebymutant EGF receptors found in human lung cancers respondto a tyrosine kinase inhibitor or to down-regulation of thereceptors. Genes Dev. 20, 1496e1510.

[22]Kalemkerian, G.P., 2011. Advances in the treatment of small-celllung cancer. Semin. Respir. Crit. Care Med. 32, 94e101.

[23]Dooley,A.L.,Winslow,M.M.,Chiang,D.Y.,Banerji,S.,Stransky,N.,Dayton, T.L., Snyder, E.L., Senna, S., Whittaker, C.A.,Bronson, R.T., et al., 2011. Nuclear factor I/B is an oncogene insmall cell lung cancer. Genes Dev. 25, 1470e1475.

[24]?Song, H., Yao, E., Lin, C., Gacayan, R., Chen, M.-H., Chuang, P.-T.2012. Functional characterization of pulmonaryneuroendocrine cells in lung development, injury, andtumorigenesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, 17531e17536.

[25]?Schaffer, B.E., Park, K.-S., Yiu, G., Conklin, J.F., Lin, C.,Burkhart, D.L., Karnezis, A.N., Sweet-Cordero, E.A., Sage, J.,2010. Loss of p130 accelerates tumor development in a mousemodel for human small-cell lung carcinoma. Cancer Res. 70,3877e3883.