基因修飾小鼠模型在腫瘤學(xué)研究中的應(yīng)用

作為腫瘤學(xué)研究的工具，GEM模型更能模擬人腫瘤的組織病理學(xué)和分子學(xué)特征，表現(xiàn)為有更好的遺傳異質(zhì)性，其優(yōu)勢在于能反映腫瘤細(xì)胞自身，以及腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞等相互作用因素，包括具有引起原發(fā)腫瘤開始形成到發(fā)展為轉(zhuǎn)移性疾病的能力。GEM模型的建立及應(yīng)用極大促進(jìn)了腫瘤學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展與進(jìn)步。

相對于過去常用的腫瘤細(xì)胞接種和免疫缺陷小鼠模型，基因修飾小鼠（GEM）模型是建立在天然完整免疫條件下的原發(fā)（de novo)腫瘤，因此，作為腫瘤學(xué)研究的工具，GEM模型更能模擬人腫瘤的組織病理學(xué)和分子學(xué)特征，表現(xiàn)為有更好的遺傳異質(zhì)性，其優(yōu)勢在于能反映腫瘤細(xì)胞自身，以及腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞等相互作用因素，包括具有引起原發(fā)腫瘤開始形成到發(fā)展為轉(zhuǎn)移性疾病的能力。GEM模型的建立及應(yīng)用極大促進(jìn)了腫瘤學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展與進(jìn)步。目前，GEM模型已成功應(yīng)用于驗證潛在腫瘤基因與藥物靶點(diǎn)，考核治療效果，分析腫瘤微環(huán)境影響，以及評價藥物耐藥性機(jī)制等研究領(lǐng)域。而且，結(jié)合臨床病人研究與構(gòu)建更加合理有效的GEM模型，優(yōu)化腫瘤干預(yù)的臨床前試驗，無疑將進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤治療新策略的研發(fā)，提高其有效轉(zhuǎn)化為臨床上實際應(yīng)用的成功率。

腫瘤學(xué)研究及腫瘤治療在臨床上仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，其中抗腫瘤藥物耐受性的形成和腫瘤轉(zhuǎn)移性疾病是當(dāng)前面臨的兩個重要現(xiàn)實難題。抗腫瘤耐藥性的產(chǎn)生是由于異質(zhì)性腫瘤中的原發(fā)突變的出現(xiàn)，或治療前耐藥克隆的大量生長引起的，而現(xiàn)有靶向抗腫瘤制劑的單一療法，或化學(xué)藥物療法都無法避免藥物耐受的發(fā)生。而且，在獲得明顯成功治療之后，少量藥物耐受腫瘤細(xì)胞可以存活下來，并在一定時間后，成為主要細(xì)胞群，最終形成與原始腫瘤表型不同復(fù)發(fā)疾病。而腫瘤轉(zhuǎn)移性疾病則是導(dǎo)致超過90%以上與癌癥相關(guān)死亡的原因，因為現(xiàn)在對于這些繼發(fā)腫瘤也多無有效的治療方法。近年來，雖然針對干預(yù)腫瘤病人免疫系統(tǒng)的腫瘤免疫療法取得了一些令人鼓舞的進(jìn)展，但該療法也只是對一些特定病例情況下有效果，而對于大多數(shù)腫瘤病人仍不具有實際臨床意義。

所謂成功的腫瘤治療往往需要多種方法的協(xié)同作用，比如手術(shù)，發(fā)射線照射，細(xì)胞毒性療法，以及免疫療法等綜合策略。為了設(shè)計出有效合理的綜合治療措施與方案，首要的基礎(chǔ)與前提是深入了解腫瘤的形成與發(fā)展，轉(zhuǎn)移，及治療應(yīng)答過程中，腫瘤細(xì)胞自身及其微環(huán)境細(xì)胞間相互作用的機(jī)制，從而尋找針對不同的腫瘤類型最有效的治療方法。為了實現(xiàn)這一目的，研究者們就必須依賴于動物模型的臨床前研究。過去盡管依賴于傳統(tǒng)臨床前小鼠模型，即通過建立移植人腫瘤細(xì)胞系或同種小鼠腫瘤細(xì)胞系模型等方法，獲得了臨床前抗癌新療法的成功驗證，但絕大多數(shù)的這些新療法在臨床III期試驗中卻都最終以失敗而告終。

總體上講，由于傳統(tǒng)體內(nèi)腫瘤小鼠模型在預(yù)測臨床新療法效果方面的表現(xiàn)不佳，因而更加凸顯尋找具有更好預(yù)測能力及效果的改進(jìn)型臨床前體內(nèi)模型的意義與價值。最近在基因修飾技術(shù)方面的進(jìn)步與發(fā)展，使得快速研制能更有效模擬人腫瘤的GEM模型成為現(xiàn)實，GEM模型在遺傳組成，腫瘤細(xì)胞與其腫瘤微環(huán)境的相互作用，藥物反應(yīng)及耐受等方面都更接近腫瘤病人。而新一代GEM模型的出現(xiàn)，也大大促進(jìn)抗腫瘤新療法策略轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用，最終達(dá)到有助于提高癌癥病人生存率的目的。

50年前首先在裸鼠體內(nèi)移植人/鼠腫瘤細(xì)胞系而建立的小鼠腫瘤移植模型成為腫瘤研究中常用的小鼠模型，這類移植模型可快速測試潛在腫瘤及轉(zhuǎn)移相關(guān)基因，并成為臨床前的藥物試驗主要工具。例如，通過異種移植研究有助于揭示結(jié)腸癌（CRC）對藥物（如Vemurafenib)在小鼠體內(nèi)的耐受機(jī)制，從而實現(xiàn)在臨床試驗中對CRC病人啟動了同時針對突變BRAF（如V600E）和EGFR的靶向聯(lián)合療法，表明這類異種移植模型在建立新的聯(lián)合治療策略方面的實際意義。

異種移植研究也有助于發(fā)現(xiàn)特定基因表達(dá)特征，研究其介導(dǎo)的器官特異性定位轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)。如應(yīng)用該種模型證實了傳播的乳腺癌細(xì)胞存在于血管附近，這為調(diào)控這些傳播的乳腺癌細(xì)胞提供了可能的對策。而且，應(yīng)用這類細(xì)胞系移植的體內(nèi)模型研究，也為抗腫瘤免疫，T細(xì)胞耐受機(jī)制，腫瘤免疫逃逸途徑等提供了許多基本的認(rèn)識概念。這些發(fā)現(xiàn)都為目前進(jìn)行中的腫瘤免疫療法的突破奠定了基礎(chǔ)。

然而，由于腫瘤細(xì)胞系一開始就含有許多突變，而且在體外長時間培養(yǎng)過程中，還會產(chǎn)生額外突變，因此，此類接種模型難以真實反映人腫瘤細(xì)胞的形態(tài)學(xué)和遺傳異質(zhì)性，從而降低了該類模型作為臨床應(yīng)用效果預(yù)測性的可靠性。另外，為了防止可能的排斥反應(yīng)，腫瘤細(xì)胞系的異種移植模型是建立在免疫缺陷小鼠基礎(chǔ)上，這也限制了其應(yīng)用于腫瘤發(fā)展中免疫系統(tǒng)以及治療應(yīng)答等領(lǐng)域的研究。

不同于細(xì)胞系移植模型，通過將新鮮人腫瘤活檢物移植至免疫缺陷小鼠構(gòu)建的病人來源的腫瘤移植（Patient-derived tumor xenografts，PDTX，或PDX）模型則具有更多優(yōu)勢，PDX小鼠模型的腫瘤保留了來自腫瘤病人在分子，遺傳，組織學(xué)異質(zhì)性等特征（甚至經(jīng)過小鼠體內(nèi)的傳代幾代之后）。所以，PDX模型也成為目前個性化醫(yī)學(xué)和臨床前藥物篩選的有用工具。

目前，PDX的大規(guī)模研究已應(yīng)用于潛在臨床藥物預(yù)測試驗。有研究者通過構(gòu)建約1000個來自多元化不同類型突變的PDX模型，并應(yīng)用這些不同的PDX模型對不同藥物進(jìn)行小鼠體內(nèi)篩選，尋找藥物與腫瘤基因型之間的關(guān)聯(lián)性，以達(dá)到試驗重復(fù)性和臨床可解釋性的統(tǒng)一。最近有應(yīng)用三陰乳腺癌建立的PDX模型，結(jié)合單細(xì)胞基因表達(dá)分析證明，早期細(xì)胞表達(dá)特征標(biāo)記主要為干細(xì)胞樣基因，發(fā)現(xiàn)了具有阻斷乳腺癌轉(zhuǎn)移的潛在藥物新靶點(diǎn)。

不幸的是，PDX模型在研究某些腫瘤類型方面（如雌激素受體陽性的乳腺癌和前列腺癌）的不滿意效果成為了限制其應(yīng)用的主要障礙。而且，PDX模型必須建立在免疫缺陷小鼠上，這樣的小鼠缺乏由獲得性免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的天然抗腫瘤與促腫瘤活動。

研究者們也明白，雖然PDX模型缺乏功能性的獲得性免疫系統(tǒng)，該模型仍可為臨床提供有價值的研究資料。正在進(jìn)行中的相應(yīng)改進(jìn)努力是通過移植人CD34陽性造血干細(xì)胞或前體細(xì)胞的方法，實現(xiàn)重建人免疫系統(tǒng)的人源化的小鼠模型，也取得了顯著的成功。雖然來自某些特異譜系的人免疫細(xì)胞在小鼠體內(nèi)的重建仍具有挑戰(zhàn)性，但通過引入人相關(guān)細(xì)胞因子，趨化因子，生長因子等方式，獲得增加人骨髓細(xì)胞在小鼠體內(nèi)發(fā)育與成熟的效果。