化学致癌剂诱发的小鼠肺癌模型及应用研究

化学致癌剂诱发的小鼠肺癌模型及应用研究
侯敏;戴丽军(综述);黄健清(审校)
【摘要】肺癌已经成为全球发病率和病死率居前几位的肿瘤之一。

小鼠肺癌模型
与人类肺癌有极大的相似性，具有体内研究、针对性及可操作性强、实验结果可靠、易于转化医学研究等特点，因此面对肺癌发生率和病死率的严峻形势，利用小鼠模型加强肺癌的基础与临床研究，寻找肺癌的防治措施，具有重要的意义。

该文将综合文献研究进展以及工作中的经历和体会，阐述化学诱癌模型的建立及应用研究，以期对各个领域研究的深入开展起到抛砖引玉的作用。

%Lung cancer has become one of the leading cancers in terms of incidences and mortali-ties.Mouse models of lung cancer closely resemble those of
human′s.Moreover,they are characterized by a nature of suitable for in vivo study,high pertinence and manipulability,reliable results and easier to make translational research in medicine.Therefore,facing the severe situation of lung cancer inci-dence and mortality rate,it is significant to make use of mouse models in enhancing studies on lung cancer in basic and clinical researches and looking for preventive and therapeutic methods.Here is to make a review of the progress in the construction of mouse models of lung cancer induced by carcino-genic chemicals,in combination with our working experiences,we stress on their practical applications as well,which is expected to lead to more successful research
in various fields.
【期刊名称】《医学综述》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】4页(P615-617,618)
【关键词】肺癌;小鼠模型;化学诱癌
【作者】侯敏;戴丽军(综述);黄健清(审校)
【作者单位】广州医科大学附属肿瘤医院病理科，广州 510095;广州医科大学实
验动物中心，广州 510182;广州医科大学附属肿瘤医院肿瘤科，广州 510095
【正文语种】中文
【中图分类】R73-3;R734
肺癌已经成为全球发病率和病死率居前几位的肿瘤之一[1-4]。

在我国居首位，3
例因癌症死亡的患者中，有1例为肺癌患者[1]，是严重危害人类健康的疾病之一。

由于肺癌的发生、发展十分隐匿，又缺乏经济、有效的筛查手段，因此利用动物模型，深入、细致地研究肺癌发生、发展规律，寻找有效的早期筛查和检测手段，开发新的治疗方法，探索可行的预防措施，具有必要性、紧迫性和挑战性。

现对化学致癌剂诱发的小鼠肺癌模型及应用研究进行综述。

1.1 肺腺癌模型及应用研究对小鼠自发肺肿瘤的描述首先出现于1896年，至20世纪60年代的几十年间，许多研究者对不同品系小鼠的自发肺肿瘤作了极为
详尽的观察和描述，并在组织形态上确认这些肺肿瘤为腺瘤；频率最高的为A/J
品系，在鼠龄为23个月时可达71%，中等高发的为SWR、CR、O20及BALB/c，频率较低的为CBA和C3H，而C57BL6/J和DBA是频率最低的；此外，自发肺
肿瘤还呈现出多发性，与频率的趋势基本相同，发生频率和多发性共同反映了肺肿瘤发生的机体易患性；与此同时，许多研究者利用化学致癌剂诱发肺腺瘤形成，并
展示出所诱发肺腺瘤的频率和多发性与自发肺腺瘤的情形相似，描述了小鼠品系易患性的差异[5]。

1972年列出的244个近交系小鼠品系中，对24个品系的自发肺腺瘤情况作了特别的描述[6]。

化学诱癌的发展还得益于流行病学对病因学调查资
料的积累。

吸烟被确定为导致全球肺癌高发的主要因素[7]；此外，环境和生活中
的某些化学物质被认为可能诱发肺癌[8-11]，并可能与吸烟产生协同致癌作用[7-8]。

在20世纪七八十年代，化学致癌剂诱发肺腺癌的研究达到了鼎盛时期，文献中所使用的致癌剂可谓应有尽有，是人们认识化学致肺癌形成的一个过程[5,7]。

根据实验的内容和目的，多环烃类(如苯并芘)、亚硝胺类(如二甲基亚硝胺及丁酮)、砷剂、氡及其子体、氨基甲酸酯、烷化剂(如乙基亚硝脲)逐渐成为应用较多的化学致癌物；苯并芘、二甲基亚硝胺和丁酮是烟草燃烧中产生的成分，而砷剂和氡是锡矿粉尘中的成分，化学诱癌实验充分验证了这些化学物的致肺癌作用；随着分析手段的发展，还阐述了所诱发的肺肿瘤多由细支气管黏膜上皮和(或)肺泡Ⅱ型上皮增生形成，部分肺肿瘤可进展为腺癌，与人类的某些亚型非常相似[5,12]。

我国化学诱发肺癌的研究起步较晚，所涉及的化学物也有限。

一组来自锡矿粉尘进行的诱癌实验，主要针对云南锡矿工人中肺癌高发情况的调查，确立了肺癌的致病因素主要为锡矿粉尘颗粒本身和其中所含的高剂量砷、氡及其子体，但主要是利用金仓鼠及大鼠完成的[13-15]。

另一组为霉菌毒素所诱发的肺腺癌，利用北方食物中常见的
真菌霉素(黄曲霉毒素G1、杂色曲霉素和脱氧雪腐镰刀菌烯醇)长期低剂量喂养小鼠，可诱发小鼠肺腺癌[16-19]。

此外，一些对煤烟[9-11]、烹调油烟[10]诱发肺
癌的流行病学调查报道显示，几十年前的煤烟生活方式(无论在城市还是乡村)协同普遍存在的主动和被动吸烟以及肺结核等肺慢性疾病或许更能反映我国的国情[8]，而新时期的环境污染可能将影响未来肺癌的发病情况。

小鼠肺腺癌模型得以发展
的另一个重要原因是肺癌组织学类型的变化，腺癌的发病率已逐渐超过鳞状细胞癌，成为肺癌四大类型中的主要类型，特别是女性肺癌[20-22]。

在美国，肺癌组织学
类型的变化被认为反映了控烟计划的有效实施[22]。

由于肺腺癌多为周边型，临床难以捕捉到早期病变，在人体研究肺腺癌发生、发展的规律非常困难，小鼠模型无疑成为一个有力的研究工具，帮助研究者更加深入研究和认识癌变过程的各个环节，利用定位基因型的方法在小鼠进行遗传易患的分析是其中的一个例子[23-24]。

大
量流行病学资料显示，肺癌患者中80%～90%为吸烟者，而吸烟人群中仅少数发
生肺癌[25-26]，提示机体易患性对肺癌发生的巨大影响，这为该项工作的开展奠
定了理论基础；而单核苷酸多态性的发现和应用，为定位小鼠肺肿瘤易患基因提供了手段[23-24]。

在基因定位研究领域中，应用较多的为氨基甲酸酯和乙基亚硝脲
诱发的小鼠肺肿瘤模型，小鼠品系肺肿瘤易患性所表现的自然呈现与化学诱发的一致性，使得研究得以进行[5,23-24]。

实际操作是以小鼠肺肿瘤的数量和大小为表型，进行全基因组关联研究，定位基因型；目前已经定位了100多个基因位点[23]。

如此多基因位点的发现及其之间存在的相互作用，使人们逐渐认识到易患基因有不同的外显性，大多数危险指数较低(1.0～1.5，>5%)，少数为中度指数(2～5，<5%)，使得终生患癌的危险性明显提高，而高度指数罕见(≥10，<1%)[26]。

易患基因与环境因素的相互作用决定着癌变过程的发生。

全基因组关联研究定位的第1例人肺癌易患基因位点在15q25，包括3个胆碱能尼古丁受体基因(CHRNA3、CHRNA5、CHRNB4)[27]；进一步的研究表明，不同的亚单位与吸烟的量显著相关，从而影响肺癌的形成[28]。

利用乙基亚硝脲在近交系BALB/c和C57BL/6J小鼠诱发肺肿瘤，并在BALB/c小鼠建立了肺腺癌模型[29]。

在诱癌的不同时期观察到，不同品系的小鼠既存在肺肿瘤数量和大小的差异[5]，又具有肿瘤病理表型的
不同和肺肿瘤演变为癌频率的不同[29]；由此推测，肿瘤表型不但表现为肿瘤的数量和体积变化(量的变化)，还表现为肿瘤的恶性演变过程(质的变化)；机体易患性
不仅以量的变化为标准，还应该涵盖质的变化；换句话说，品系间的易患差异更为重要的内容或许应该是肿瘤质的变化。

有实验模型研究发现，一次性腹腔注射乙基
亚硝脲，使该致癌物通过胎盘一次性致子代鼠肺肿瘤的形成，所形成的肺肿瘤自然演变，其中部分发展为肺腺癌，这些特点使研究程序能够分阶段进行，为今后更为细致地观察诱癌和癌变过程，比较不同品系小鼠易患差异的关键环节，并进行有关的防治研究奠定了实验基础。

化学诱发小鼠肺腺癌为探索和验证肺癌的致病因素、癌组织发生、建立适用于防治研究的肺腺癌模型等方面都做出了极大的贡献；很多小鼠模型的肺腺癌发生、发展规律与人类有许多相似之处，如何根据实验目的，利用模型进行有意义的工作，特别是在开发化学预防、早期诊断以降低肺癌的发病率和病死率方面，大有可为[30]。

1.2 肺鳞状细胞癌模型及应用研究在人类，大量的肿瘤病理观察显示，肺鳞状
细胞癌多为中心型，起源于支气管∕细支气管黏膜上皮，所不同于腺癌的癌变过程
是支气管黏膜柱状上皮首先发生鳞状化生，而鳞状化生的细胞是一种适应性改变，若在此阶段祛除致病因素，病变可以消退；但若致病因素继续存在，化生的细胞经过增生、不典型增生、原位鳞状细胞癌等阶段，逐渐发展为浸润性癌[31]。

也许是这样一个癌变过程，使得鳞状细胞癌的模型不仅比较少，而且很难制作。

迄今为止，国内外仅有几个研究小组利用不同的化学诱癌剂成功地诱发小鼠肺鳞状细胞癌模型。

最早的模型发表于1977年，日本学者将苯并芘直接滴注入C57BL/6小鼠主气管内，每周滴注1次，连续滴注8周，实验40周时观察到了肺高、中分化的鳞状细胞癌；实验周期更长，可以观察到低分化的鳞状细胞癌，并伴有血管浸润[32]。

1980年，研究者又在C57BL/6和C3H/He小鼠用高(1.0 mg)、低(0.5 mg)剂量
的苯并芘重复了之前的工作，发现低剂量的苯并芘诱发小鼠肺腺癌较鳞状细胞癌的比例高得多，而高剂量的苯并芘则得出相反的结果[33]。

不久，美国学者采用相同的方法，用3-甲基胆蒽在C3H/AnfCum及C57BL/Cum×C3H/AnfCum F1小鼠诱发的肺癌呈现剂量-时间效应关系，小剂量以腺癌为主，大剂量以鳞状细胞癌为主；40周死亡的小鼠以鳞状细胞癌为主，而50周后死亡的以腺癌为主[34]。

这种
诱发肺鳞状细胞癌的方法技术难度大、小鼠病死率高、重复性差、周期长，虽然我国学者也采用相似的方法，在气管内分别滴注苯并芘和3-甲基胆蒽成功诱发肺鳞状细胞癌，但均使用的是大鼠[35-36]，可见，以上述方法构建小鼠肺鳞状细胞癌模型进行应用研究非常困难。

还有研究者用亚硝基烷化脲类诱癌剂涂抹NIH Swiss 小鼠皮肤，观察到在致皮肤恶性肿瘤的同时也诱发了肺鳞状细胞癌和腺癌[37]；Wang等[38]在此研究基础上，在8个品系(包括129/svJ、AKR/J、BALB/cJ、C57BL/6J、FVB/J、SWR/J、A/J和NIH Swiss)的小鼠皮肤涂抹小剂量NTCU(N-nitroso-tris-chloroethylurea，亚硝基烷化脲类中的一种)，每周2次，7～9个月后观察小鼠肺癌形成情况，发现不同品系的小鼠易患性不同，以NIH Swiss小鼠最为敏感，AKR/J、129/svJ、C57BL/6J较为抵抗；皮肤涂抹致癌剂虽较气管滴注容易操作，但小鼠不太耐受大剂量NTCU，病死率较高，而小剂量又不足以诱发鳞状细胞癌或需要较长的时间诱发，使应用研究受到一定的限制。

尽管如此，建模课题组还是在化学干预诱癌过程方面进行了尝试[39-40]；还有学者探索用小动物正电子发射断层扫描对干预过程进行监测[41]。

目前，研究者们还在努力完善模型，使其更适用于应用研究[42]。

转基因小鼠模型可以产生自发肺肿瘤，其中以腺瘤为主[43]，只有少数的转基因可诱导鳞状细胞癌[44-45]或小细胞癌[46]的形成。

在转基因小鼠模型的基础上实施化学诱癌，是一个操作空间较大的研究方法，能够研究兴趣基因对化学诱癌的影响[47]或探讨化学诱癌的机制[48]等，是化学诱癌研究又一个新的领域，但这方面的研究报道不多。

加强对肺癌的防治以减少其发生率和病死率是一个系统工程。

在医学领域里，需要预防医学、癌基因学、影像学、病理学和临床医学等多学科的共同努力，才有可能取得更大和更快的突破。

小鼠肺癌模型结合新的研究内容(如表观遗传学、基因组学、蛋白组学及代谢组学等)以及新的手段(如基因芯片、激光切割、质谱分析、小
线圈核磁共振及小型正电子发射计算机断层扫描等)给研究者开辟了更加广阔的研究领域。

如果研究者们能够根据实验内容和目的很好地设计课题，完成实验内容，并充分阐述实验的结果、所解决的问题和达到的目的，研究成果就一定能够逐步转化为预防医学和临床医学的实践，为改变肺癌高发生率和高病死率的现状做出应有的贡献。

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