脑肿瘤动物模型的研究进展

脑肿瘤动物模型的研究进展

摘要 动物模型是研究肿瘤发病机制和检验各种治疗方法的有力武器，本文就脑肿瘤动物模型的历史发展和应用前景作一综述。
关键词 脑肿瘤 动物模型 异种移植 转基因动物

脑肿瘤目前仍是严重威胁人类健康和生命的疾病，而肿瘤实验动物模型的建立为研究其发病机制、生物学特性和检测各种治疗方法提供了一种高模拟性工具。自上世纪以来，先后建立了化学物质诱发脑肿瘤模型、病毒诱发模型、同种以及异种移植模型，随着现代分子生物学技术的发展，转基因动物模型又将成为人们研究的热点。
1.早期脑肿瘤动物模型及其局限性
1．1 自发性脑肿瘤动物模型
脑肿瘤在哺乳动物中的发病率不一，有报道狗为0.1-0.5%，SD大鼠（7803只）为0.44%，但另一组41000只SD大鼠中仅发现38例中枢神经系统肿瘤，在灵长类动物中更为罕见，曾解剖14000只恒河猴和1247只猕猴尸体，未发现一例脑肿瘤[1]。由于发病率低，加之自发瘤的隐匿性及荷瘤动物生存期短的特点，自发瘤模型难以用于临床。
1．2 化学物质诱发模型
早期使用甲基胆蒽注入鼠脑实质内可成功诱发出脑肿瘤，其中大部分为胶质瘤和脑膜肉瘤。在20世纪70年代，开始使用一种合成的致癌物质N-亚硝基脲及其衍生物乙基亚硝基脲（ENU）等进行肿瘤诱发实验。Kostener[2]等将50㎎/㎏的ENU给受孕20天的大鼠一次性静脉注射后，子代中均出现了中枢神经系统肿瘤，但ENU对成年鼠诱发脑肿瘤率较低。亚硝基脲类物质诱发的脑肿瘤在部位、类型、诱导时间以及恶性程度等方面均有很大差异。

1．3病毒诱发模型
由于发现病毒与脑肿瘤的发病存在一定的关系，一些学者试图使用病毒进行脑肿瘤诱发实验，核糖核酸病毒（Rous肉瘤病毒）和脱氧核糖核酸病毒（腺病毒）均可诱发脑肿瘤。Bigner[3]等把浓缩的Rous肉瘤病毒（0.01ml）注射到一种新生犬脑内，经一段潜伏期后全部发生胶质瘤或肉瘤，而且在动物体内并未发现子代病毒，这说明病毒的致瘤机理可能与其复制无关。也有人将AD12病毒直接注入到出生后24小时的鼠脑实质内，经过数月的潜伏期后就能发生脑肿瘤，其中大部分为髓母细胞瘤。Tabuchi[4] 则把感染Rous病毒的纤维母细胞接种到猴的右额叶内，73%发生了肿瘤，主要是肉瘤。病毒诱发的脑肿瘤可在同种动物中连续传代，经过克隆后可制成生物特性稳定的模型，但其致瘤周期不一，诱发瘤性质差别较大，而且病毒不宜保存，对人也有一定的伤害作用，从而限制了其应用。
2．脑肿瘤

移植模型
同种移植模型较多用于
胶质瘤的研究。将诱发的鼠脑胶质瘤进行体外细胞培养，形成稳定的细胞系，如C6，9L，BT4A等，再将这些细胞植入同种大鼠脑内，可得到同种移植胶质瘤模型。脑肿瘤同种移植模型虽能提高肿瘤的模拟性和统一性，但动物脑瘤与人脑瘤相比，在遗传学、细胞动力学和生物学方面均存在显著的差异，因而人们将目光更多地投向脑肿瘤异种移植模型。
由于免疫排斥反应的存在，早期多将肿瘤移植于动物免疫缺陷区，如豚鼠眼前房、仓鼠颊囊、兔角膜和鸡胚绒毛膜等，还有学者采用药物、X线照射等方法抑制动物免疫反应[5]。直到1968年由于免疫缺陷动物的发现，才真正开创了脑肿瘤异种移植动物模型的时代，这些动物包括T淋巴细胞功能缺陷的裸小鼠、裸大鼠，B淋巴细胞功能缺陷的CBA/N小鼠以及T、B淋巴细胞联合缺陷的Lasat小鼠、SCID小鼠等。目前对于脑肿瘤移植的方法还存在不同意见，主要包括：脑内移植、肾包膜下移植和皮下移植。脑内移植最接近肿瘤的人体生长环境，但其操作复杂，动物感染及死亡率高。近来有学者[6]采用立体定向技术将浓缩的肿瘤细胞悬液射注入大鼠右基底节区，可明显提高肿瘤的发生率并减少动物损伤，但肿瘤细胞可沿注射通道向蛛网膜下腔、脑室内及颅外播散。Engebraaten[7]等提出用培养的成胶母细胞瘤组织微块代替细胞悬液进行移植，成功率可达87.7-100%，Mccutcheon[8]对脑膜瘤进行的颅内移植实验也获得了成功。颅内移植最大的问题在于难以连续观测肿瘤的生长情况。Medhkour[9]等认为裸鼠的肾包膜下血供丰富，不易发生免疫反应，故提出将脑肿瘤移植于此，但需多次切开裸鼠肾包膜进行观察，易发生感染或死亡，而且会对肿瘤的生长产生影响。裸鼠皮下移植模型操作简单，便于观察，是目前应用最为广泛的方法。Jensen等[10]将脑膜瘤细胞悬液移植于40只裸鼠皮下，所形成皮下肿瘤的组织学特征和细胞增殖特性与人类脑膜瘤相似。Malham[11]分别采用细胞悬液和肿瘤组织块进行了皮下移植实验，发现后者的成功率要高于前者，他认为组织块含有肿瘤细胞间质，在质地、血供、间质结构、生长特性等方面与原肿瘤更为接近。对于颅内其他肿瘤，如髓母细胞瘤、颅咽管瘤、淋巴瘤等的异种移植模型也有报道。异种移植模型保留了人脑膜瘤的许多生物学特征，在组织形态学、细胞动力学、遗传学等方面与人类极其相似，但肿瘤长期传代后可能发生一定的改变，表现为基因型和表现型的不稳定，另外裸鼠的饲养条件要求也较高。
3．转基因动物模型

转基因动物是现代基因工程技术的产物，该方法将外源性基因导入宿主染色
体基因组内，并稳定的传给后代，由于可改变宿主的基因型，使外源基因在动物体内得以表达，目前转基因动物已成为研究肿瘤分子生物学发生机制的有力武器。脑肿瘤转基因动物模型的制备方法有多种，但其基本思路有两个[12，13]：① 导入一段致癌基因，使其在能利用该基因启动子的特定细胞中得以表达，虽然该基因可能不足以使正常细胞转变为肿瘤细胞，但对其它的基因改变会产生协同作用，使其更易诱导肿瘤的发生；② 基因"敲除"，使特定的基因表达缺失，而这些基因所编码的蛋白质可能恰好具有抑制肿瘤发生的作用。基因动物所产生脑肿瘤的类型受多种因素的影响，Holland[14]认为，肿瘤类型由特定信号传导通路的异常及其发生的细胞所决定。激活能控制胶质细胞分化信号传导通路的某些生长因子可诱发胶质瘤，相反，如激活小脑颗粒细胞前体分化信号传导通路产生的则是髓母细胞瘤。即便所产生的是同一种肿瘤，由于所控制基因的不同其恶性程度也有差别。
目前有关胶质瘤转基因动物模型的研究较多。胶质细胞包括星形细胞和少突胶质细胞，均由中枢神经系统干细胞分化而来，此过程受多种生长因子及其受体的调控，如血小板源性生长因子（PDGF）可促进少突胶质细胞前体的增殖，并与成纤维生长因子2（FGF2）协同作用阻止其进一步分化为成熟的少突胶质细胞[15，16]。与此相反，表皮生长因子（EGF）则可加快胶质细胞前体向星形细胞和少突胶质细胞发展的过程[17]。这些生长因子可激活一系列信号传导通路，其作用受到多种基因的调控，通过这些基因改变信号传导通路会导致胶质瘤的产生，并且与所产生肿瘤的表型有关。Wessenberger[18]等通过转导病毒癌基因来制备转基因肿瘤动物：由胶质醋酸纤维蛋白（GFAP）启动子所启动的V-src基因可导致转基因鼠星形细胞瘤的发生；而将多性瘤病毒中间T抗原基因导入GFAP阳性表达的动物体细胞中，可诱导产生混合型胶质瘤；Uhrbom[19]实验发现，通过病毒转导的PDGF基因（V-sis）整合到体内混合的多种细胞后，能发生多种类型的胶质瘤，包括多形性胶母细胞瘤（GBM）。另外，有学者[20]发现一个有趣的现象，将具有活性的Akt和Ras 基因导入胶质前体细胞中后，能诱发多形性胶母细胞瘤，然而Ras和Akt基因单独作用时却不能诱发该肿瘤，而且肿瘤多是由巢蛋白阳性表达的前体细胞产生，而不是GFAP阳性表达的星形细胞，这说明未分化细胞对癌基因的作用更为敏感。
其它脑肿

瘤转基因动物模型还包括髓母细胞瘤和脉络丛乳头状瘤（CCPs）。髓母细胞瘤起源于小脑神经外胚层，其细胞分化的信号转
导过程受SHH及其受体PTCH的调控，PTCH对其有很强的抑制作用，因此PTCH的失活或表达缺失具有致癌作用，可产生多种肿瘤，包括髓母细胞瘤[21]。CCPs起源于脑室脉络丛组织，其具体分化过程尚未明了，Bristner将多形腺病毒SV40上游启动子所产生的SV40大T抗原基因表达于脉络丛细胞后，可发生脉络丛乳头状瘤[22]。对于脑膜瘤、垂体瘤等颅内其它肿瘤，目前还没能建立理想的转基因动物模型，这也是我们努力的一个方向。
4．脑肿瘤动物模型质量的鉴定标准
脑肿瘤动物模型质量好坏的判定尚无统一标准，大致可从以下几方面考虑[1，10]：①保持遗传学特征不变，即动物间传代移植瘤细胞染色体与初代接种的人肿瘤细胞染色体一致；②各代移植瘤与人脑瘤的组织形态学特征基本一致；③人脑肿瘤的某些特定标记物在移植瘤中也能表达；④移植瘤的细胞增殖特性，应与原代人脑瘤接近；⑤动物移植瘤可连续传代，且移植瘤的生物学特性保持不变；⑥对治疗的反应与人脑肿瘤相似。其它还包括制备方法简便，易于大量复制，诱发时间短，生存期长，对人员无危害等。事实上，目前还没有一种动物模型能完全符合上述所有的标准。
5．展望
利用脑肿瘤动物模型，可进行导向诊断和治疗、药代动力学及药物内化测定等研究，还可用于评价各种治疗方法的效果、筛选抗肿瘤药物，因此在脑肿瘤的基础与临床研究领域中必将发挥不可替代的重要作用。由于现有的脑肿瘤动物模型还未达到与人脑肿瘤的完全一致，我们期待能研制出更高质量的动物模型，以协助人类最终攻克脑肿瘤这一顽疾。

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