牵基因而动全身，看这些小鼠如何在肿瘤研究中大显身手
近年来恶性肿瘤的发生率与死亡率逐年上升，它们成为了威胁人类健康的主要因素之一，在过去的三十年里，癌症机制研究深入，推动了多种肿瘤模型的产生。目前的主流模型可以分为4类，即CDX模型、PDX模型、环境诱导模型、基因修饰的原发肿瘤模型。今天小编来给大家盘点一下基因修饰的原发肿瘤模型：
原发肿瘤模型的分子基础
癌症是一种有分子基础的疾病，其发生与原癌基因及抑癌基因的变异高度相关[图1]。原癌基因通常在细胞中以单拷贝形式存在，只有极低水平表达，它们可以作为生长因子、细胞信号转导因子和核转录因子发挥作用，但当其发生点突变、重排、缺失、扩增等突变时，转录活性就容易改变，诱导细胞的癌变；抑癌基因主要是抑制细胞周期或促进细胞凋亡、参与DNA修复进程，但当其发生突变或缺失，会失去原有的功能，将导致异常细胞增殖和肿瘤进展。
图1 癌基因与原癌基因的分子机制（图片来源于网络）
原癌基因与抑癌基因突变的“组合技”使癌症有了许多特征，如信号转导异常，细胞不受控的增殖、转移、细胞凋亡和血管的异常生成[图2]。
图2 癌症发生的十大标志[1]
促使人类肿瘤发生的原癌基因或抑癌基因突变可以通过基因编辑在小鼠上实现，因此，基因修饰原发肿瘤小鼠模型应运而生。
原癌基因相关原发肿瘤模型
MYC诱导的肝癌模型
MYC是研究最广泛的癌基因之一，与多种肿瘤的发生发展紧密相关。MYC癌基因家族由三个成员组成，C-MYC，MYCN和MYCL。C-MYC基因主要通过扩增和染色体易位重排的方式激活，与某些组织肿瘤的发生、发展和演变转归有重要关系。在许多人类癌症中经常观察到该基因的扩增。
以下是一个具体的示例：通过H11-CAG-LSL-Myc小鼠与肝脏特异性Cre小鼠交配可以获得Alb-Cre-Tg/H11-CAG-LSL-Myc(NM-KI-220458) 原发肝癌肿瘤小鼠[图3]，其在肝脏特异性过表达c-Myc，可以诱发明显肝癌表型，可用于研究肝癌发生发展机制和药效评价等研究。
图3 C-myc诱导肝癌发生
K-ras诱导的肺癌模型
K-ras基因是首个被确定的原癌基因，属于ras超蛋白家族。其编码的蛋白是一种GTP水解酶，通过构象循环的活性变化来控制多个信号级联通路，当K-ras基因发生异常时，会持续处于激活状态，导致肿瘤细胞的持续增殖，最终诱导肿瘤发生。
比如：目前应用较广泛的肺癌动物模型是Kras-LSL-G12D(NM-KI-190003)小鼠模型，该模型可以通过与肺特异性Cre/CreER小鼠杂交[图4]来实现组织特异性的表达激活，诱导肺癌发生。
图4 Scgb1a1CreERT2/+; KrasG12D/+诱导肺癌发生
抑癌基因相关原发肿瘤模型
Apc诱导的结直肠癌模型
除了原癌基因以外，抑癌基因的突变也会影响癌症的发生。Apc是一个经典的抑癌基因，当它第850位点氨基酸的L替换为X（即发生无义突变），容易诱发肠道多发腺瘤。例如：Apc-L850X(NM-KI-200001)小鼠就是一类理想的肠道肿瘤模型：
在Apc-L850X突变小鼠的肠道中，随着周龄增加腺瘤性息肉数量也会逐渐增加。病理检测结果显示，Apc-L850X突变小鼠的肠道肠上皮可见腺瘤组织增生[图5]。
图5 ApcL850X/+诱导结直肠癌
多基因修饰肿瘤模型
K-ras与Stk11诱导肺癌模型
然而单基因突变模型在某些方面尚有不足，比如诱导肿瘤的能力较弱，因此可以和其它基因修饰联用，用来满足更多的肿瘤研究需求：
例如KL模型，包含多个基因的修饰。在KL小鼠中，Kras-G12D突变伴随Stk11（一种抑癌基因）缺失会加速肺部肿瘤发展，病症恶性程度也会更高，并且出现多样的表型特征，包括鳞状细胞癌和大细胞癌。由气管雾化注射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在小鼠肺部特异性表达，诱导Stk11表达缺失，外加Kras-G12D突变，两个因素共同作用，可以诱发肺癌发生[图6]。
图6 KL模型肺癌发生
Trp53与K-ras诱导胰腺癌模型
KPC(NM-KI-210096)小鼠模型是目前成功建立的一种胰腺导管腺癌模型，它包含Trp53基因抑制性点突变Trp53-R172H，K-ras基因条件性活化点突变KRAS-G12D，可通过Trp53-R172H (NM-KI-18028)、Kras-LSL-G12D (NM-KI-190003)和Pdx1-Cre-Tg交配获得，可以表现出许多与人类胰腺癌类似的表型特点，如胰腺内皮细胞瘤形成，强烈的免疫反应等。80%的KPC小鼠出现了肝转移和肺转移的现象。KPC小鼠在Pdx1-Cre的作用下，KRAS突变在胰腺的腺泡、胰岛和导管中特异性表达，同时在Trp53突变的背景下，诱发胰腺癌[图7]。
图7 KPC模型胰腺癌发生
了解癌症发生的规律，有望为确定一些物种可能如何进化出有效的抗癌机制提供关键的见解，进一步为肿瘤药物的研发提供理论支持。南模生物自主研发了丰富的原发肿瘤小鼠模型（部分品系信息详情见下表*），利用CRISPR Cas9等技术对小鼠的原癌基因或抑癌基因进行修饰，调节其表达规律，诱导小鼠形成原发肿瘤。这些模型涉及多个基因多类癌种，是肿瘤研究的有力工具。
*注：
1. 表中品系多数需与其他基因修饰小鼠联合使用才能诱发肿瘤；
2. 表中所列举品系的疾病表型源于文献报道，不代表该基因编辑小鼠必然出现疾病表型。
南模生物还可以提供基因编辑原发肿瘤相关模型小鼠的定制服务，如您有相关需求，欢迎拨打400-728-0660或者关注微信公众号点击在线咨询，我们的专业团队将竭诚为您服务！
参考文献
1.Douglas Hanahan, Robert A. Weinberg. Hallmarks of Cancer: The Next Generation. Cell. 2011; 144(5): 646-674.
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