引言

人类疾病的动物模型是指各种医学科学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物。动物疾病模型主要用于实验生理学、实验病理学和实验治疗学（包括新药筛选）研究。模型可复制临床上一些疾病，如放射病、毒气中毒、烈性传染病、外伤、肿瘤等。借助于动物模型可以有意识地改变某些环境因素，以便更准确地观察模型的实验结果并与人类疾病进行比较研究。而在模型的构建过程中，实验动物尽量选择结构、功能、代谢方面与研究相近的动物做试验，常见的实验动物有小鼠、大鼠、豚鼠、家兔、小型猪或非人灵长类动物等。

 

近百余年中，小鼠模型在医学研究中扮演着重要的角色。随着肿瘤研究进展的不断加深，从最初的肿瘤移植模型到近年的基因编辑模型，模型小鼠的应用日益广泛。在人体环境中，不同的肿瘤在发生、发展及转移等方面均存在着差异。因此，建立合适的小鼠模型是开展肿瘤研究的必要条件。

  

一、应用小鼠模型的优势
 

（图源自网络）

 

肿瘤小鼠模型对于阐明体内肿瘤的发生发展机制具有重要意义，有助于揭示癌基因功能，探讨肿瘤易感性差异以及肿瘤休眠复发机制等。相较于体外培养的肿瘤组织，小鼠体内环境为肿瘤的血管生成、基质相互作用等生理过程的研究提供了有利条件。而在模型构建中，小鼠也展现了其特有的优势，详见图1。

 

图1：小鼠动物模型的优点

 

 

二、肿瘤小鼠模型的发展

小鼠早在17世纪就用于实验科学，在肿瘤研究中的小鼠应用最早可追溯到1902年。从1909年到1980年间，小鼠的研究取得飞跃进展，相关研究人员建立了最古老的近亲繁殖小鼠（近交系小鼠）—DBA小鼠以及C57BL小鼠，开创了诱发性肿瘤模型，不久后还首次发现免疫缺陷小鼠。1980年，Gordon等对受精卵进行核注射，建立了基因工程小鼠模型。

 

图2：肿瘤小鼠模型发展简史

 

 

三、肿瘤小鼠模型的分类

目前肿瘤小鼠模型种类繁多，根据建立方法不同可划为三大类别，即自发及诱发性肿瘤模型、人源性肿瘤移植小鼠模型和基因工程小鼠模型。

 

1、自发性肿瘤模型

自发性肿瘤模型是指在实验环境中，未经人工处理而自然发生肿瘤的模型，很好地模拟了人体肿瘤的发生过程，使研究成果更容易应用于临床。
 

自发性肿瘤模型多应用于癌症进展中相关影响因素的验证，如特定代谢物、特异性调节因子及调节通路或致癌炎症的研究。
 

值得一提的是，自发性肿瘤也可被应用于小鼠同种异体移植（mouse-derived isograft,MDI），这种模型可以使小鼠原发性肿瘤很好的在组织病理学和遗传图谱上反映出来，在肿瘤表型分化、微环境丰富度和癌症干细胞驱动等方面研究使用较多。

 

图3：小鼠同种异体移植示例

 

 

2、诱发性肿瘤模型

诱发性肿瘤模型是在实验环境中，利用致癌因素刺激小鼠产生肿瘤而形成的模型。其节约了时间与耗材，更便于管理，且使成瘤率大幅度提升。而导致肿瘤发生的诱因也很多，实验室常用的方法是化学、饮食、及放射线等方面。
 

在化学致癌方面，二乙基亚硝胺（diethylnitro-samine,DEN）以及经典乳腺癌治疗药他莫昔芬等是目前肿瘤研究中较为常用的化学药品。

高脂饮食容易诱导炎症促进前列腺癌的发生。此外，高脂饮食还与结肠癌、乳腺癌等密切相关。
 

在放射线诱发肿瘤方面，雌性BALB/c小鼠在单剂量4.0Gy电离辐射后6周内诱发乳腺肿瘤。多数诱发性肿瘤模型与人体肿瘤发生发展相似，原因在于其诱因极为相近，如以紫外线B诱导小鼠与人类光致癌十分相似。

 

（图源自网络）

 

 

3、人源性肿瘤移植小鼠模型

肿瘤细胞系异种移植模型（CDX）常用免疫缺陷小鼠包括balb/c裸鼠、严重联合免疫缺陷小鼠（SCID）和非肥胖糖尿病/严重联合免疫缺陷小鼠（NOD-SCID）等。而常见的模型构建方法，则是将肿瘤细胞悬液注射到免疫缺陷小鼠的原位/异位，通常包括皮下种植、静脉注射、原位移植、肾包膜下种植及心室注射等方式，来观察和评估肿瘤的生长或转移情况。

 

图4：肿瘤细胞系异种移植模型（CDX）示例

 

人源性肿瘤异种移植模型（PDX）是直接将患者身上的肿瘤（一般为原发性肿瘤）移植到免疫缺陷小鼠体内。此模型可以避免肿瘤细胞出现严重的化学或机械损伤而对失巢凋亡（Anoikis）敏感。皮下PDX模型操作较为简单，易于无创监测肿瘤生长状态且不会改变其原有异质性，因而更便于药物特异性筛查。

 

图5：人源性肿瘤异种移植模型（PDX）示例

 

 

4、基因工程小鼠模型

基因工程小鼠，也叫遗传工程小鼠（GEM），是在分子水平上利用基因工程技术改造、修饰小鼠的胚胎干细胞或受精卵基因（特定原癌基因或抑癌基因），进而促进特定肿瘤的形成。基因工程小鼠模型（GEMM）已在相关突变基因、肿瘤演化转移机制及肿瘤微环境等诸多研究中发挥重要作用。

 

 

四、肿瘤小鼠模型在乳腺癌疾病上的运用

乳腺肿瘤是全球女性最常见的恶性肿瘤之一，其发病率在世界范围内呈明显上升趋势，其防治也越来越受到重视。乳腺肿瘤动物模型的制作将对进一步研究乳腺肿瘤的病因、发病机理，从而对其进行有效预防、提高治疗效果等起到非常关键的作用。

 

近年来，许多研究显示肿瘤的发生与细胞的凋亡密切相关，但凋亡通路的作用机制仍需进一步探索。张睿等人构建了一个140只SD大鼠自发性乳腺肿瘤模型，通过免疫组织化学和实时荧光定量法，检测线粒体凋亡通路五个关键因子 AIF、Cyt C、APAF-1、caspase-3、 XIAP 在正常乳腺组织、良性肿瘤及恶性肿瘤中蛋白和 mRNA 的表达情况，为靶向治疗、新药研发等方面提供指导依据。实验结果显示，AIF、Cyt C、APAF-1、caspase-3、XIAP五个作为线粒体凋亡通路相关因子，在正常组、良性肿瘤、恶性肿瘤组间表达有明显差异（P＜0. 01），提示线粒体凋亡通路参与乳腺肿瘤的发生与发展，因此可综合多因子的表达情况来预测乳腺肿瘤的发生及判断乳腺肿瘤的发展。

 

图6：AIF、Cyt c、APAF-1、Caspase-3、XIAP在SD大鼠乳腺各组中的表达（x±s）

 

图7：荧光定量PCR检测各因子在三组中的相对表达量

 

 

MUC1是粘蛋白家族成员，是肿瘤疫苗研究的理想靶分子。MUC1-MBP是通过基因工程技术制备的融合蛋白，能特异性诱导小鼠细胞免疫应答和体液免疫应答。宋献美等人研究利用ICR小鼠建立了人类乳腺癌皮下移植瘤模型，来探讨MUC1-MBP抗人乳腺癌作用。

 

研究用的ICR小鼠，先经X射线和免疫抑制剂处理后使其暂时处于免疫抑制状态，再皮下注入人类乳腺癌细胞，成功建立小鼠皮下人乳腺癌移植瘤动物模型。通过解剖观察、HE染色和免疫组织化学染色对人乳腺癌组织进行鉴定，观察MUC1-MBP和MBP抗乳腺癌作用。结果显示，MUC1-MBP和MBP蛋白免疫对人乳腺癌的预防和治疗均具有明显作用，且MUC1-MBP比MBP抗肿瘤作用显著。其建立肿瘤模型的方法简便、成瘤率高、死亡率低，可用于观察肿瘤疫苗的抗肿瘤活性，为肿瘤免疫治疗研究提供新的研究工具。

 

图8：5Gy X射线照射下的小鼠肿瘤的生长

 

图9：MUC1-MBP治疗乳腺癌荷瘤鼠

 

 

总结

肿瘤小鼠模型对于揭示癌症基本机制、开创新的诊疗方法至关重要。随着高新技术的兴起，不同小鼠模型不断发展完善，多模型的联合应用也使肿瘤研究更加精准与便捷。本文旨在分享实验动物模型的历史发展、分类优势及其在肿瘤方向乃至医学研究的应用，并总结目前肿瘤研究中常用的几种小鼠模型和其在乳腺癌上的运用示例，以供广大科研工作者参考。

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参考文献：

[1] 周云振,Santosh Kumar Jha,孙海明,孙冬琳,金焰&吴楠.(2022).肿瘤小鼠模型建立应用进展.中华肿瘤防治杂志(02),92-101.

[2] 唐宏涛&魏敏杰.(2007).乳腺癌实验动物模型的制备与应用.中国实验动物学报(03),234-237. 

[3] 张睿,崔雨婷,陈正礼,罗启慧,祝春梅,孙凤娇&陈梦鹿.(2015).线粒体凋亡相关因子在大鼠自发性乳腺肿瘤中的表达.中国实验动物学报(04),375-381.

[4] 沈恩超,等.(2010). Cxcr4在“人源性”乳腺癌骨转移小鼠模型中的表达及其意义.江苏医药(7),4.

[5] 宋献美.(2009).小鼠皮下人乳腺癌移植瘤模型的建立及应用(硕士学位论文,吉林大学).

 

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网络及参考文献

 

 

本文作者：邱金萍