多種基因修飾小鼠模型在乳腺癌研究中的應(yīng)用
上周，一年一度的ASCO(美國臨床腫瘤學(xué)會)年會在美國芝加哥落下帷幕。在今年的大會中，如果說必須得選出一個閃耀之星來，阿斯利康和第一三共的重磅抗體偶聯(lián)藥物(ADC)Enhertu，當(dāng)仁不讓。該藥在治療HER2低表達(dá)的不可切除或轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的3期臨床試驗中，與化療相比，將疾病進(jìn)展或死亡風(fēng)險降低50%。
Enhertu的橫空出世讓世界的目光再次聚集到乳腺癌上。乳腺癌是世界上女性中最常見，也是導(dǎo)致女性死亡最常見的癌癥類型。盡管目前乳腺癌患者的5年生存率可達(dá)90%，然而5年生存率≠治愈率，晚期乳腺癌幾乎不可治愈，患者治療仍有很大提升空間。本文將從乳腺癌發(fā)病機(jī)制、乳腺癌分型以及治療靶點(diǎn)三個方面介紹乳腺癌研究概況，希望能給大家?guī)硪恍⿴椭蛦⒌稀?/span>
-01 乳腺癌發(fā)病機(jī)制-
1 乳腺上皮細(xì)胞分類
乳腺癌是一種具有高度異質(zhì)性的疾病，由發(fā)生基因改變的乳腺上皮細(xì)胞引起。乳腺上皮細(xì)胞(MEC)系統(tǒng)是由管腔和基底細(xì)胞組成的雙層導(dǎo)管上皮網(wǎng)絡(luò)，由干細(xì)胞和祖細(xì)胞群組成。研究者利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄測序確定了15個乳腺上皮細(xì)胞(MECs)亞群，基于Krt18, Krt8, Krt5, Krt14 和Acta2的表達(dá)水平，11個亞群(C1-C11)表現(xiàn)出管腔細(xì)胞特征，4個亞群(C12-C15)表現(xiàn)出基底細(xì)胞特征(圖2)。
其中管腔細(xì)胞類型可分為兩大的細(xì)胞亞群，C1-C5表現(xiàn)出hormone-sensing細(xì)胞(Hs)特征，例如激素受體(Pgr, Esr1, Prlr)表達(dá)水平高；C6-C11則表達(dá)較低的激素受體。而基底細(xì)胞類型中，C14表現(xiàn)出肌上皮細(xì)胞特征，C15表現(xiàn)出Procr+基底細(xì)胞特征，與乳腺再生有關(guān)[1]。
南模生物可提供多種乳腺上皮細(xì)胞Cre/Dre工具鼠，助力在乳腺領(lǐng)域的研究項目。
表觀遺傳學(xué)改變也與乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展息息相關(guān)。在乳腺癌中，基因會發(fā)生總體高甲基化(導(dǎo)致基因激活、癌基因上調(diào)和染色體不穩(wěn)定)，或局部(位點(diǎn)特異性)高甲基化(由于DNA修復(fù)基因的沉默導(dǎo)致基因抑制和遺傳不穩(wěn)定)，這種情況發(fā)生的幾率較低。其他表觀遺傳機(jī)制包括DNA甲基化修飾組蛋白尾部、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變以沉默基因表達(dá)和核小體重構(gòu)。這些變化是可逆的、由酶介導(dǎo)的，并且具有成為靶標(biāo)的潛力[3]。
在科研工作中，利用基因工程手段，引入突變基因，可建立乳腺癌自發(fā)腫瘤或誘導(dǎo)生成腫瘤小鼠模型，進(jìn)而探究乳腺癌發(fā)生或轉(zhuǎn)移的內(nèi)在機(jī)理。目前主流的原發(fā)瘤模型分為自發(fā)型乳腺癌模型、誘導(dǎo)型乳腺癌模型和基因工程小鼠乳腺癌模型，具體模型的情況可見《疾病小鼠模型系列之乳腺癌篇》。
根據(jù)2020年CSCO(中國臨床腫瘤學(xué)會)乳腺癌指南，乳腺癌可根據(jù)分子分型[HR(雌激素受體)、PR(孕激素受體)、HER-2(人表皮生長因子受體-2)、Ki-67(細(xì)胞周期蛋白)分為五類，不同分子分型決定了系統(tǒng)治療方案的差異。乳腺癌分子分型如下：
針對不同的分子分型，南模生物細(xì)胞系資源庫保存有多種乳腺癌細(xì)胞系[4]，并進(jìn)行了成瘤性驗證，可用于構(gòu)建乳腺癌移植瘤模型。該模型的優(yōu)點(diǎn)是周期短、成本低，在腫瘤藥效研究中應(yīng)用較為廣泛。目前用于移植的乳腺癌細(xì)胞系詳細(xì)信息見下表。
雌激素受體α(ERα)在大約70%的浸潤性乳腺癌中表達(dá)。激素孕酮受體(PR)的表達(dá)也是ERα信號的標(biāo)志。雌激素受體(ER)或PR在至少1%的腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)被歸類為HR+，使用內(nèi)分泌藥物下調(diào)ER信號是ER陽性或PR陽性乳腺癌的主要系統(tǒng)治療方法。而對于轉(zhuǎn)移性患者來說目前的一線標(biāo)準(zhǔn)療法為CDK4/6抑制劑與激素療法聯(lián)用。細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin dependent kinases，CDKs)在細(xì)胞周期的啟動和各個時期的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。因癌細(xì)胞的基因改變而導(dǎo)致CDK4/6過度活化的表現(xiàn)存在于多個癌種之中，抑制CDK4/6的功能可以阻斷癌細(xì)胞的有絲分裂過程，還能促進(jìn)免疫系統(tǒng)攻擊癌細(xì)胞。
三陰性乳腺癌約占所有乳腺腫瘤的15%，以缺乏分子靶點(diǎn)ER、PR或ERBB2的表達(dá)為特征，化療為其主要治療手段。不過近年來這一領(lǐng)域?qū)矣型黄�。部分患者高表達(dá)EGFR、BRCA1/2、VEGF、FGFR，可通過設(shè)計靶向這些位點(diǎn)的單克隆抗體抑制腫瘤生長。TROP2是一種I型跨膜糖蛋白，在細(xì)胞遷移、增殖、細(xì)胞周期進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，在乳腺癌、肺癌等人類上皮癌中表達(dá)更高，這使TROP2在乳腺癌治療領(lǐng)域成為了一個很好的靶點(diǎn)。
南模生物可提供多種基因修飾小鼠，可用于靶點(diǎn)功能研究及模型開發(fā)探索，詳見下表：
參考文獻(xiàn)：
[3]https://zhuanlan.zhihu.com/p/134035715
[4] Subik K, Lee JF, Baxter L, et al. The Expression Patterns of ER, PR, HER2, CK5/6, EGFR, Ki-67 and AR by Immunohistochemical Analysis in Breast Cancer Cell Lines. Breast Cancer (Auckl). 2010 May 20;4:35-41. Erratum in: Breast Cancer (Auckl). 2018 Oct 16;12:1178223418806626.
[5]https://www.sohu.com/a/516237164_120272685
圖1 Enhertu的臨床研究發(fā)表在新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志
Enhertu的橫空出世讓世界的目光再次聚集到乳腺癌上。乳腺癌是世界上女性中最常見，也是導(dǎo)致女性死亡最常見的癌癥類型。盡管目前乳腺癌患者的5年生存率可達(dá)90%，然而5年生存率≠治愈率，晚期乳腺癌幾乎不可治愈，患者治療仍有很大提升空間。本文將從乳腺癌發(fā)病機(jī)制、乳腺癌分型以及治療靶點(diǎn)三個方面介紹乳腺癌研究概況，希望能給大家?guī)硪恍⿴椭蛦⒌稀?/span>
-01 乳腺癌發(fā)病機(jī)制-
乳腺癌是一種具有高度異質(zhì)性的疾病，由發(fā)生基因改變的乳腺上皮細(xì)胞引起。乳腺上皮細(xì)胞(MEC)系統(tǒng)是由管腔和基底細(xì)胞組成的雙層導(dǎo)管上皮網(wǎng)絡(luò)，由干細(xì)胞和祖細(xì)胞群組成。研究者利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄測序確定了15個乳腺上皮細(xì)胞(MECs)亞群，基于Krt18, Krt8, Krt5, Krt14 和Acta2的表達(dá)水平，11個亞群(C1-C11)表現(xiàn)出管腔細(xì)胞特征，4個亞群(C12-C15)表現(xiàn)出基底細(xì)胞特征(圖2)。
圖2 乳腺上皮細(xì)胞分群[1]
其中管腔細(xì)胞類型可分為兩大的細(xì)胞亞群，C1-C5表現(xiàn)出hormone-sensing細(xì)胞(Hs)特征，例如激素受體(Pgr, Esr1, Prlr)表達(dá)水平高；C6-C11則表達(dá)較低的激素受體。而基底細(xì)胞類型中，C14表現(xiàn)出肌上皮細(xì)胞特征，C15表現(xiàn)出Procr+基底細(xì)胞特征，與乳腺再生有關(guān)[1]。
南模生物可提供多種乳腺上皮細(xì)胞Cre/Dre工具鼠，助力在乳腺領(lǐng)域的研究項目。
2 乳腺癌發(fā)生分子機(jī)制[2]
乳腺上皮細(xì)胞在多種致癌因子的作用下，將發(fā)生增殖失控，造成腫瘤發(fā)生。腫瘤細(xì)胞中最常見的突變和/或擴(kuò)增基因是TP53(腫瘤的41%)，PIK3CA (30%)，MYC (20%)，PTEN(16%)，CCND1(16%)，ERBB2 (13%)，F(xiàn)GFR1(11%)和GATA3(10%) (圖2)。這些編碼細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的基因，要么被抑制(如p53)，要么被激活(如cyclin D1)，維持細(xì)胞增殖和/或抑制細(xì)胞凋亡。大多數(shù)乳腺癌是由多個累積作用的低滲透突變引起的。Luminal A腫瘤中PIK3CA突變發(fā)生率高(49%)，而TP53突變發(fā)生率高是基底樣腫瘤的標(biāo)志(84%)。
圖3 乳腺癌的分子突變[2]
(橙色表示功能獲得突變，藍(lán)色表示功能缺失突變)
(橙色表示功能獲得突變，藍(lán)色表示功能缺失突變)
表觀遺傳學(xué)改變也與乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展息息相關(guān)。在乳腺癌中，基因會發(fā)生總體高甲基化(導(dǎo)致基因激活、癌基因上調(diào)和染色體不穩(wěn)定)，或局部(位點(diǎn)特異性)高甲基化(由于DNA修復(fù)基因的沉默導(dǎo)致基因抑制和遺傳不穩(wěn)定)，這種情況發(fā)生的幾率較低。其他表觀遺傳機(jī)制包括DNA甲基化修飾組蛋白尾部、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變以沉默基因表達(dá)和核小體重構(gòu)。這些變化是可逆的、由酶介導(dǎo)的，并且具有成為靶標(biāo)的潛力[3]。
在科研工作中，利用基因工程手段，引入突變基因，可建立乳腺癌自發(fā)腫瘤或誘導(dǎo)生成腫瘤小鼠模型，進(jìn)而探究乳腺癌發(fā)生或轉(zhuǎn)移的內(nèi)在機(jī)理。目前主流的原發(fā)瘤模型分為自發(fā)型乳腺癌模型、誘導(dǎo)型乳腺癌模型和基因工程小鼠乳腺癌模型，具體模型的情況可見《疾病小鼠模型系列之乳腺癌篇》。
-02 乳腺癌分型-
以上可見，乳腺癌在細(xì)胞類型、分子特性層面是一種高度異質(zhì)性的疾病，因此需對乳腺癌進(jìn)行分類，目的是根據(jù)其群體共性、潛在腫瘤生物學(xué)行為和治療敏感性，為病人找到最有效的特異性治療方案。根據(jù)2020年CSCO(中國臨床腫瘤學(xué)會)乳腺癌指南，乳腺癌可根據(jù)分子分型[HR(雌激素受體)、PR(孕激素受體)、HER-2(人表皮生長因子受體-2)、Ki-67(細(xì)胞周期蛋白)分為五類，不同分子分型決定了系統(tǒng)治療方案的差異。乳腺癌分子分型如下：
針對不同的分子分型，南模生物細(xì)胞系資源庫保存有多種乳腺癌細(xì)胞系[4]，并進(jìn)行了成瘤性驗證，可用于構(gòu)建乳腺癌移植瘤模型。該模型的優(yōu)點(diǎn)是周期短、成本低，在腫瘤藥效研究中應(yīng)用較為廣泛。目前用于移植的乳腺癌細(xì)胞系詳細(xì)信息見下表。
-03 乳腺癌治療靶點(diǎn)-
乳腺癌發(fā)病機(jī)制中的兩個主要分子靶點(diǎn)主要是雌激素受體和表皮生長因子2。
雌激素受體α(ERα)在大約70%的浸潤性乳腺癌中表達(dá)。激素孕酮受體(PR)的表達(dá)也是ERα信號的標(biāo)志。雌激素受體(ER)或PR在至少1%的腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)被歸類為HR+，使用內(nèi)分泌藥物下調(diào)ER信號是ER陽性或PR陽性乳腺癌的主要系統(tǒng)治療方法。而對于轉(zhuǎn)移性患者來說目前的一線標(biāo)準(zhǔn)療法為CDK4/6抑制劑與激素療法聯(lián)用。細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin dependent kinases，CDKs)在細(xì)胞周期的啟動和各個時期的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。因癌細(xì)胞的基因改變而導(dǎo)致CDK4/6過度活化的表現(xiàn)存在于多個癌種之中，抑制CDK4/6的功能可以阻斷癌細(xì)胞的有絲分裂過程，還能促進(jìn)免疫系統(tǒng)攻擊癌細(xì)胞。
圖4 乳腺癌新出現(xiàn)的靶向途徑及藥物[2]
ERBB2+靶向治療的發(fā)展是乳腺癌治療中最重要的進(jìn)展之一。表皮生長因子2(ERBB2，以前稱為HER2或HER2/neu)，在大約20%的乳腺癌中被擴(kuò)增或過度表達(dá)。具有ERBB2擴(kuò)增或過度表達(dá)的腫瘤是ERBB2陽性，這類乳腺癌的患者受益于ERBB2靶向治療，包括抗ERBB2抗體(例如曲妥珠單抗和pertuzumab)和小分子酪氨酸激酶抑制劑(lapatinib and neratinib)。Enhertu對低水平HER2乳腺癌患者仍有良好的療效。三陰性乳腺癌約占所有乳腺腫瘤的15%，以缺乏分子靶點(diǎn)ER、PR或ERBB2的表達(dá)為特征，化療為其主要治療手段。不過近年來這一領(lǐng)域?qū)矣型黄�。部分患者高表達(dá)EGFR、BRCA1/2、VEGF、FGFR，可通過設(shè)計靶向這些位點(diǎn)的單克隆抗體抑制腫瘤生長。TROP2是一種I型跨膜糖蛋白，在細(xì)胞遷移、增殖、細(xì)胞周期進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，在乳腺癌、肺癌等人類上皮癌中表達(dá)更高，這使TROP2在乳腺癌治療領(lǐng)域成為了一個很好的靶點(diǎn)。
圖5 三陰性乳腺癌信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵機(jī)制[5]
南模生物可提供多種基因修飾小鼠，可用于靶點(diǎn)功能研究及模型開發(fā)探索，詳見下表：
參考文獻(xiàn)：
[1] Bach K, Pensa S, Grzelak M, et al. Differentiation dynamics of mammary epithelial cells revealed by single-cell RNA sequencing. Nat Commun. 2017 Dec 11;8(1):2128.
[2] Harbeck, N., Penault-Llorca, F., Cortes, J.et al. Breast cancer. Nat Rev Dis Primers 5, 66 (2019).[3]https://zhuanlan.zhihu.com/p/134035715
[4] Subik K, Lee JF, Baxter L, et al. The Expression Patterns of ER, PR, HER2, CK5/6, EGFR, Ki-67 and AR by Immunohistochemical Analysis in Breast Cancer Cell Lines. Breast Cancer (Auckl). 2010 May 20;4:35-41. Erratum in: Breast Cancer (Auckl). 2018 Oct 16;12:1178223418806626.
[5]https://www.sohu.com/a/516237164_120272685
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