乳腺癌的分型、發(fā)生機(jī)制和不同的造模方式盤點(diǎn)

乳腺癌，這一全球廣泛存在的腫瘤類型，對(duì)其進(jìn)行深入研究至關(guān)重要。其發(fā)生、進(jìn)展和治療的機(jī)制在許多方面仍不清楚。因此，構(gòu)建有效的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵陨钊肓私馄鋸?fù)雜的生物學(xué)行為尤為關(guān)鍵。
 

乳腺癌是全球女性中最常見的癌癥之一。乳腺癌是一種異質(zhì)性癌癥，可分為四種亞型: Luminal A 型、Luminal B 型、HER2 陽(yáng)性，基底樣型 (也稱為三陰性乳腺癌)[1][2]。

表 1. 乳腺癌分型^[1][2]。

 

雖然確切的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，但據(jù)報(bào)道，基因突變、表觀遺傳改變、激素暴露和免疫微環(huán)境均與乳腺癌的進(jìn)展有關(guān)[2]。

知識(shí)小鏈接：

• 基因突變：早期乳腺癌細(xì)胞中突變和擴(kuò)增頻率最高的基因是 TP53 (41%)、PIK3CA (30%)、MYC (20%)、PTEN (16%)、CCND1 (16%)、ERBB2 (13%)、FGFR1 (11%) 和 GATA3 (10%)。在 Luminal A 型中，具有較高的 PIK3CA 突變率 (49%)，在基底樣型中有較高的 TP53 突變率 (84%)。

• 表觀遺傳改變：當(dāng)基因出現(xiàn)整體低甲基化或局部低甲基化時(shí)，前者會(huì)導(dǎo)致基因激活、癌基因上調(diào)和染色體不穩(wěn)定，后者導(dǎo)致基因抑制和基因不穩(wěn)定。其他表觀遺傳機(jī)制涉及通過 DNA 甲基化修飾組蛋白尾部，誘導(dǎo)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，從而沉默基因表達(dá)和核小體重塑。
• 激素暴露：當(dāng)雌激素與細(xì)胞核中 ER 結(jié)合時(shí)，可能會(huì)促進(jìn)癌變。例如，月經(jīng)周期中雌激素和孕激素之間的失衡會(huì)增強(qiáng)細(xì)胞增殖，并導(dǎo)致 DNA 損傷和癌前病變。

• 免疫微環(huán)境：在癌變?cè)缙�，免疫微環(huán)境通過活化的 CD8⁺ 和 CD4⁺ T 細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子發(fā)揮抗腫瘤作用。一旦腫瘤具有侵襲性，包括癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞和細(xì)胞因子在內(nèi)的微環(huán)境就會(huì)促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。

乳腺癌動(dòng)物模型主要包括移植瘤模型 (CDX 和 PDX 模型)、誘導(dǎo)模型 (化學(xué)、物理和生物學(xué)方法) 和基因工程模型 (轉(zhuǎn)基因和基因敲除模型)[3]。

▐ 移植瘤模型^[4]

移植瘤模型可分為細(xì)胞來(lái)源的異種移植模型 (Cell Derived Xenograft, CDX) 和患者來(lái)源的異種移植模型 (Patient Derived Xenograft, PDX)。CDX 和 PDX 模型可以通過皮下或原位注射來(lái)建立。皮下注射模型便于監(jiān)測(cè)腫瘤生長(zhǎng)，原位注射模型適用于研究腫瘤轉(zhuǎn)移。PDX 模型能夠模擬患者腫瘤的組織學(xué)、基因組特征和異質(zhì)性，并預(yù)測(cè)藥物反應(yīng)。

圖 1. 移植性乳腺癌動(dòng)物模型^[3]。 

A：同種異體乳腺癌動(dòng)物模型：將小鼠或大鼠來(lái)源的乳腺腫瘤細(xì)胞移植到相同遺傳背景動(dòng)物體內(nèi)。B：細(xì)胞系來(lái)源的異種移植乳腺癌動(dòng)物模型：將人來(lái)源的乳腺癌細(xì)胞系移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)。C：乳腺癌 PDX 模型：將人類乳腺癌患者的腫瘤組織移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)。
 

小 M 為大家整理了乳腺癌 CDX、PDX 小鼠模型的匯總，有需要的小伙伴自行收藏喔~

表 2. 乳腺癌 CDX、PDX 小鼠模型的匯總^[4]。

 

1

PDX 建模方法

▐ PDX 模型^[5](供參考): 

(1) 將 NOD-SCID 或 NSG 小鼠飼養(yǎng)在無(wú)特定病原體 (SPF) 條件下。

(2) 至少在小鼠在異種移植前一周進(jìn)行 0.16 µg/mL 17β-Estradiol (HY-B0141) 飲水預(yù)處理。其中，含有 17β-Estradiol 的飲用水應(yīng)保持新鮮 (每周更換一次)。
(3) 經(jīng)皮活檢標(biāo)本和治療后手術(shù)標(biāo)本應(yīng)保存在冰上并在無(wú)菌 PBS 中運(yùn)輸。植入操作應(yīng)在 1 小時(shí)內(nèi)完成。
(4) 將標(biāo)本切成 4 mm3 大小的碎片，用 14 號(hào)套管針將標(biāo)本植入小鼠皮下。
(5) 每個(gè)患者來(lái)源的樣本可植入 2-5 只小鼠中 (取決于收到樣本的質(zhì)量和數(shù)量)。
(6) 每天用游標(biāo)卡尺測(cè)量腫瘤長(zhǎng)度 (L)、寬度 (W) 和高度 (H)，記錄腫瘤生長(zhǎng)。腫瘤體積 (TV，mm3) 計(jì)算公式為 TV = π/6 × L × W × H。

2

CDX 建模方法

▐ CDX 模型^[6](供參考): 

(1) 準(zhǔn)備雌性無(wú)胸腺裸鼠 (5-8 周齡)。

(2) 在 37 ℃，加濕，5 % CO₂ 培養(yǎng)箱中培養(yǎng)人乳腺癌細(xì)胞系。

(3) 用冷 PBS 收集培養(yǎng)的癌細(xì)胞，快速將細(xì)胞懸浮于冰冷的 Matrigel 中。

(4) 給小鼠接種 100 μL 乳腺癌細(xì)胞。其中，MDA-MB-468 或 MDA-MB-453 的細(xì)胞懸液密度可分別參考 5 × 106/100 μL，1 × 106/100 μL。

(5) 用游標(biāo)卡尺測(cè)量長(zhǎng)度 (L) 和寬度 (W)，記錄腫瘤生長(zhǎng)，每周三次。腫瘤體積  (TV，mm3) 計(jì)算公式為 TV = 0.5 × L × W2。
 

▐ 誘導(dǎo)模型

最常見的方法通過給予 DMBA 或 MNU (化學(xué)方法)。DMBA  或 MNU  一般在小鼠體內(nèi)誘發(fā)腺瘤和 B 型腺癌的乳腺腫瘤。

此外，還可使用輻射 (物理方法) 和慢病毒感染 (生物方法)。DMBA 或 MNU 通常通過靜脈內(nèi)、皮下或灌胃給藥，施加于小鼠，SD 大鼠或 Fischer 344 大鼠。然而，SD 和 Lewis 大鼠對(duì)輻射刺激最敏感。生物學(xué)方法主要通過慢病毒在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)過表達(dá)癌基因或沉默抑癌基因[3]。

DMBA 誘導(dǎo)模型^[7]：

(1) 準(zhǔn)備 55 日齡雌性 Charles foster 大鼠，體重 (150 ± 10 g)。

(2) 新鮮制備劑量為 20 mg/mL 的 DMBA，并通過口服灌胃法給藥。

(3) 從給予 DMBA 后第 4 周開始每周觸診大鼠，以檢查腫瘤大小。

(4) 第 16 周會(huì)出現(xiàn)腫瘤，DMBA 給藥后第 18 周，所有大鼠均會(huì)出現(xiàn)腫瘤。

▐ 基因工程模型^[3]

基因工程模型可分為轉(zhuǎn)基因模型和基因敲除模型。

• 轉(zhuǎn)基因模型：通常使用啟動(dòng)子來(lái)實(shí)現(xiàn)癌基因在乳腺上皮細(xì)胞中的特異性表達(dá)，從而避免在其他器官中誘導(dǎo)腫瘤。最常用的啟動(dòng)子包括小鼠乳腺腫瘤病毒長(zhǎng)末端重復(fù)序列 (MMTV-LTR) 和乳清酸性蛋白 (WAP) 啟動(dòng)子，MMTV 是一種導(dǎo)致小鼠乳腺腫瘤的重要病毒。

• 基因敲除模型：腫瘤抑制基因 (如 p53、BRCA1/2 和 pTEN) 的敲除 (通過使用 Cre/loxP 重組酶系統(tǒng)以及 MMTV-Cre/WAP-Cre 工具小鼠來(lái)實(shí)現(xiàn)) 也可用于建立乳腺癌模型。例如，乳腺特異性 p53 敲除小鼠在 10 周后顯示自發(fā)腫瘤，在 15-20 周后腫瘤會(huì)快速發(fā)展。

• 不同模型優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比:  

今天給大家盤點(diǎn)了乳腺癌的分型、發(fā)生機(jī)制和不同的造模方式，大家可以根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的造模方式。更多分子實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、組織切片實(shí)驗(yàn)、造模實(shí)驗(yàn)的 protocol 請(qǐng)移步 MCE 官網(wǎng) Protocol 專題頁(yè)面 ~

 

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DMBA 致癌劑，誘導(dǎo)腫瘤形成。

MNU 致癌劑，誘變劑和致畸劑，誘導(dǎo)腫瘤形成。

基質(zhì)膠 腫瘤模型構(gòu)建。

Estradiol 類固醇激素,可用于癌癥研究。

PBS Buffer (1×) 緩沖液，可用于細(xì)胞清洗、細(xì)胞稀釋等。

參考文獻(xiàn)：

[1] Harbeck N, et al. Breast cancer. Lancet. 2017 Mar 18;389(10074):1134-1150. 

[2] Harbeck N, et al. Breast cancer. Nat Rev Dis Primers. 2019 Sep 23;5(1):66. 

[3] Zeng L, et al. Breast cancer animal models and applications. Zool Res. 2020 Sep 18;41(5):477-494. 

[4] Park MK, et al. Mouse models of breast cancer in preclinical research. Lab Anim Res. 2018 Dec;34(4):160-165.

[5] Yu J, et al. Establishing and characterizing patient-derived xenografts using pre-chemotherapy percutaneous biopsy and post-chemotherapy surgical samples from a prospective neoadjuvant breast cancer study. Breast Cancer Res. 2017 Dec 6;19(1):130.

[6] Cavaliere A, et al. Development of [89Zr]ZrDFO-amivantamab bispecific to EGFR and c-MET for PET imaging of triple-negative breast cancer. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2021 Feb;48(2):383-394. 

[7] Akhouri V, et al. Therapeutic effect of Aegle marmelos fruit extract against DMBA induced breast cancer in rats. Sci Rep. 2020 Oct 22;10(1):18016.