【精华总结】GEM模型在肿瘤学研究中的应用


    

大家好,我是小赛!读了俞晓峰博士的文章《基因修饰小鼠(GEM)模型在肿瘤学研究中的应用》,学到不少干货,为了帮你们节省时间,我总结了一下文章的重点,有没有很贴心呀,欢迎大家在评论区一起讨论(补充指正)哦,当然如果你有时间读全文就更好了,点这里就好啦。

 

一、肿瘤学研究中常用移植小鼠模型的优势与不足

 

50年前在裸鼠体内移植人/鼠肿瘤细胞系而建立的小鼠肿瘤移植模型成为肿瘤研究中常用的小鼠模型,这类移植模型可快速测试潜在肿瘤及转移相关基因,并成为临床前的药物试验主要的工具。移植小鼠模型又分为以下三类:

 

1.肿瘤细胞系移植模型:

 

优势:

A.建立新的联合治疗策略方面具有实际意义;

B.有助于发现特定基因表达特征,研究其介导的器官特异性定位转移的特点;

C.为抗肿瘤免疫,T细胞耐受机制,肿瘤免疫逃逸途径等提供了许多基本的认识概念。这些发现都为目前进行中的肿瘤免疫疗法的突破奠定了基础。

 

缺点:

A.难以真实反映人肿瘤细胞的形态学和遗传异质性,从而降低了该类模型作为临床应用效果预测性的可靠性;

B.肿瘤细胞系的异种移植模型是建立在免疫缺陷小鼠的基础上,这也限制了其应用于肿瘤发展中免疫系统以及治疗应答等领域的研究。

 

2.人肿瘤组织移植模型(PDTX或PDX模型):

 

通过将新鲜的人肿瘤活检物移植至免疫缺陷小鼠构建的病人来源的肿瘤移植小鼠模型。

 

优势:

A.保留了来自肿瘤病人的肿瘤组织分子,遗传,组织学异质性等特征(甚至经过小鼠体内的传代几代之后)。PDX模型也因此成为目前个性化医学和临床前药物筛选的有用工具。

 

缺点:

A.PDX模型在研究某些类型肿瘤方面(如雌激素受体阳性的乳腺癌和前列腺癌)的不满意效果成为了限制其应用的主要障碍;

B.缺乏功能性的获得性免疫系统(缺乏由获得性免疫系统介导的天然抗肿瘤与促肿瘤活动。

 

3.人源化移植模型

 

优势:

A.能作为免疫疗法临床前评价的有用工具。

 

缺点:

A.当人造血干细胞供体来源(如脐带血或胎肝)有限时,现实操作中的构建成本较高。

 

二、应用不断完善的GEM模型研究原发肿瘤

 

条件性GEM模型

 

1.致癌小鼠意义:

第一次真正证明了癌基因在正常细胞中表达能产生肿瘤。

 

2.肿瘤抑制基因(TSG)敲除小鼠意义:

证明了该类TSG基因在肿瘤发生过程中的重要作用。

 

致癌小鼠与TSG敲除小鼠的局限:

与现实肿瘤的形成过程不符合(由于转基因技术获得的小鼠是使转入的外源基因表达在特定组织中所有的细胞中,TSG敲除小鼠则是灭活体内所有细胞中的相关基因。然而,现实肿瘤的形成过程是在个体中整个组织器官健康的前提下,由于某个单细胞中某种遗传变异的积累而导致的弥散肿瘤现象。)

 

3.条件性GEM模型:

 

①应用Cre-loxP系统的条件性GEM模型 :

 

优势:

A.通过发现特异性相关癌症基因的突变体,研究者们可构建在组织学、分子学以及临床上更能模拟肿瘤病人的相似特征的小鼠模型。

 

缺点:

A.难以完全模拟肿瘤多步骤形成过程中,突变是逐渐积累形成过程的特征。

 

②借助Cre-ERT融合蛋白诱导系统的GEM模型 :

 

优点:

A.研究者们可对体细胞中相关靶基因在特定时间与特定组织实施修饰。

 

4.利用可独立发挥作用的可诱导双重组酶系统(如Flp-FRT/Cre-loxP或Cre-loxP/Dre-rox),建立对靶基因表达实施先后调控的修饰方式:

 

意义:

A. 独立研究针对肿瘤细胞的自发和非自发通路及过程;

B. 模拟人多步骤的癌症形成过程,有续地进行诱导突变;

C.开展独特的肿瘤治疗靶点遗传性评价。

 

三、肿瘤GEM模型构建策略与技术方面的改进

 

1.ES细胞为基础的肿瘤模型

 

将小鼠胚胎干细胞(ESC)经过基因修饰后而作为非遗传修饰(如嵌合体)小鼠直接进行肿瘤学研究。

 

2.应用CRISPR/Cas9技术的基因组编辑

 

继PCR技术发展以来,CRISPR/Cas9技术成为过去几年生物学研究领域的有革命性进步的及影响力最大的技术更新。

 

应用:

A.该系统成为研制肝细胞肿瘤、肺癌、脑癌胰腺癌以及乳腺癌的非遗传修饰模型的新方法,如应用CRISPR/Cas9技术对小鼠的致癌基因和TSGs进行体细胞(非生殖遗传性)编辑;

B.应用于靶基因的抑制(CRISPRi)或激活(CRISPRa)的遗传修饰。这类修饰系统可用于研制相应致癌基因,和/或抑制TSGs基因的诱导和可逆激活小鼠模型。比如借助CRISPRa为基础的系统,通过激活致癌基因的转录,达到研究其致癌潜力的目的。

 

优点:

A.同时对基因组不同位点进行有效编辑等基因打靶策略的特征,使其立刻成为快速研制肿瘤小鼠模型的最佳选择;

B.目前在人肿瘤病人观察到的所有遗传突变都可以通过基因修饰的方法来快速地构建相应的小鼠模型,包括条件性基因敲除,点突变,易位等。

 

缺点:

A.目前该系统策略不适合于验证潜在致癌基因的致癌潜力;

B.将Cas9导入体细胞的基因编辑方式,可引起Cas9特异性免疫反应,导致Cas9表达细胞可能被清除;

C.脱靶效应。

 

3. 肿瘤病人相关位点的改善肿瘤模型

 

意义:

研究靶基因在肿瘤发生过程中的作用,以及有效评价药物效应。

 

四、GEM模型在肿瘤学研究中的应用范围

 

1.验证潜在癌基因

2.研究致癌基因的依赖性

3.破解自发性转移形成机制

4.研究肿瘤微环境作用

5.确定肿瘤细胞的来源

6.验证新药物靶点

7.阐明治疗效应与耐受

8.肿瘤免疫治疗

9.与临床试验并行的GEM模型