动物造模 | 肺癌动物模型构建

人间宝藏

肺癌是目前全球死亡率最高、发病率居第3位的恶性肿瘤，也是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤。我国肺癌发病率和死亡率远高于世界平均水平，其发病和死亡仍呈逐年增长趋势，肺癌的治疗迫切需要开发新的药物制定新的治疗方案，在活体动物模型上阐明药物的作用机制无疑是最佳途径，那么有无适合的肺癌动物模型就成为制约肺癌相关药物临床疗效、转化研究的重要因素。

根据制备方法的不同，肺癌动物模型分为许多类型，按照接种部位不同分为：皮下注射、原位注射、心内注射、颈内动脉注射和尾静脉注射等;按照肿瘤细胞来源不同分为：自发性、诱发性、移植性和动物基因修饰模型等; 其中移植性模型是指将肿瘤组织或细胞移植到实验动物体内所形成的肿瘤动物模型，根据肿瘤细胞或癌组织块的来源不同分为：同种移植模型与异种移植模型。同种移植是指肿瘤细胞类型与宿主动物种属一致，而异种移植是指肿瘤细胞类型与宿主动物种属不一致。此外，按照肺癌转移部位不同分为：肺转移、骨转移、脑转移、淋巴转移模型等。

目前国内外报道的小鼠肺癌转移模型的构建方法有很多，具体选用何种动物及制备方法，需具体问题具体分析。

动物的选择

理想的动物模型应具有以下特点：

• 肿瘤的本身的特性、转移特性、生物学及组织学特点等与肺癌的临床特征相似，同时能模拟人的肺癌基因的变化；
• 模型易于建立、重复性好；
• 同源性，目前肺癌骨转移动物模型的建立主要是接种法，所以要求所接种的肺癌细胞与模型物种应具有同源性，即鼠源性的肺癌细胞接种于鼠，人源性的肺癌细胞一般接种于免疫缺陷动物体内（特殊）；
• 动物模型的病理状态应与临床上肺癌患者相似。
  
  

模型物种的选择对动物模型的成功建立具有关键意义。啮齿类动物和人类基因序列具有90%的同源性，解剖结构相似程度高，是建立动物模型的较优之选。鼠类实验周期短、经济成本低，因此肺癌模型动物一般选择鼠。目前用来研究肺癌的品种主要有：

（1）正常鼠：C57BL/6J小鼠;

（2）免疫缺陷鼠：nu/nu裸鼠，NOD－SCID小鼠，CB.17SCID小鼠，无胸腺大鼠等。

其中免疫缺陷型小鼠是近年来研究肺癌使用最多的动物，因人源肿瘤细胞组织接种或移植于免疫缺陷动物，能保持其生物学特性。

造模方法

原位癌动物模型的构建

理论而言肺癌的原发部位为肺，原位种植模型也被认为是最合适的肺癌治疗模型。但原位种植容易发生并发症，并且其在体内的成瘤率和转移形成率不稳定。

实验方法：选择无特定病原体（ＳＰＦ）级Ｃ５７ＢＬ／６小鼠，６～８周，雌性，体重约２２ｇ，共１０只。LLC细胞计数板计数及配制２×107个／ｍｌ，ＬＬＣ细胞无血清悬液０.２ｍｌ，在 ＳＰＦ 级手术间操作，腹腔注射浓度为４％的水合氯醛溶液麻醉（麻醉用量为小鼠体重的１％），小鼠右侧卧位，定位于小鼠左侧腋下以碘伏消毒并备皮，再次消毒后行１ｃm切口，钝性分 离 至 肋 骨 表 面，可 见 明 显 呼 吸 及 肺 脏 活动，在肋骨上缘１ｍｌ注射器垂直穿刺约３ｍｍ，缓慢注射细胞悬液约５０μｌ并停留３～５ｓ迅速拔针，观察数秒是否气胸形成，呼吸如常，碘伏再次消毒以细丝线单纯间断缝合２针。

转移型肺癌动物模型的构建

按照肺癌转移部位不同分为：肺转移、骨转移、脑转移、淋巴转移模型等。

肺转移

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同种移植性肺转移模型

实验方法：有研究者将表达荧光素酶的Lewis肺癌（LL/2-Luc-M38）细胞（1×106个/只）接种于7~8周龄雄性SPF级C57BL/6小鼠皮下，注射3d和17d时腹腔注射D-荧光素酶（0.6mg/30g体重），对动物进行全身成像，结果显示在注射部位可检查到生物荧光信号，17d时收集小鼠肺，进行器官生物发光的体外测量，也可检测到明显的生物荧光信号，对肺组织匀浆进行生物荧光测量，绘制标准曲线，可获得小鼠肺中癌细胞负荷的定量信息，该方案使用活体成像技术与体外成像相结合的方法观察Lewis癌细胞在小鼠体内的生长和转移。

模型评价：由于实验周期长，转移部位不可控，成模率较低且不稳定而较少采用。

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异种移植性肺转移模型

操作方法：将人类肺癌细胞系移植到免疫缺陷动物皮下是进行恶性肿瘤实验研究的首选方法。

实验方法：有研究者将人肺癌细胞SPC-A-1（2×106个/只）右背侧近腋部皮下接种于6~8周龄SPF级雄性NOD/SCID小鼠体内，随后切除首代小鼠移植瘤，收集肺转移灶肿瘤细胞，从第二代起采用肺转移灶-皮下移植-肺转移灶-皮下移植的体内循环筛选方法传代，第4代NOD/SCID小鼠在接种后12周肺转移率100%，该方案成功建立人肺癌皮下移植瘤高转移模型。

模型评价：异位移植模型是肺癌实验研究阶段首选的动物模型，由于造模操作简单，对于临床药物开发及药物毒理等研究方面具有不可替代的意义。异种原位移植中，人源异种移植可以很好的体现患者原有肿瘤的生物学特性，是最能体现其肿瘤异质性并且是可以提供患者个性化用药的基础模型。

骨转移

骨是各种原发性肿瘤最常见的转移部位之一，骨转移可引起骨痛、骨折，严重影响晚期肺癌患者生活质量，因而建立肺癌骨转移动物模型对其预防与治疗的研究具有重要意义。

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同种移植性骨转移模型

实验方法：有研究者将表达荧光素酶小鼠肺癌细胞LLC/luc经尾动脉注射和心内注射两种方法注射进入C57BL/6雄性小鼠体内，生物发光活体呈像技术显示，尾动脉注射组在注射后30min即可在后肢骨髓即检测到中荧光，尾动脉注射肿瘤细胞的运输效率是心内注射的3倍，尾动脉注射后癌细胞向小鼠下体器官具有显性传递性，而心内注射则导至癌细胞则扩散到各种组织。组织学分析证实在小鼠接受尾动脉注射后7d，骨转移病灶数目的增加。X线与CT成像显示尾动脉注射比心内注射的小鼠骨量明显下降，生存期检测显示，尾动脉注射后小鼠生存超过32d，而心内注射的小鼠注射后25d全部死亡。

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异种移植性骨转移模型

实验方法：有研究者建立一株稳定高表达绿色荧光蛋白（GFP）的人肺癌细胞系H460（H460-GFP），将5×106个H460-GFP细胞接种到SPF级雌性BALB/cnu/nu裸鼠皮下，3周后肿瘤直径增至1.5~2.1cm，取1mm3瘤块通过手术方法原位植入裸鼠的左肺中，3~4周后观察可见GFP荧光遍及整个骨骼系统，包括头骨、椎骨、股骨、胫骨以及股骨和胫骨的骨髓，通过这种方法成功建立了肺癌骨转移模型同时揭示了肺癌的广泛转移潜力。

脑转移

肺癌最常见的远处转移部位之一是脑，脑转移的发生率为23%~65%。颈内动脉注射与心内注射两种方法常用于肺癌脑转移动物模型的构建。

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同种移植性脑转移模型

实验方法：有研究者将稳定转染绿色荧光蛋白（GFP）的Lewis肺癌细胞，通过颈内动脉注射的方法建立C57BL/6小鼠肺癌脑转移动物模型，注射剂量105个Lewis细胞/只，3周后脑组织标本在荧光显微镜下可观察到绿色荧光蛋白的富集区，证实已经形成Lewis肺癌细胞的脑转移灶，病理显示病灶周围有反应性星形胶质细胞增生。

模型评价：颈内动脉注射法直接模拟癌细胞在脑部终末毛细血管床内聚集、粘附、侵袭穿透血脑屏障形成转移灶的真实过程，手术成功的小鼠100%发生脑部转移癌。颈内动脉注射方法的优点在于模型的重复性较好，缺点是显微外科手术操作步骤复杂。并且对操作者手术技巧要求较高。

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异种移植性脑转移模型

实验方法：有研究者将使用慢病毒感染A549细胞使其稳定表达荧光素酶，采用超声引心内注射的方法，将A549细胞（1×106个/只）接种至6周龄的裸鼠体内，组织学检查显示注射2周后，裸鼠脑部出现肺癌微转移灶，直径为64.6~95.3μm，3~4周时转移灶直径增至50.9~216.9μm，5~6周时转移灶直径可达20.6~1070.6μm，心内注射的方法可成功构建肺癌脑转移模型。

模型评价：心内注射这种方法优点在于操作简单，而且确实会产生中枢神经系统的转移。缺点是肿瘤常常转移到中枢神经系统以外的器官，并可能导至动物死亡，该方法的模型变异性较高。

淋巴转移

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同种移植性淋巴结转移模型

实验方法：有研究者将Lewis肺癌细胞通过皮肤切口直接置入C57/BL6小鼠肺实质，93%的动物在移植部位出现单个肺结节，形成肺结节的小鼠均出现纵隔淋巴结转移。小鼠的平均存活时间为（21±2）d，植入后第17天和第21天纵隔淋巴结转移灶明显，远处器官或淋巴结未见转移。

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异种移植性淋巴结转移模型

实验方法：有研究者将该细胞皮下接种到裸鼠体内，5周后当肿瘤的直径超过1cm时，通过手术原位移植的方法将皮下瘤块植入裸鼠左肺的胸膜脏层，活体成像检测显示经淋巴传播的转移灶激发出的绿色荧光，在裸鼠肺门淋巴结、颈部淋巴结、纵隔和对侧胸膜腔清晰可见，该方法证实手术原位移植肺癌瘤块确定会产生淋巴结转移，同时结合GFP转染可实现肺癌转移可视化研究。

总结

小鼠肺癌模型是进行肺癌研究的重要支撑，对阐释肺癌的发病及转移机制，肺癌相关药物的开发和研究都具有重要意义，本文详细介绍了同种和异种来源的小鼠肺癌模型移模型的建模方法，评价指标，以及该模型在科研中的广泛应用，对于从事肺癌转移相关研究的科技人员具有非常重要的参考价值。

来源：

[1]张娜，田燕歌，刘学芳，等.小鼠移植性肺癌转移模型研究进展[J].中国实验动物学报，2020，28（4）：557-562.

[2]何理玉，梁敏，芦殿荣，冯利.肺癌骨转移动物模型的建立及其在中医药领域的应用[J].辽宁中医杂志，2020，47（07）：182-185.

[3]刘振宇，王宏伟.小鼠原位肺癌模型构建及在放射治疗研究中的意义[J].陕西医学杂志，2022，51（07）：791-794+810.