引用本文: 胡以國, 羅晗, 朱精強. 甲狀腺癌動物模型建立研究的現狀與展望. 中國普外基礎與臨床雜志, 2018, 25(10): 1153-1156. doi: 10.7507/1007-9424.201809006 復制
甲狀腺癌系指源于甲狀腺上皮細胞的惡性腫瘤,包括甲狀腺乳頭狀癌(PTC)、甲狀腺濾泡狀癌(FTC)、甲狀腺未分化癌(ATC)及源自甲狀腺濾泡旁細胞(C 細胞)的惡性腫瘤即甲狀腺髓樣癌(MTC)。甲狀腺癌是一種高發的內分泌惡性腫瘤,2018 年中國國家癌癥預防和控制中心發布的癌癥發病率和死亡率數據顯示,2014 年中國新發甲狀腺癌約 17 萬病例(女性約 12.7 萬例,男性約 4.3 萬例),甲狀腺癌死亡人數約 0.8 萬例(女性約 0.5 萬例,男性約 0.3 萬例)[1]。隨著甲狀腺癌臨床和醫學基礎研究的進展,發現大多數甲狀腺癌伴隨基因突變,包含原癌基因的激活性突變或融合性表達,如 BRAFV600E 突變、RAS 突變及 RET、TRK 等基因融合;或抑癌基因的失活性突變或缺失,如 TP53、AXIN1、PTEN、APC 等基因的突變或缺失,以及 PAX8-PPAR基因融合致 PPAR的功能失活。
這些基因在甲狀腺癌的發生發展中的作用機制大多是通過甲狀腺癌小鼠模型進行驗證的。小鼠與人類在生理學、生物學和病理學特征方面十分相似,并且基因相似度極高;同時相較其他模式動物,小鼠繁殖快、飼養便宜、適合大量繁殖且易于操作,是腫瘤研究的理想動物模型。通過利用甲狀腺癌小鼠模型,對甲狀腺癌的發病機制、病理學特征等方面的研究取得了巨大的進展。
未來將有越來越多的甲狀腺癌小鼠模型被構建出來,加上小鼠體內成像技術的進展,可以早期檢測轉移和跟蹤腫瘤的生長或消退,小鼠模型在疾病發病機制和藥物評估方面的研究中將發揮更重要的作用。同時小鼠模型在治療靶點鑒定和藥物評估方面的研究中也具有十分重要的作用。有關甲狀腺癌的小鼠模型的綜述文獻已有多篇[2-12],比較詳盡地總結了當前已經開發的小鼠模型的分子機制、構建模式、病理特征及不足之處。筆者重點選擇典型的能夠再現甲狀腺癌病理特征的基因工程型小鼠甲狀腺癌模型,就其構建分子基礎、構建思路、病理特征、應用等方面進行簡要概述。
1 RET/PTC1 靶向表達誘導 PTC 的發生
PTC 是最常見、惡性度最低的一種甲狀腺癌,占甲狀腺癌的 75%~85%[13]。RET/PTC 重排是導致 PTC 的一種常見的遺傳事件[14],RET 原癌基因編碼細胞表面受體酪氨酸激酶,其細胞內酪氨酸激酶結構域融合到不同的激活基因(如 H4、R1a 或 ELE1 等),導致甲狀腺濾泡上皮中 RET 的過度激活,進而誘發 PTC 的發生[15]。
RET/PTC1 轉基因小鼠的實驗結果明確了 RET/PTC 在甲狀腺癌發病中的作用,其誘導的腫瘤與人 PTC 相似,特別是細胞學特征、局部侵襲等病理特征[15]。該模型的缺點之一是未發現有甲狀腺癌局部或遠處轉移,推測導致差異的原因可能是模型發病機制單一或人鼠生理差異。
在小鼠甲狀腺中靶向過表達 RET/PTC3 誘導的腫瘤具有與人 PTC 相似的病理學特征[16]。這些模型為 PTC 的發病機制研究、靶點鑒定和藥物評估提供了良好的工具。
2 PAX8-PPARγ 融合蛋白參與的甲狀腺癌模型
PAX8-PPAR基因融合導致產生 PAX8-PPARγ 融合蛋白(PPFP),在約 30% 的FTC和 5% 的濾泡性變異乳頭狀癌(FVPTCs)中可以檢測到 PAX8-PPAR融合基因[17-18]。PPFP 亦見于低分化甲狀腺癌[16, 19]、H 細胞癌[19-20]和一小部分良性濾泡性腺瘤[18]。
PPFP 具體的作用機制仍有待確定,推測可能是融合蛋白導致 PPAR-γ 的顯性失活和(或)獨特轉錄激活 PPARγ 和 PAX8 反應子集基因,從而參與誘發甲狀腺癌[6]。單獨在小鼠甲狀腺上皮細胞中表達 PPFP 不足以引起小鼠甲狀腺癌,但是將甲狀腺特異性表達 PPFP 小鼠和甲狀腺特異性 PTEN 缺失的轉基因小鼠雜交,PPFP 過表達和 PTEN 純和缺失小鼠會發展為轉移性甲狀腺癌[21]。PTEN 的缺失會導致 Akt 的活化,Akt 的磷酸化增加是腫瘤中的常見現象,而非 PPFP 的特異性現象。因此,增強 Akt 活化是構建小鼠模型過程中促進腫瘤發生的常用方式之一[22]。
PPAR-γ 激動劑吡格列酮在 PPFP 陽性甲狀腺癌的轉基因小鼠模型中具有一定療效,表明 PPFP 導致 PPAR-γ 的顯性失活及 PPAR-γ 激動劑可能對 PPFP 陽性甲狀腺癌的患者有益。
3 BRAF 突變誘導的甲狀腺癌小鼠模型
BRAF 激酶突變發生在約 60% 的 PTC 中[23],BRAFV600E 突變是 PTC 中最常見的遺傳改變,并且與腫瘤的發生一致,此外還發現 BRAFV600E 在高細胞變體 PTC 和由 PTC 轉化而來的低分化和未分化的癌組織中有更高的突變率。James A. Fagin 課題組通過利用甲狀腺球蛋白啟動子使 BRAFV600E在 FVB/N 遺傳背景小鼠的甲狀腺細胞中靶向表達。結果發現,轉基因小鼠的甲狀腺在 5 周齡時顯著增大;在第 22 周時可以檢測到 PTC,83% 表現出高細胞特征,83% 的 PTC 有侵襲區域,48% 有低分化癌病灶;BRAFV600E 的甲狀腺特異性表達可以誘導甲狀腺腫和侵襲性 PTC,并且參與 PTC 向低分化癌轉化[24]。該模型很好地再現了人類中 BRAF 陽性 PTC 的表型,并證明該致癌基因在 PTC 發病過程中起關鍵作用。
PTC 通常在常規治療方面表現出良好的預后,包括手術和選擇性使用放射性碘。ATC是甲狀腺癌中惡性度最高的腫瘤,預后很差。雖然在甲狀腺癌中其發病率較低(1%~2%)[25],但它卻是主要的致死甲狀腺癌,并且目前在效療方法方面幾乎沒有進展。ATC 中共存 BRAF 和 TP53 突變的比例高,特別是與前體 PTC 相關的 ATC[26]。Tyler Jacks 課題組利用甲狀腺特異性表達 CreER 的轉基因小鼠,在成年小鼠的甲狀腺上皮細胞中,通過 CreER 調控啟動 BRAFV600E 的表達和條件性敲除 Trp53,實現在小鼠體內構建出 ATC 模型[26]。該小鼠腫瘤的基因表達和免疫組織化學結果與人 ATC 的主要特征類似,包括分化喪失、局部侵襲、遠處轉移、快速致死等;用選擇性 BRAF 抑制劑 PLX4720 治療可提高 ATC 的小鼠的生存時間,但不會導致腫瘤消退;PLX4720 和 MAPK/ERK 激酶(MEK)抑制劑 PD0325901 的組合可以顯著改善 ATC 疾病小鼠的生存狀態和存活時間[26]。這些數據表明,小分子 MAPK 通路抑制劑在治療 ATC 方面具有一定的臨床前景。
4 TRK 融合基因型小鼠模型
TRK 家族癌基因由 NTRK1 的 3′末端與幾個伴侶基因的 5′末端遺傳融合產生,甲狀腺癌中與 NTRK1 和 NTRK3 易位發生率約為 2%[17]。目前唯一描述的 NTRK1 重排小鼠模型是在牛甲狀腺球蛋白啟動子控制下的 TRK-T1 轉基因模型。超過 50% 的 TRK-T1 小鼠有甲狀旁腺上皮細胞增生,并在 7 個月以上的動物中進展為 PTC,且具有人 PTC 的病理學特征[27]。在 TRK-T1 誘導的 PTC 中未發現有腫瘤轉移。在 p27 缺失小鼠的甲狀腺中靶向表達 TRK-T1,其誘導的腫瘤潛伏期更短,疾病小鼠的生存率更低[28]。此模型進一步證明了甲狀腺癌中 p27 缺失與甲狀腺的發病間的相關性[28]。
5 TRbetaPV 小鼠模型
以上甲狀腺癌模型主要關注控制初始致癌作用的基因,此類模型的腫瘤很少發生腫瘤細胞的轉移,限制了對甲狀腺癌侵襲和轉移分子機制的了解。TRbetaPV 模型是目前唯一的可以通過觀察基因調控變化,并以可預測的方式研究甲狀腺癌的發生、進展和轉移的研究工具。
人 PTC 組織中 TRbeta1 和 TRalpha1 存在異常高頻率突變(16 個腫瘤中突變率分別為 93.75% 和 62.25%)[29]。可通過將顯性失活的甲狀腺激素核受體基因 TRbetaPV 引入 TRbeta 基因座來制備突變小鼠。在這種 TRbetaPV 小鼠中,甲狀腺/垂體軸的調節被破壞,導致高水平的循環甲狀腺刺激激素,甲狀腺內濾泡上皮細胞廣泛增生。TRbetaPV 純和小鼠,而非 TRbetaPV 雜合小鼠,在 5~14 個月時可以檢測到轉移性甲狀腺癌,小鼠甲狀腺的組織學評估顯示存在囊膜侵犯(91%)、血管侵犯(74%)、間變性(35%),以及肺和心臟轉移(30%)[28]。TRbetaPV 小鼠的發病特點是遞進式的病理進展,該模型提供了在甲狀腺癌發生過程中研究遺傳變化作用的研究工具。
6 工基因程小鼠模型的深度開發與應用
根究臨床的發現,通過小鼠模型,可以將在甲狀腺癌中發現的異常基因事件進行驗證,揭示其是否參與甲狀腺癌的發生、發展和轉移;同時可以驗證其是否可以作為甲狀腺癌治療的潛在靶點。例如,RAS 基因突變常見于分化良好的甲狀腺癌,這些 RAS 突變可能代表甲狀腺癌發生的早期事件。RAS 激活的 RAF-MEK-ERK 絲裂原活化蛋白(MAP)激酶信號傳導途徑直接參與多種人惡性腫瘤的發展。在所有人類癌癥中KRAS的突變率為 17%~25%[30],是公認的一種有效的致癌基因。
攜帶強效顯性負性突變型甲狀腺激素受體 β 轉基因小鼠(TRbetaPV)能自發地發展出與人類癌癥相似的分化良好的FTC。綜合考慮,筆者認為,TRbetaPV 小鼠甲狀腺癌模型是研究可能參與甲狀腺癌發病因素的理想模型。已有課題組[31]通過將 KRASG12D 突變遺傳靶向 TRbetaPV 小鼠的甲狀腺上皮細胞,以了解 KRASG12D 突變在 TRbetaPV/KRASG12D 小鼠中誘導未分化甲狀腺癌中的作用機制。TRbetaPV/KRASG12D 小鼠的甲狀腺腫瘤具有更強的侵襲性,且小鼠存活率較差,可以觀察到囊膜侵襲、血管侵入和遠端肺轉移。重要的是,TRbetaPV/KRASG12D 小鼠出現頻繁的間變性病灶,完全喪失正常的甲狀腺濾泡形態。在間變性病灶內,甲狀腺特異性轉錄因子 PAX8 表達幾乎喪失,PAX8 表達的喪失與 MYC 表達升高呈負相關[32]。研究[32]結果表明,KRASG12D 和 TRbetaPV 的協同信號傳導導致 MYC 表達增加。上調的 MYC 部分地通過增強 TRbetaPV 介導的 PAX8 表達抑制而促成未分化甲狀腺癌的發生。通過對此模型的研究,理論上能為靶向 MYC 治療甲狀腺未分化癌提供依據。
因此,通過利用此類模式的甲狀腺癌小鼠模型,可深入了解甲狀腺癌的信號通路改變、鑒定潛在的治療靶點及評估藥物。其他甲狀腺癌中發現的異常基因事件可以參考此模式進行研究。然而,此類模式的不足之處也是顯而易見的,首先要制備小鼠甲狀腺特異表達的轉基因或基因敲除小鼠,然后通過雜交的方式獲得所需的基因型小鼠,整個過程需要的時間較長,需要一定的小鼠培養空間和費用。
7 病毒介導的基因修飾的腎膜下移植甲狀腺癌模型
通過病毒載體的方式,在目的細胞中使其過表達或修飾基因功能,這已經成為研究基因功能、疾病機制和基因治療的常用手段。通過病毒介導的基因修飾的優點是轉染效率高、生物相容性好、效率高等。通過構建病毒載體的方式可以同時達到研究多個基因間的相互作用機制的目的[33]。
通過將病毒感染的方式將原癌基因導入靶向細胞,做腎膜下移植來構建原發性實體腫瘤模型,是一種廣泛應用的模式[34-35]。通過腎膜下移植的方式構建甲狀腺癌模型目前還沒有相關的報道。病毒介導的基因修飾的腎膜下移植的優勢是,借助已有的基因工程小鼠模型或基因修飾小鼠,可以在短時間內評估多個基因在甲狀腺癌發病過程中的作用;但缺點也十分明顯,相較于當前基因工程小鼠模型,此類腫瘤模型并不是原位瘤,還有其病理學及分子生物特征待驗證。同時,成功分離和培養出甲狀腺濾泡上皮干細胞是成功建立該類模型的另一關鍵點。
8 小結
利用分子生物學及基因工程方法構建的小鼠甲狀腺癌模型是甲狀腺癌研究的重要工具。通過開發利用小鼠模型,加深了人們對甲狀腺癌的發病機制、侵襲、轉移過程等的理解。使用小鼠模型時,需要理解甲狀腺癌小鼠模型并不能完全模擬人類甲狀腺癌的全部特征,制備一個理想的甲狀腺癌模型并非易事,需要根據研究課題的需要和實驗室的實際條件,選擇適合的模型,以能夠深入理解或解決臨床問題為首要。
甲狀腺癌系指源于甲狀腺上皮細胞的惡性腫瘤,包括甲狀腺乳頭狀癌(PTC)、甲狀腺濾泡狀癌(FTC)、甲狀腺未分化癌(ATC)及源自甲狀腺濾泡旁細胞(C 細胞)的惡性腫瘤即甲狀腺髓樣癌(MTC)。甲狀腺癌是一種高發的內分泌惡性腫瘤,2018 年中國國家癌癥預防和控制中心發布的癌癥發病率和死亡率數據顯示,2014 年中國新發甲狀腺癌約 17 萬病例(女性約 12.7 萬例,男性約 4.3 萬例),甲狀腺癌死亡人數約 0.8 萬例(女性約 0.5 萬例,男性約 0.3 萬例)[1]。隨著甲狀腺癌臨床和醫學基礎研究的進展,發現大多數甲狀腺癌伴隨基因突變,包含原癌基因的激活性突變或融合性表達,如 BRAFV600E 突變、RAS 突變及 RET、TRK 等基因融合;或抑癌基因的失活性突變或缺失,如 TP53、AXIN1、PTEN、APC 等基因的突變或缺失,以及 PAX8-PPAR基因融合致 PPAR的功能失活。
這些基因在甲狀腺癌的發生發展中的作用機制大多是通過甲狀腺癌小鼠模型進行驗證的。小鼠與人類在生理學、生物學和病理學特征方面十分相似,并且基因相似度極高;同時相較其他模式動物,小鼠繁殖快、飼養便宜、適合大量繁殖且易于操作,是腫瘤研究的理想動物模型。通過利用甲狀腺癌小鼠模型,對甲狀腺癌的發病機制、病理學特征等方面的研究取得了巨大的進展。
未來將有越來越多的甲狀腺癌小鼠模型被構建出來,加上小鼠體內成像技術的進展,可以早期檢測轉移和跟蹤腫瘤的生長或消退,小鼠模型在疾病發病機制和藥物評估方面的研究中將發揮更重要的作用。同時小鼠模型在治療靶點鑒定和藥物評估方面的研究中也具有十分重要的作用。有關甲狀腺癌的小鼠模型的綜述文獻已有多篇[2-12],比較詳盡地總結了當前已經開發的小鼠模型的分子機制、構建模式、病理特征及不足之處。筆者重點選擇典型的能夠再現甲狀腺癌病理特征的基因工程型小鼠甲狀腺癌模型,就其構建分子基礎、構建思路、病理特征、應用等方面進行簡要概述。
1 RET/PTC1 靶向表達誘導 PTC 的發生
PTC 是最常見、惡性度最低的一種甲狀腺癌,占甲狀腺癌的 75%~85%[13]。RET/PTC 重排是導致 PTC 的一種常見的遺傳事件[14],RET 原癌基因編碼細胞表面受體酪氨酸激酶,其細胞內酪氨酸激酶結構域融合到不同的激活基因(如 H4、R1a 或 ELE1 等),導致甲狀腺濾泡上皮中 RET 的過度激活,進而誘發 PTC 的發生[15]。
RET/PTC1 轉基因小鼠的實驗結果明確了 RET/PTC 在甲狀腺癌發病中的作用,其誘導的腫瘤與人 PTC 相似,特別是細胞學特征、局部侵襲等病理特征[15]。該模型的缺點之一是未發現有甲狀腺癌局部或遠處轉移,推測導致差異的原因可能是模型發病機制單一或人鼠生理差異。
在小鼠甲狀腺中靶向過表達 RET/PTC3 誘導的腫瘤具有與人 PTC 相似的病理學特征[16]。這些模型為 PTC 的發病機制研究、靶點鑒定和藥物評估提供了良好的工具。
2 PAX8-PPARγ 融合蛋白參與的甲狀腺癌模型
PAX8-PPAR基因融合導致產生 PAX8-PPARγ 融合蛋白(PPFP),在約 30% 的FTC和 5% 的濾泡性變異乳頭狀癌(FVPTCs)中可以檢測到 PAX8-PPAR融合基因[17-18]。PPFP 亦見于低分化甲狀腺癌[16, 19]、H 細胞癌[19-20]和一小部分良性濾泡性腺瘤[18]。
PPFP 具體的作用機制仍有待確定,推測可能是融合蛋白導致 PPAR-γ 的顯性失活和(或)獨特轉錄激活 PPARγ 和 PAX8 反應子集基因,從而參與誘發甲狀腺癌[6]。單獨在小鼠甲狀腺上皮細胞中表達 PPFP 不足以引起小鼠甲狀腺癌,但是將甲狀腺特異性表達 PPFP 小鼠和甲狀腺特異性 PTEN 缺失的轉基因小鼠雜交,PPFP 過表達和 PTEN 純和缺失小鼠會發展為轉移性甲狀腺癌[21]。PTEN 的缺失會導致 Akt 的活化,Akt 的磷酸化增加是腫瘤中的常見現象,而非 PPFP 的特異性現象。因此,增強 Akt 活化是構建小鼠模型過程中促進腫瘤發生的常用方式之一[22]。
PPAR-γ 激動劑吡格列酮在 PPFP 陽性甲狀腺癌的轉基因小鼠模型中具有一定療效,表明 PPFP 導致 PPAR-γ 的顯性失活及 PPAR-γ 激動劑可能對 PPFP 陽性甲狀腺癌的患者有益。
3 BRAF 突變誘導的甲狀腺癌小鼠模型
BRAF 激酶突變發生在約 60% 的 PTC 中[23],BRAFV600E 突變是 PTC 中最常見的遺傳改變,并且與腫瘤的發生一致,此外還發現 BRAFV600E 在高細胞變體 PTC 和由 PTC 轉化而來的低分化和未分化的癌組織中有更高的突變率。James A. Fagin 課題組通過利用甲狀腺球蛋白啟動子使 BRAFV600E在 FVB/N 遺傳背景小鼠的甲狀腺細胞中靶向表達。結果發現,轉基因小鼠的甲狀腺在 5 周齡時顯著增大;在第 22 周時可以檢測到 PTC,83% 表現出高細胞特征,83% 的 PTC 有侵襲區域,48% 有低分化癌病灶;BRAFV600E 的甲狀腺特異性表達可以誘導甲狀腺腫和侵襲性 PTC,并且參與 PTC 向低分化癌轉化[24]。該模型很好地再現了人類中 BRAF 陽性 PTC 的表型,并證明該致癌基因在 PTC 發病過程中起關鍵作用。
PTC 通常在常規治療方面表現出良好的預后,包括手術和選擇性使用放射性碘。ATC是甲狀腺癌中惡性度最高的腫瘤,預后很差。雖然在甲狀腺癌中其發病率較低(1%~2%)[25],但它卻是主要的致死甲狀腺癌,并且目前在效療方法方面幾乎沒有進展。ATC 中共存 BRAF 和 TP53 突變的比例高,特別是與前體 PTC 相關的 ATC[26]。Tyler Jacks 課題組利用甲狀腺特異性表達 CreER 的轉基因小鼠,在成年小鼠的甲狀腺上皮細胞中,通過 CreER 調控啟動 BRAFV600E 的表達和條件性敲除 Trp53,實現在小鼠體內構建出 ATC 模型[26]。該小鼠腫瘤的基因表達和免疫組織化學結果與人 ATC 的主要特征類似,包括分化喪失、局部侵襲、遠處轉移、快速致死等;用選擇性 BRAF 抑制劑 PLX4720 治療可提高 ATC 的小鼠的生存時間,但不會導致腫瘤消退;PLX4720 和 MAPK/ERK 激酶(MEK)抑制劑 PD0325901 的組合可以顯著改善 ATC 疾病小鼠的生存狀態和存活時間[26]。這些數據表明,小分子 MAPK 通路抑制劑在治療 ATC 方面具有一定的臨床前景。
4 TRK 融合基因型小鼠模型
TRK 家族癌基因由 NTRK1 的 3′末端與幾個伴侶基因的 5′末端遺傳融合產生,甲狀腺癌中與 NTRK1 和 NTRK3 易位發生率約為 2%[17]。目前唯一描述的 NTRK1 重排小鼠模型是在牛甲狀腺球蛋白啟動子控制下的 TRK-T1 轉基因模型。超過 50% 的 TRK-T1 小鼠有甲狀旁腺上皮細胞增生,并在 7 個月以上的動物中進展為 PTC,且具有人 PTC 的病理學特征[27]。在 TRK-T1 誘導的 PTC 中未發現有腫瘤轉移。在 p27 缺失小鼠的甲狀腺中靶向表達 TRK-T1,其誘導的腫瘤潛伏期更短,疾病小鼠的生存率更低[28]。此模型進一步證明了甲狀腺癌中 p27 缺失與甲狀腺的發病間的相關性[28]。
5 TRbetaPV 小鼠模型
以上甲狀腺癌模型主要關注控制初始致癌作用的基因,此類模型的腫瘤很少發生腫瘤細胞的轉移,限制了對甲狀腺癌侵襲和轉移分子機制的了解。TRbetaPV 模型是目前唯一的可以通過觀察基因調控變化,并以可預測的方式研究甲狀腺癌的發生、進展和轉移的研究工具。
人 PTC 組織中 TRbeta1 和 TRalpha1 存在異常高頻率突變(16 個腫瘤中突變率分別為 93.75% 和 62.25%)[29]。可通過將顯性失活的甲狀腺激素核受體基因 TRbetaPV 引入 TRbeta 基因座來制備突變小鼠。在這種 TRbetaPV 小鼠中,甲狀腺/垂體軸的調節被破壞,導致高水平的循環甲狀腺刺激激素,甲狀腺內濾泡上皮細胞廣泛增生。TRbetaPV 純和小鼠,而非 TRbetaPV 雜合小鼠,在 5~14 個月時可以檢測到轉移性甲狀腺癌,小鼠甲狀腺的組織學評估顯示存在囊膜侵犯(91%)、血管侵犯(74%)、間變性(35%),以及肺和心臟轉移(30%)[28]。TRbetaPV 小鼠的發病特點是遞進式的病理進展,該模型提供了在甲狀腺癌發生過程中研究遺傳變化作用的研究工具。
6 工基因程小鼠模型的深度開發與應用
根究臨床的發現,通過小鼠模型,可以將在甲狀腺癌中發現的異常基因事件進行驗證,揭示其是否參與甲狀腺癌的發生、發展和轉移;同時可以驗證其是否可以作為甲狀腺癌治療的潛在靶點。例如,RAS 基因突變常見于分化良好的甲狀腺癌,這些 RAS 突變可能代表甲狀腺癌發生的早期事件。RAS 激活的 RAF-MEK-ERK 絲裂原活化蛋白(MAP)激酶信號傳導途徑直接參與多種人惡性腫瘤的發展。在所有人類癌癥中KRAS的突變率為 17%~25%[30],是公認的一種有效的致癌基因。
攜帶強效顯性負性突變型甲狀腺激素受體 β 轉基因小鼠(TRbetaPV)能自發地發展出與人類癌癥相似的分化良好的FTC。綜合考慮,筆者認為,TRbetaPV 小鼠甲狀腺癌模型是研究可能參與甲狀腺癌發病因素的理想模型。已有課題組[31]通過將 KRASG12D 突變遺傳靶向 TRbetaPV 小鼠的甲狀腺上皮細胞,以了解 KRASG12D 突變在 TRbetaPV/KRASG12D 小鼠中誘導未分化甲狀腺癌中的作用機制。TRbetaPV/KRASG12D 小鼠的甲狀腺腫瘤具有更強的侵襲性,且小鼠存活率較差,可以觀察到囊膜侵襲、血管侵入和遠端肺轉移。重要的是,TRbetaPV/KRASG12D 小鼠出現頻繁的間變性病灶,完全喪失正常的甲狀腺濾泡形態。在間變性病灶內,甲狀腺特異性轉錄因子 PAX8 表達幾乎喪失,PAX8 表達的喪失與 MYC 表達升高呈負相關[32]。研究[32]結果表明,KRASG12D 和 TRbetaPV 的協同信號傳導導致 MYC 表達增加。上調的 MYC 部分地通過增強 TRbetaPV 介導的 PAX8 表達抑制而促成未分化甲狀腺癌的發生。通過對此模型的研究,理論上能為靶向 MYC 治療甲狀腺未分化癌提供依據。
因此,通過利用此類模式的甲狀腺癌小鼠模型,可深入了解甲狀腺癌的信號通路改變、鑒定潛在的治療靶點及評估藥物。其他甲狀腺癌中發現的異常基因事件可以參考此模式進行研究。然而,此類模式的不足之處也是顯而易見的,首先要制備小鼠甲狀腺特異表達的轉基因或基因敲除小鼠,然后通過雜交的方式獲得所需的基因型小鼠,整個過程需要的時間較長,需要一定的小鼠培養空間和費用。
7 病毒介導的基因修飾的腎膜下移植甲狀腺癌模型
通過病毒載體的方式,在目的細胞中使其過表達或修飾基因功能,這已經成為研究基因功能、疾病機制和基因治療的常用手段。通過病毒介導的基因修飾的優點是轉染效率高、生物相容性好、效率高等。通過構建病毒載體的方式可以同時達到研究多個基因間的相互作用機制的目的[33]。
通過將病毒感染的方式將原癌基因導入靶向細胞,做腎膜下移植來構建原發性實體腫瘤模型,是一種廣泛應用的模式[34-35]。通過腎膜下移植的方式構建甲狀腺癌模型目前還沒有相關的報道。病毒介導的基因修飾的腎膜下移植的優勢是,借助已有的基因工程小鼠模型或基因修飾小鼠,可以在短時間內評估多個基因在甲狀腺癌發病過程中的作用;但缺點也十分明顯,相較于當前基因工程小鼠模型,此類腫瘤模型并不是原位瘤,還有其病理學及分子生物特征待驗證。同時,成功分離和培養出甲狀腺濾泡上皮干細胞是成功建立該類模型的另一關鍵點。
8 小結
利用分子生物學及基因工程方法構建的小鼠甲狀腺癌模型是甲狀腺癌研究的重要工具。通過開發利用小鼠模型,加深了人們對甲狀腺癌的發病機制、侵襲、轉移過程等的理解。使用小鼠模型時,需要理解甲狀腺癌小鼠模型并不能完全模擬人類甲狀腺癌的全部特征,制備一個理想的甲狀腺癌模型并非易事,需要根據研究課題的需要和實驗室的實際條件,選擇適合的模型,以能夠深入理解或解決臨床問題為首要。