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美鳳力臨床前大動物實驗中心
17312606166
肺癌是我國腫瘤發(fā)病率和死亡率最高的癌種。
國家癌癥中心2022年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示：2016年，我國新發(fā)肺癌病例約占所有新發(fā)癌癥病例的20.4%（82.8萬例），肺癌死亡病例約占所有癌癥死亡病例的27.2%（65.7萬例），位居所有癌癥死亡的第1位。（注：國家的癌癥數(shù)據(jù)統(tǒng)計通常會延遲3-5年）
圖1. 最新中國癌癥發(fā)病及死亡情況[1]
在第22個國際肺癌日到來之際，小編將帶大家了解下肺的結(jié)構(gòu)和功能、肺癌的分型與分期、肺癌的藥物治療以及肺癌研究的小鼠模型。
1肺的結(jié)構(gòu)與功能
圖2. 呼吸系統(tǒng)示意圖[3]
正常的肺呈淺紅色，位于胸腔內(nèi)，覆蓋在心臟之上。
人有兩個肺，左右各一。右肺較寬短，分為上、中、下三個葉，而左肺較狹長，僅有上、下兩葉，因此人體一共有五葉。
每次呼吸，空氣通過鼻腔進(jìn)入氣管，隨后進(jìn)入肺。在喉頭邊緣，氣管分為左右兩個支氣管，支氣管逐漸分支成更小的細(xì)支氣管，細(xì)支氣管在肺部分支形成小肺泡簇。肺泡是肺的功能單位，它們形成氣體交換的場所。
肺是呼吸系統(tǒng)的重要器官，它的主要功能是氣體交換，當(dāng)你吸氣時，空氣進(jìn)入你的肺，氧氣從空氣中進(jìn)入你的血液。與此同時，二氧化碳從你的血液移動到肺部，被呼出。
此外，肺還有防御、代謝、貯血等功能。肺的防御功能主要是對吸入氣體中的病原微生物和其他塵粒進(jìn)行清除保持氣管、支氣管到終末呼吸單位處于無菌狀態(tài)。
肺組織一旦發(fā)生癌變就會嚴(yán)重影響其功能，而肺癌就是嚴(yán)重的肺部癌變。不同類型的肺癌在治療上也有不盡相同，下面我們就來淺談一下肺癌的分型與分期。
2肺癌的分型與分期
2.1肺癌的分型
肺癌主要分為非小細(xì)胞肺癌（non small cell lung cancer, NSCLC）和小細(xì)胞肺癌（small cell lung cancer, SCLC），其中非小細(xì)胞肺癌約占肺癌總診斷率的85%。
非小細(xì)胞肺癌還可以進(jìn)一步劃分為腺癌、鱗癌和大細(xì)胞癌等，其中腺癌是肺癌最常見的亞型，其次是鱗狀細(xì)胞癌。
在非小細(xì)胞肺癌中，常見的驅(qū)動突變包括Kras突變、EGFR突變、FGFR1擴(kuò)增、ALK重排、HER2突變、MET擴(kuò)增、BRAF突變等。
而在小細(xì)胞肺癌中，最常出現(xiàn)的驅(qū)動突變是Rb和p53的基因功能缺失。
圖3. 肺癌組織學(xué)[4]
2.2肺癌的分期
肺癌分期對于診斷時確定疾病的進(jìn)展和擴(kuò)散程度至關(guān)重要，是臨床醫(yī)生對患者實施治療和判斷預(yù)后的指南。
TNM分期系統(tǒng)是目前國際上最為通用的腫瘤分期系統(tǒng)，也是臨床上進(jìn)行惡性腫瘤分期的標(biāo)準(zhǔn)方法。
在肺癌TNM分期中：
T表示肺癌原發(fā)腫瘤情況，如腫瘤的位置、大小等；
N代表肺癌局部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況；
M代表肺癌遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移情況，癌癥一旦發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，意味著患者已經(jīng)處于IV期（晚期）階段。
在確定患者的TNM分期值后，將這些信息組合就可得到病人總的分期，小細(xì)胞肺癌和非小細(xì)胞肺癌在專業(yè)的分期系統(tǒng)稍有不同，為了便于交流最終都可以被表示為0期、I期、II期、III期或者IV期。其中，I，II，III期會進(jìn)一步細(xì)分為A或B，如IIIA，IIIB期等。
我們常聽到的早期、中期和晚期分別對應(yīng)的是I期、II/III期和IV期。
表1：肺癌TNM分期[6]
3肺癌的藥物治療
圖5. 抗癌治療機(jī)制[7]
肺癌的藥物治療包括化療、分子靶向治療以及免疫治療。
化療分為新輔助化療、輔助化療、姑息化療，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格掌握臨床適應(yīng)證，并在腫瘤內(nèi)科醫(yī)師的指導(dǎo)下施行。
分子靶向治療需要明確基因突變狀態(tài)，依據(jù)分子分型指導(dǎo)靶向治療。高達(dá)69%的晚期NSCLC患者可能具有潛在的可操作分子靶點。
肺癌的發(fā)生和進(jìn)展不僅依賴于癌細(xì)胞進(jìn)化的基因組學(xué)和分子特性，還依賴于它們與腫瘤環(huán)境的相互作用，特別是與免疫系統(tǒng)的相互作用。
近年，以免疫檢查點抑制劑（如PD-1單抗或PD-L1單抗等）為代表的免疫治療已被證實可改善肺癌患者的生存率。目前多個 PD-1單抗和（或）PD-L1單抗已獲批上市并應(yīng)用于晚期及局部晚期NSCLC和SCLC的治療，更多的臨床適應(yīng)證尚在不斷探索中。
抗癌藥物的發(fā)現(xiàn)和臨床前試驗都離不開動物模型的驗證，用于肺癌研究的動物模型為探索肺癌發(fā)生與轉(zhuǎn)移的機(jī)制、篩選和評價抗癌藥物的藥效提供了有力的工具。目前可用于肺癌研究的小鼠模型有哪些呢？一起接著往下看吧！
4肺癌研究的小鼠模型
4.1非小細(xì)胞癌研究模型
4.1.1 Kras突變肺癌模型
野生型Kras激活/失活效應(yīng)是受控的，而突變型Kras蛋白功能異常，持續(xù)處于激活狀態(tài)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的持續(xù)增殖。Kras突變的腫瘤細(xì)胞比其他腫瘤細(xì)胞更容易存活，因此Kras突變的肺癌治療也一直是醫(yī)學(xué)界的一個難題。
目前國際上應(yīng)用最廣泛的肺癌動物模型就是Kras-LSL-G12D小鼠模型，可以通過與肺上皮細(xì)胞特異性的Cre轉(zhuǎn)基因小鼠雜交來實現(xiàn)Kras突變體的激活，從而導(dǎo)致肺癌的發(fā)生。有研究表明，通過SPC-Cre小鼠與Kras-LSL-G12D小鼠雜交，從而獲得了從肺部炎性反應(yīng)到肺腺瘤進(jìn)展時程較長的慢性自發(fā)肺部腫瘤小鼠模型。
Kras-G12D誘導(dǎo)的肺癌模型為肺癌病因的研究提供了更長的窗口期，也為Kras突變的肺癌治療提供了更有力的研究工具。
Kras-LSL-G12D還經(jīng)常和其它癌癥驅(qū)動基因聯(lián)用，用來滿足更多的肺癌研究需求。
在人類NSCLC中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)Kras-G12D突變和Lkb1缺失同時出現(xiàn)，而小鼠中Kras- G12D突變伴隨Lkb1缺失會加速肺腫瘤發(fā)展，惡性程度也會更高，出現(xiàn)多樣的表型特征，包括鱗狀細(xì)胞癌和大細(xì)胞癌。
Kras-G12D突變并發(fā)激活Wnt /β-Catenin信號會增加侵襲性和遠(yuǎn)端組織感染。Kras-G12D突變伴隨p53失活導(dǎo)致侵襲性增加，也發(fā)生轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，這可能是p53的缺失導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致腫瘤惡性化。
圖6. KRAS突變的途徑和潛在的聯(lián)合治療方法[8]
4.1.2 EGFR突變肺癌模型
表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)在細(xì)胞增殖和分化中起到重要作用，是目前最重要的靶向治療靶點之一。突變后導(dǎo)致蛋白功能異常，持續(xù)處于激活狀態(tài)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的持續(xù)增殖。
針對其敏感突變的EGFR酪氨酸激酶抑制劑（TKI），是治療NSCLC最常用的靶向藥物，EGFR-TKI療效好和副作用少，為很多肺癌患者帶來希望，是肺癌治療中的突破性進(jìn)展。
但是靶向治療也有其自身的弊端，幾乎所有的EGFR-TKI治療患者最終均產(chǎn)生獲得性耐藥：第一代和第二代靶向藥治療后出現(xiàn)T790M耐藥性突變，第三代靶向藥治療后出現(xiàn)C797S耐藥性突變。由此催生了多種攜帶耐藥性突變的EGFR肺癌模型，可用于新藥的研發(fā)和腫瘤耐藥性的研究。
和Kras-G12D突變引起的局灶性腫瘤不同，EGFR-L858R突變引起的是類似于支氣管肺泡的彌漫性腫瘤，EGFR外顯子19的缺失引起多灶性腺癌。研究發(fā)現(xiàn)，EGFR-T790M突變小鼠以及EGFR-L858R+T790M突變小鼠比EGFR-L858R突變小鼠的腫瘤潛伏期要更長，適用于耐藥性機(jī)制研究。
圖7. EGFR激酶結(jié)構(gòu)域的20號外顯子框內(nèi)插入突變(EGFR ins20)[9]
4.1.3 ALK基因重排肺癌模型
ALK編碼酪氨酸受體，在正常肺中不表達(dá)，但是在約5％的非小細(xì)胞肺癌患者中會表達(dá)EML4-ALK，EML4-ALK是由于染色體倒位形成EML4基因與ALK 基因的重排，EML4-ALK的表達(dá)促使肺癌發(fā)生和惡化，是目前靶向治療的熱門靶點之一。
EML4-ALK融合常見于年輕患者以及輕度吸煙或不吸煙者，并且EML4-ALK與Kras以及EGFR突變相互排斥，基本不同時出現(xiàn)。
研究表明，肺特異性表達(dá)EML4-ALK的小鼠出生后不久發(fā)生多發(fā)性肺腺癌，為研究ALK靶向抑制劑（ALK-TKI）的敏感性以及耐藥性提供合適模型，并且也為ALK-TKI的臨床前藥物篩選提供有力工具。
圖8. ALK重排的NSCLC基因組發(fā)現(xiàn)和藥物開發(fā)時間表[10]
4.1.4其他肺癌模型
除了以上3類小鼠模型，還有其他基于驅(qū)動突變導(dǎo)致的肺癌研究模型，如PIK3CA-H1047R突變小鼠可發(fā)生具有支氣管肺泡特征的腺癌，Braf-V600E突變小鼠可發(fā)生腺瘤（很少進(jìn)展為腺癌）。
4.2 小細(xì)胞癌研究模型
小細(xì)胞肺癌是一種侵襲性強(qiáng)、難以治療的癌癥類型，約占全部肺癌病例的13-15%。具有轉(zhuǎn)移速度快、惡性程度高、預(yù)后情況差等特征，屬于惡性程度極高內(nèi)分泌腫瘤。
在小細(xì)胞肺癌中，最常出現(xiàn)的驅(qū)動突變是Rb和p53的基因功能缺失，因此SCLC動物模型中通常使用Rb flox小鼠，p53 flox小鼠和肺部特異性Cre小鼠進(jìn)行交配獲得。
Rb和p53的同時特異性敲除后，SCLC的腫瘤發(fā)生率很高，并且腫瘤和人類腫瘤相似度很高，也能轉(zhuǎn)移到特定的組織，但是整個周期比較長，大約9個月。
因此通常會加入一些其他突變基因加速腫瘤發(fā)生，例如Rb，p53和Pten同時的組織敲除，Rb，p53和p130同時敲除，Rb和p53敲除同時過表Lmyc和Nfib[1]，均可加速腫瘤發(fā)生。
基于現(xiàn)有的研究，南模生物自主構(gòu)建了一系列攜帶經(jīng)典肺癌驅(qū)動突變的基因工程小鼠模型，為肺癌發(fā)生機(jī)制研究、肺癌藥物藥物篩選以及相關(guān)藥效實驗提供了強(qiáng)有力的工具。具體信息見下表：
部分驗證數(shù)據(jù)如下：
Kras-LSL-G12D小鼠模型
1肺部CT檢測腫瘤的形成
圖8. 采用氣管內(nèi)注射的方法，將AAV-cre病毒注射到小鼠肺部，3個月后對小鼠肺部進(jìn)行CT檢測，CT結(jié)果顯示有明顯的腫瘤的形成。
2腫瘤生長曲線
圖9. 荷瘤小鼠體內(nèi)腫瘤細(xì)胞體積隨時間增長的變化
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