肺癌是我国肿瘤发病率和死亡率最高的癌种。

国家癌症中心2022年发布的数据显示：2016年，我国新发肺癌病例约占所有新发癌症病例的20.4%（82.8万例），肺癌死亡病例约占所有癌症死亡病例的27.2%（65.7万例），位居所有癌症死亡的第1位。（注：国家的癌症数据统计通常会延迟3-5年）

图1. 最新中国癌症发病及死亡情况^[1]

在第22个国际肺癌日到来之际，小编将带大家了解下肺的结构和功能、肺癌的分型与分期、肺癌的药物治疗以及肺癌研究的小鼠模型。

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肺的结构与功能

图2. 呼吸系统示意图^[3]

正常的肺呈浅红色，位于胸腔内，覆盖在心脏之上。

人有两个肺，左右各一。右肺较宽短，分为上、中、下三个叶，而左肺较狭长，仅有上、下两叶，因此人体一共有五叶。

每次呼吸，空气通过鼻腔进入气管，随后进入肺。在喉头边缘，气管分为左右两个支气管，支气管逐渐分支成更小的细支气管，细支气管在肺部分支形成小肺泡簇。肺泡是肺的功能单位，它们形成气体交换的场所。

肺是呼吸系统的重要器官，它的主要功能是气体交换，当你吸气时，空气进入你的肺，氧气从空气中进入你的血液。与此同时，二氧化碳从你的血液移动到肺部，被呼出。

此外，肺还有防御、代谢、贮血等功能。肺的防御功能主要是对吸入气体中的病原微生物和其他尘粒进行清除保持气管、支气管到终末呼吸单位处于无菌状态。

肺组织一旦发生癌变就会严重影响其功能，而肺癌就是严重的肺部癌变。不同类型的肺癌在治疗上也有不尽相同，下面我们就来浅谈一下肺癌的分型与分期。

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     肺癌的分型与分期

2.1肺癌的分型

肺癌主要分为非小细胞肺癌（non small cell lung cancer, NSCLC）和小细胞肺癌（small cell lung cancer, SCLC），其中非小细胞肺癌约占肺癌总诊断率的85%。

非小细胞肺癌还可以进一步划分为腺癌、鳞癌和大细胞癌等，其中腺癌是肺癌最常见的亚型，其次是鳞状细胞癌。

在非小细胞肺癌中，常见的驱动突变包括Kras突变、EGFR突变、FGFR1扩增、ALK重排、HER2突变、MET扩增、BRAF突变等。

而在小细胞肺癌中，最常出现的驱动突变是Rb和p53的基因功能缺失。

图3. 肺癌组织学^[4]

2.2肺癌的分期

肺癌分期对于诊断时确定疾病的进展和扩散程度至关重要，是临床医生对患者实施治疗和判断预后的指南。

TNM分期系统是目前国际上最为通用的肿瘤分期系统，也是临床上进行恶性肿瘤分期的标准方法。

在肺癌TNM分期中：

T表示肺癌原发肿瘤情况，如肿瘤的位置、大小等；

N代表肺癌局部淋巴结转移情况；

M代表肺癌远处转移情况，癌症一旦发生远处转移，意味着患者已经处于IV期（晚期）阶段。

在确定患者的TNM分期值后，将这些信息组合就可得到病人总的分期，小细胞肺癌和非小细胞肺癌在专业的分期系统稍有不同，为了便于交流最终都可以被表示为0期、I期、II期、III期或者IV期。其中，I，II，III期会进一步细分为A或B，如IIIA，IIIB期等。

我们常听到的早期、中期和晚期分别对应的是I期、II/III期和IV期。

表1：肺癌TNM分期^[6]

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     肺癌的药物治疗

图5. 抗癌治疗机制^[7]

肺癌的药物治疗包括化疗、分子靶向治疗以及免疫治疗。

化疗分为新辅助化疗、辅助化疗、姑息化疗，应当严格掌握临床适应证，并在肿瘤内科医师的指导下施行。

分子靶向治疗需要明确基因突变状态，依据分子分型指导靶向治疗。高达69%的晚期NSCLC患者可能具有潜在的可操作分子靶点。

肺癌的发生和进展不仅依赖于癌细胞进化的基因组学和分子特性，还依赖于它们与肿瘤环境的相互作用，特别是与免疫系统的相互作用。

近年，以免疫检查点抑制剂（如PD-1单抗或PD-L1单抗等）为代表的免疫治疗已被证实可改善肺癌患者的生存率。目前多个 PD-1单抗和（或）PD-L1单抗已获批上市并应用于晚期及局部晚期NSCLC和SCLC的治疗，更多的临床适应证尚在不断探索中。

抗癌药物的发现和临床前试验都离不开动物模型的验证，用于肺癌研究的动物模型为探索肺癌发生与转移的机制、筛选和评价抗癌药物的药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？一起接着往下看吧！

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     肺癌研究的小鼠模型

4.1非小细胞癌研究模型

4.1.1  Kras突变肺癌模型

野生型Kras激活/失活效应是受控的，而突变型Kras蛋白功能异常，持续处于激活状态，导致肿瘤细胞的持续增殖。Kras突变的肿瘤细胞比其他肿瘤细胞更容易存活，因此Kras突变的肺癌治疗也一直是医学界的一个难题。

目前国际上应用最广泛的肺癌动物模型就是Kras-LSL-G12D小鼠模型，可以通过与肺上皮细胞特异性的Cre转基因小鼠杂交来实现Kras突变体的激活，从而导致肺癌的发生。有研究表明，通过SPC-Cre小鼠与Kras-LSL-G12D小鼠杂交，从而获得了从肺部炎性反应到肺腺瘤进展时程较长的慢性自发肺部肿瘤小鼠模型。

Kras-G12D诱导的肺癌模型为肺癌病因的研究提供了更长的窗口期，也为Kras突变的肺癌治疗提供了更有力的研究工具。

Kras-LSL-G12D还经常和其它癌症驱动基因联用，用来满足更多的肺癌研究需求。

在人类NSCLC中经常发现Kras-G12D突变和Lkb1缺失同时出现，而小鼠中Kras- G12D突变伴随Lkb1缺失会加速肺肿瘤发展，恶性程度也会更高，出现多样的表型特征，包括鳞状细胞癌和大细胞癌。

Kras-G12D突变并发激活Wnt /β-Catenin信号会增加侵袭性和远端组织感染。Kras-G12D突变伴随p53失活导致侵袭性增加，也发生转移现象，这可能是p53的缺失导致基因组的不稳定，从而导致肿瘤恶性化。

图6. KRAS突变的途径和潜在的联合治疗方法^[8]

4.1.2 EGFR突变肺癌模型

表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)在细胞增殖和分化中起到重要作用，是目前最重要的靶向治疗靶点之一。突变后导致蛋白功能异常，持续处于激活状态，导致肿瘤细胞的持续增殖。

针对其敏感突变的EGFR酪氨酸激酶抑制剂（TKI），是治疗NSCLC最常用的靶向药物，EGFR-TKI疗效好和副作用少，为很多肺癌患者带来希望，是肺癌治疗中的突破性进展。

但是靶向治疗也有其自身的弊端，几乎所有的EGFR-TKI治疗患者最终均产生获得性耐药：第一代和第二代靶向药治疗后出现T790M耐药性突变，第三代靶向药治疗后出现C797S耐药性突变。由此催生了多种携带耐药性突变的EGFR肺癌模型，可用于新药的研发和肿瘤耐药性的研究。

和Kras-G12D突变引起的局灶性肿瘤不同，EGFR-L858R突变引起的是类似于支气管肺泡的弥漫性肿瘤，EGFR外显子19的缺失引起多灶性腺癌。研究发现，EGFR-T790M突变小鼠以及EGFR-L858R+T790M突变小鼠比EGFR-L858R突变小鼠的肿瘤潜伏期要更长，适用于耐药性机制研究。

图7. EGFR激酶结构域的20号外显子框内插入突变(EGFR ins20)^[9]

4.1.3 ALK基因重排肺癌模型

ALK编码酪氨酸受体，在正常肺中不表达，但是在约5％的非小细胞肺癌患者中会表达EML4-ALK，EML4-ALK是由于染色体倒位形成EML4基因与ALK 基因的重排，EML4-ALK的表达促使肺癌发生和恶化，是目前靶向治疗的热门靶点之一。

EML4-ALK融合常见于年轻患者以及轻度吸烟或不吸烟者，并且EML4-ALK与Kras以及EGFR突变相互排斥，基本不同时出现。

研究表明，肺特异性表达EML4-ALK的小鼠出生后不久发生多发性肺腺癌，为研究ALK靶向抑制剂（ALK-TKI）的敏感性以及耐药性提供合适模型，并且也为ALK-TKI的临床前药物筛选提供有力工具。

图8. ALK重排的NSCLC基因组发现和药物开发时间表^[10]

4.1.4其他肺癌模型

除了以上3类小鼠模型，还有其他基于驱动突变导致的肺癌研究模型，如PIK3CA-H1047R突变小鼠可发生具有支气管肺泡特征的腺癌，Braf-V600E突变小鼠可发生腺瘤（很少进展为腺癌）。

4.2 小细胞癌研究模型

小细胞肺癌是一种侵袭性强、难以治疗的癌症类型，约占全部肺癌病例的13-15%。具有转移速度快、恶性程度高、预后情况差等特征，属于恶性程度极高内分泌肿瘤。

在小细胞肺癌中，最常出现的驱动突变是Rb和p53的基因功能缺失，因此SCLC动物模型中通常使用Rb flox小鼠，p53 flox小鼠和肺部特异性Cre小鼠进行交配获得。

Rb和p53的同时特异性敲除后，SCLC的肿瘤发生率很高，并且肿瘤和人类肿瘤相似度很高，也能转移到特定的组织，但是整个周期比较长，大约9个月。

因此通常会加入一些其他突变基因加速肿瘤发生，例如Rb，p53和Pten同时的组织敲除，Rb，p53和p130同时敲除，Rb和p53敲除同时过表Lmyc和Nfib[1]，均可加速肿瘤发生。

基于现有的研究，南模生物自主构建了一系列携带经典肺癌驱动突变的基因工程小鼠模型，为肺癌发生机制研究、肺癌药物药物筛选以及相关药效实验提供了强有力的工具。具体信息见下表：

部分验证数据如下：

Kras-LSL-G12D小鼠模型

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肺部CT检测肿瘤的形成

图8. 采用气管内注射的方法，将AAV-cre病毒注射到小鼠肺部，3个月后对小鼠肺部进行CT检测，CT结果显示有明显的肿瘤的形成。

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肿瘤生长曲线

图9. 荷瘤小鼠体内肿瘤细胞体积随时间增长的变化

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