国际肺癌日 | 你的肺癌模型选对了吗？

肺癌是我国肿瘤发病率和死亡率最高的癌种。

国家癌症中心基于肿瘤登记及随访监测最新数据，在JNCC上发布了2022年中国恶性肿瘤疾病负担情况，并形成《2022年中国癌症发病率和死亡率》报告。报告显示，在我国，肺癌仍是恶性肿瘤发病和死亡的首位原因。


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图1 中国全癌种发病人数及死亡人数（万人）[1]

今天是第22个国际肺癌日，小编就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吧。

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肺的结构与功能

结构与功能

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图2 呼吸系统示意图[3]

结构：呈浅红色，位于胸腔内，覆盖在心脏之上；有左右两个肺，共五叶，右肺较宽短，分为上、中、下三个叶，左肺较狭长，仅有上、下两叶。肺泡是肺的功能单位，它们形成气体交换的场所。


功能：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

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。

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。

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图3 肺癌组织学[4]

肺癌的分期

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

药物治疗

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图4 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。

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

基于肺癌的分型，我们将从非小细胞肺癌和小细胞癌这两个方面，为大家介绍目前可用于肺癌研究的小鼠模型。

非小细胞癌研究模型

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。

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-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。


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。

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。


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。

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。


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）。

小细胞癌研究模型

小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）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，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。部分信息见下表：

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部分验证数据

Validate Data

Kras-LSL-G12D

该模型可以通过与肺特异性Cre/CreER小鼠杂交来实现组织特异性的表达激活，诱导肺癌发生。

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图5 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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图6 Scgb1a1CreERT2/+; KrasG12D/+小鼠肺部CT检测结果。


Stk11-Flox/R26-CAG-LSL-Luc-2A-EGFP/Kras-LSL-G12D

Stk11/EGFP/Kras-LSL-G12D小鼠是一种原发肺癌小鼠模型，包含了KRAS基因突变、EGFP过表达与STK11蛋白缺失。KRAS突变基因与EGFP过表达基因的上游含有lox-stop-lox终止序列，其在没有cre重组酶的条件下是不表达的；Stk11也需要Cre的存在才能发生敲除。通过使用AAV-CRE对小鼠进行诱导，即可使小鼠产生肿瘤。

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图7 Stk11/EGFP/Kras-LSL-G12D原发肺癌小鼠模型可通过AAV-CRE诱导引发肺癌。



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图8 Stk11/EGFP/Kras-LSL-G12D瘤块来源细胞系的抗肿瘤药效评价。


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