腦膠質瘤移植模型的研究進展

武衛周，鐘士江，王 莉 綜述 朱 政 審校

膠質瘤(glioma)是中樞神經系統中最常見的惡性腫瘤，占中樞神經系統原發腫瘤的30%[1]，據估計在我國每年有近6萬名患者被診斷為腦膠質瘤[2]。世界衛生組織(WHO)根據其組織學特征，將腦膠質瘤分為四級：Ⅰ級、Ⅱ級為低級別惡性膠質瘤，Ⅲ級、Ⅳ級為高級別惡性膠質瘤，隨著級別的升高膠質瘤的惡性程度隨之升高[3]。膠質母細胞瘤(GBM，WHO Ⅳ級)是最常見的惡性膠質瘤，目前對GBM的標準治療包括手術切除、術后放化療等。但由于其侵襲力強，復發率高，即使采用標準的治療方法，GBM患者從診斷到死亡的平均生存期僅為14.6個月，5年生存率為9.8%[4]。膠質瘤的浸潤性必然導致腫瘤細胞的不完全切除，盡管神經腫瘤學近年來取得了很大進展，但腦膠質瘤患者的預后仍不盡人意，這表明仍需要針對腦膠質瘤進行不斷的研究。而腦膠質瘤動物模型的建立對膠質瘤的研究有至關重要的作用。目前已創建了多種膠質瘤動物模型，根據獲得腫瘤的來源不同，可分為化學誘導模型、移植模型和基因工程模型[5]，在醫學科研中應用最多的是移植模型。筆者對近年來一些常用腦膠質瘤移植模型的種類、特征及建模方法進行綜述。

1 腦膠質瘤細胞

目前，國內外已建立了許多具有不同生物學特征的腦膠質瘤細胞株。常用的膠質瘤細胞株有C6、F98、9L、SHG-44、U87MG等。其中：C6、F98、9L細胞屬于鼠源性膠質瘤細胞[6-8]，SHG-44、U87MG細胞屬于人源性膠質瘤細胞[9, 10]。

1.1 C6膠質瘤細胞 C6膠質瘤細胞株是Wistar大鼠經N2亞硝基甲脲誘發的大鼠腦膠質瘤細胞，該細胞在體內、體外均可傳代培養，其生長穩定。移植動物常選擇Wistar大鼠、SD大鼠，形成的顱內腫瘤生長快，成瘤率高，且腫瘤內有新生血管，周圍有炎性反應。對于C6/SD大鼠模型，形成的移植瘤邊界清楚，有包膜，類似人腦自發性腫瘤。文獻[11]也提到，由于C6 細胞有很強的免疫原性，在SD大鼠顱內形成的移植瘤不能持續生長，會出現自然消退現象，故此模型不適合應用于膠質瘤免疫及基因免疫治療等相關研究。而C6/Wistar大鼠模型，具有腦膠質瘤的浸潤性特征，移植瘤與周圍正常腦組織邊界不清，微血管豐富，灶內局部有壞死現象，其生長特點及腫瘤形態與GBM較為接近，可作為臨床腦膠質瘤基礎研究的理想模型。

1.2 F98膠質瘤細胞 F98細胞株是BD IX孕大鼠靜脈注射N-乙基-N-亞硝基脲誘導產生的腦膠質瘤細胞，鏡下可見:大多數細胞呈梭形，少數為圓形、橢圓形，其形成的移植瘤呈侵襲性生長，新生血管豐富[12]。F98膠質瘤免疫應答反應弱[13]，這使它成為研究膠質瘤免疫耐受機制的理想模型，同時也被用于研究人腦膠質瘤分子的遺傳學改變[14]。F98細胞移植于Fischer344大鼠腦干內，可形成腦干腫瘤模型，其腫瘤的組織病理學和放射生物學特征與侵襲性的原發性腦干腫瘤相似，這將有助于檢驗實驗性腫瘤藥物的療效。

1.3 9L膠質瘤細胞 9L膠質肉瘤是目前應用最廣泛的大鼠腦腫瘤模型。9L細胞是N-甲基亞硝基脲注射到F344大鼠體內誘發的膠質瘤細胞[15]，其組織相容性基因復合體與 F344 大鼠有較高的同源性，且腫瘤生長特點與人腦膠質瘤接近。將9L細胞移植到Fischer344大鼠體內，形成的移植瘤鏡下觀察細胞為梭形，呈肉瘤狀，腫瘤邊界較清晰。Nagaraja 等[16]經檢測發現大鼠顱內9L腦膠質瘤細胞有Vimentin表達，腫瘤內部及周邊的GFAP表達為陽性。盡管9L細胞在Fischer344大鼠體內產生，但它也能在異基因Wistar大鼠體內形成腫瘤，其移植瘤為局限性腫塊，對周圍組織無浸潤，不擴散到蛛網膜下腔或腦室。近年來，在9L細胞株中發現了腫瘤干細胞，在體外可分化為神經元細胞和星形膠質細胞，這些細胞形成的腫瘤比親本9L腫瘤更具侵襲性。2016年王鳳等[17]利用流式技術分選的9L 腦膠質瘤干細胞接種于Fischer344大鼠顱內，建立了穩定的腦膠質瘤模型，并證實具有惡性膠質瘤生物學特征。

1.4 U87膠質瘤細胞 U87膠質瘤(U87-MG)細胞株來源于人源性腦膠質瘤細胞，屬于WHO Ⅳ級的膠質瘤細胞，與多形性膠質母細胞瘤相似[18]。相對移植動物而言，U87-MG屬于異源性細胞，接種到動物體內時會出現強烈的排斥反應，造成移植瘤生長緩慢、受限，甚至出現不成瘤現象。但移植于免疫缺陷的裸鼠體內時，很少會產生排斥反應，且形成的腫瘤能表現出高度細胞異型性，如核分裂象、不規則核仁及豐富的微血管等[19]，但缺乏人腦膠質瘤的浸潤性特征，形成的移植瘤邊界清晰，周圍有反應性細胞增生。因此，U87膠質瘤細胞一般選擇免疫缺陷的裸鼠作為接種對象。

1.5 SHG-44膠質瘤細胞 SHG-44膠質瘤細胞來源于人額葉星形細胞瘤，屬于WHO Ⅱ-Ⅲ級的膠質瘤細胞。體外傳代培養，生長良好，鏡下細胞呈星形和梭形，含有膠質纖維和微絲。一般移植于裸鼠顱內尾狀核。但在一些文獻中，SHG-44細胞采用的移植鼠為Wistar大鼠，屬于異種移植，預先進行免疫抑制，也可建立穩定的膠質瘤模型。2015年李英夫等[20]采用立體定向技術將SHG-44細胞移植于Wistar大鼠腦內尾狀核，術前3 d給予地塞米松降低免疫反應，形成的移植瘤呈浸潤性生長，中心有壞死灶，邊界不清，移植瘤細胞呈星形或橢圓形，核分裂象可見，符合人腦GBM的特征。因此，Wistar 大鼠 SHG-44 腦膠質瘤模型也可用于臨床膠質瘤研究。

此外，文獻[21-24]也提到應用U251、U373、Hs683、GBM22等細胞制作腦膠質瘤動物模型。而建模常用的動物有Wistar大鼠、 SD大鼠、Fischer344大鼠、BALB/c裸鼠、SCID 鼠等。腦膠質瘤移植模型根據瘤細胞與接種動物之間的種屬差異性，可分為異種移植和同種移植模型；根據移植部位不同，可分為異位移植和原位移植模型。

2 建模方法

2.1 異位移植模型 腦膠質瘤異位移植是將腦膠質瘤細胞懸液(或組織)移植到動物的皮下形成移植瘤。此模型具有操作簡單，成瘤率高，易于動態監測腫瘤的生長，測量腫瘤的體積等優點。在進行腫瘤藥物實驗時，可以通過觀察腫瘤的變化來確定藥物的療效。不足之處：首先，這種移植瘤并未生長在顱內，移植瘤細胞所處的生長環境與原發部位有很大差別，導致移植瘤的生物學行為與原腫瘤有所不同，不能真正體現人腦膠質瘤的特征；其次，血腦屏障的缺失，這將對實驗藥物清除動力學方面的研究產生影響[25]。因此，對于腦膠質瘤研究來說，這種異位移植并不是理想的模型。

2.2 原位移植模型 腦膠質瘤原位移植是在移植動物顱內建立移植瘤，該移植瘤無論是在組織形態學，還是在分子生物學方面都能很好地保持人腦膠質瘤的特征。此方法操作技術要求高，定位要準確，而操作手法及接種部位直接影響著成瘤率。隨著立體定位儀的發明，大大提高了原位移植的成瘤率，從而使腦膠質瘤原位移植模型在臨床研究中得到了廣泛應用。與皮下移植瘤模型相比, 原位移植瘤模型具有腫瘤原發位點的典型特征，這使實驗結果更接近臨床。建立腦膠質瘤原位移植模型常用兩種方法：徒手移植法、立體定向法。

2.2.1 徒手移植法 徒手操作法是將人腦膠質瘤組織切成碎塊，通過開顱手術的方法，接種于移植鼠的顱內。此方法操作簡單，技術含量低，不受實驗環境限制，便于開展。但對移植動物來說，創傷大，操作時間長，定位不準確，術后移植鼠死亡率高，成瘤率低，而且腫瘤組織塊僅置于了腦表面，未能形成正真的腦內移植瘤，無法滿足科研需求。

2.2.2 立體定向法 立體定向技術的發明對腦腫瘤原位模型領域來說是一次飛躍。利用立體定向技術建立的腦膠質瘤原位模型，無論在動物成活率，還是在成瘤率上都明顯優于徒手移植法。立體定向移植法雖然優點為操作穩定、創傷較小、定位準確、成瘤率高，但也有一些缺點：一是立體定向儀價格昂貴，操作技術要求高，不易普及；二是顱內空間有限，接種細胞量、注射速度受顱內壓增高的限制，導致操作時間相對較長，建立條件相同的同一批模型數量有限，這些因素在一定程度上制約了立體定向技術的應用。近年來，隨著科技不斷的發展，立體定向儀的不斷更新，接種技術的不斷完善，使立體定向儀建模速度加快，建立的模型更加穩定可靠, 原位移植成瘤率已提高到90%～100%[19]，充分滿足了腦膠質瘤研究方面的需求。

綜上所述，不同的膠質瘤模型為腦膠質瘤不同方面的研究都提供了可靠的平臺。但任何一種模型都不是非常完美，都存在某些方面的缺陷。這就要求我們在研究中，要根據腫瘤細胞來源、研究的性質、各模型的特點等多方面因素，來選擇建立不同的膠質瘤動物模型，這樣才能提高腫瘤研究的價值。隨著模型技術的發展，各種動物模型的不斷完善，將會研制出更多功能完善、建模方便的動物模型，這些模型的建立將為人腦膠質瘤的研究發揮重要的作用。