乳腺癌的分型、发生机制和不同的造模方式盘点

乳腺癌，这一全球广泛存在的肿瘤类型，对其进行深入研究至关重要。其发生、进展和治疗的机制在许多方面仍不清楚。因此，构建有效的实验模型以深入了解其复杂的生物学行为尤为关键。
 

乳腺癌是全球女性中最常见的癌症之一。乳腺癌是一种异质性癌症，可分为四种亚型: Luminal A 型、Luminal B 型、HER2 阳性，基底样型 (也称为三阴性乳腺癌)[1][2]。

表 1. 乳腺癌分型^[1][2]。

 

虽然确切的发病机制尚不清楚，但据报道，基因突变、表观遗传改变、激素暴露和免疫微环境均与乳腺癌的进展有关[2]。

知识小链接：

• 基因突变：早期乳腺癌细胞中突变和扩增频率最高的基因是 TP53 (41%)、PIK3CA (30%)、MYC (20%)、PTEN (16%)、CCND1 (16%)、ERBB2 (13%)、FGFR1 (11%) 和 GATA3 (10%)。在 Luminal A 型中，具有较高的 PIK3CA 突变率 (49%)，在基底样型中有较高的 TP53 突变率 (84%)。

• 表观遗传改变：当基因出现整体低甲基化或局部低甲基化时，前者会导致基因激活、癌基因上调和染色体不稳定，后者导致基因抑制和基因不稳定。其他表观遗传机制涉及通过 DNA 甲基化修饰组蛋白尾部，诱导染色质结构变化，从而沉默基因表达和核小体重塑。
• 激素暴露：当雌激素与细胞核中 ER 结合时，可能会促进癌变。例如，月经周期中雌激素和孕激素之间的失衡会增强细胞增殖，并导致 DNA 损伤和癌前病变。

• 免疫微环境：在癌变早期，免疫微环境通过活化的 CD8⁺ 和 CD4⁺ T 细胞衍生的细胞因子发挥抗肿瘤作用。一旦肿瘤具有侵袭性，包括癌症相关成纤维细胞和细胞因子在内的微环境就会促进肿瘤生长。

乳腺癌动物模型主要包括移植瘤模型 (CDX 和 PDX 模型)、诱导模型 (化学、物理和生物学方法) 和基因工程模型 (转基因和基因敲除模型)[3]。

▐ 移植瘤模型^[4]

移植瘤模型可分为细胞来源的异种移植模型 (Cell Derived Xenograft, CDX) 和患者来源的异种移植模型 (Patient Derived Xenograft, PDX)。CDX 和 PDX 模型可以通过皮下或原位注射来建立。皮下注射模型便于监测肿瘤生长，原位注射模型适用于研究肿瘤转移。PDX 模型能够模拟患者肿瘤的组织学、基因组特征和异质性，并预测药物反应。

图 1. 移植性乳腺癌动物模型^[3]。 

A：同种异体乳腺癌动物模型：将小鼠或大鼠来源的乳腺肿瘤细胞移植到相同遗传背景动物体内。B：细胞系来源的异种移植乳腺癌动物模型：将人来源的乳腺癌细胞系移植到免疫缺陷小鼠体内。C：乳腺癌 PDX 模型：将人类乳腺癌患者的肿瘤组织移植到免疫缺陷小鼠体内。
 

小 M 为大家整理了乳腺癌 CDX、PDX 小鼠模型的汇总，有需要的小伙伴自行收藏喔~

表 2. 乳腺癌 CDX、PDX 小鼠模型的汇总^[4]。

 

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PDX 建模方法

▐ PDX 模型^[5](供参考): 

(1) 将 NOD-SCID 或 NSG 小鼠饲养在无特定病原体 (SPF) 条件下。

(2) 至少在小鼠在异种移植前一周进行 0.16 µg/mL 17β-Estradiol (HY-B0141) 饮水预处理。其中，含有 17β-Estradiol 的饮用水应保持新鲜 (每周更换一次)。
(3) 经皮活检标本和治疗后手术标本应保存在冰上并在无菌 PBS 中运输。植入操作应在 1 小时内完成。
(4) 将标本切成 4 mm3 大小的碎片，用 14 号套管针将标本植入小鼠皮下。
(5) 每个患者来源的样本可植入 2-5 只小鼠中 (取决于收到样本的质量和数量)。
(6) 每天用游标卡尺测量肿瘤长度 (L)、宽度 (W) 和高度 (H)，记录肿瘤生长。肿瘤体积 (TV，mm3) 计算公式为 TV = π/6 × L × W × H。

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CDX 建模方法

▐ CDX 模型^[6](供参考): 

(1) 准备雌性无胸腺裸鼠 (5-8 周龄)。

(2) 在 37 ℃，加湿，5 % CO₂ 培养箱中培养人乳腺癌细胞系。

(3) 用冷 PBS 收集培养的癌细胞，快速将细胞悬浮于冰冷的 Matrigel 中。

(4) 给小鼠接种 100 μL 乳腺癌细胞。其中，MDA-MB-468 或 MDA-MB-453 的细胞悬液密度可分别参考 5 × 106/100 μL，1 × 106/100 μL。

(5) 用游标卡尺测量长度 (L) 和宽度 (W)，记录肿瘤生长，每周三次。肿瘤体积  (TV，mm3) 计算公式为 TV = 0.5 × L × W2。
 

▐ 诱导模型

最常见的方法通过给予 DMBA 或 MNU (化学方法)。DMBA  或 MNU  一般在小鼠体内诱发腺瘤和 B 型腺癌的乳腺肿瘤。

此外，还可使用辐射 (物理方法) 和慢病毒感染 (生物方法)。DMBA 或 MNU 通常通过静脉内、皮下或灌胃给药，施加于小鼠，SD 大鼠或 Fischer 344 大鼠。然而，SD 和 Lewis 大鼠对辐射刺激最敏感。生物学方法主要通过慢病毒在实验动物体内过表达癌基因或沉默抑癌基因[3]。

DMBA 诱导模型^[7]：

(1) 准备 55 日龄雌性 Charles foster 大鼠，体重 (150 ± 10 g)。

(2) 新鲜制备剂量为 20 mg/mL 的 DMBA，并通过口服灌胃法给药。

(3) 从给予 DMBA 后第 4 周开始每周触诊大鼠，以检查肿瘤大小。

(4) 第 16 周会出现肿瘤，DMBA 给药后第 18 周，所有大鼠均会出现肿瘤。

▐ 基因工程模型^[3]

基因工程模型可分为转基因模型和基因敲除模型。

• 转基因模型：通常使用启动子来实现癌基因在乳腺上皮细胞中的特异性表达，从而避免在其他器官中诱导肿瘤。最常用的启动子包括小鼠乳腺肿瘤病毒长末端重复序列 (MMTV-LTR) 和乳清酸性蛋白 (WAP) 启动子，MMTV 是一种导致小鼠乳腺肿瘤的重要病毒。

• 基因敲除模型：肿瘤抑制基因 (如 p53、BRCA1/2 和 pTEN) 的敲除 (通过使用 Cre/loxP 重组酶系统以及 MMTV-Cre/WAP-Cre 工具小鼠来实现) 也可用于建立乳腺癌模型。例如，乳腺特异性 p53 敲除小鼠在 10 周后显示自发肿瘤，在 15-20 周后肿瘤会快速发展。

• 不同模型优缺点对比:  

今天给大家盘点了乳腺癌的分型、发生机制和不同的造模方式，大家可以根据自己的实验需求选择合适的造模方式。更多分子实验、细胞实验、组织切片实验、造模实验的 protocol 请移步 MCE 官网 Protocol 专题页面 ~

 

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DMBA 致癌剂，诱导肿瘤形成。

MNU 致癌剂，诱变剂和致畸剂，诱导肿瘤形成。

基质胶 肿瘤模型构建。

Estradiol 类固醇激素,可用于癌症研究。

PBS Buffer (1×) 缓冲液，可用于细胞清洗、细胞稀释等。

参考文献：

[1] Harbeck N, et al. Breast cancer. Lancet. 2017 Mar 18;389(10074):1134-1150. 

[2] Harbeck N, et al. Breast cancer. Nat Rev Dis Primers. 2019 Sep 23;5(1):66. 

[3] Zeng L, et al. Breast cancer animal models and applications. Zool Res. 2020 Sep 18;41(5):477-494. 

[4] Park MK, et al. Mouse models of breast cancer in preclinical research. Lab Anim Res. 2018 Dec;34(4):160-165.

[5] Yu J, et al. Establishing and characterizing patient-derived xenografts using pre-chemotherapy percutaneous biopsy and post-chemotherapy surgical samples from a prospective neoadjuvant breast cancer study. Breast Cancer Res. 2017 Dec 6;19(1):130.

[6] Cavaliere A, et al. Development of [89Zr]ZrDFO-amivantamab bispecific to EGFR and c-MET for PET imaging of triple-negative breast cancer. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2021 Feb;48(2):383-394. 

[7] Akhouri V, et al. Therapeutic effect of Aegle marmelos fruit extract against DMBA induced breast cancer in rats. Sci Rep. 2020 Oct 22;10(1):18016.