移植性腫瘤動(dòng)物模型已被廣泛運(yùn)用于腫瘤生長和轉(zhuǎn)移機(jī)制研究，抗腫瘤藥物篩選和新藥評估等領(lǐng)域【1】。目前，近親繁殖的同系小鼠和免疫缺陷型小鼠都是成熟的移植性腫瘤動(dòng)物模型【2】。但小鼠模型也存在不足，例如小鼠的飼養(yǎng)成本較高，需要的飼養(yǎng)空間較大；并且小鼠的皮毛阻礙了在體腫瘤細(xì)胞的成像。因此，一些研究者將注意力轉(zhuǎn)向?qū)唏R魚作為移植性腫瘤動(dòng)物模型。

斑馬魚作為研究模型具有很多優(yōu)點(diǎn)：斑馬魚與人類基因同源性高達(dá)85%，其信號傳導(dǎo)通路與人類基本近似；生殖能力強(qiáng)，生殖方式為體外受精，方便大量篩選；飼養(yǎng)成本低，為小鼠的十分之一到百分之一；個(gè)體小，幼魚體長為1-2mm；透明，方便進(jìn)行觀察；遺傳操作系統(tǒng)成熟，敲降，敲除，轉(zhuǎn)基因技術(shù)都可實(shí)現(xiàn)【3】。

盡管多種移植腫瘤已在斑馬魚模型上建立，包括T、B細(xì)胞白血病，急性骨髓性白血病，黑色素瘤，神經(jīng)細(xì)胞瘤等，但斑馬魚作為移植性腫瘤的模型仍有很大的局限。比如，斑馬魚的培養(yǎng)溫度一般低于34℃，影響腫瘤細(xì)胞的生長；斑馬魚免疫系統(tǒng)在胚胎發(fā)育的第21天完全成熟，限制實(shí)驗(yàn)時(shí)間；而斑馬魚胚胎只允許注射25-100個(gè)腫瘤細(xì)胞，阻礙了長期移植腫瘤實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行【4】。因此，腫瘤移植斑馬魚模型需要進(jìn)一步改進(jìn)。

2019年4月25日，來自馬薩諸塞州綜合醫(yī)院研究所的David M.Langenau團(tuán)隊(duì)在Cell上發(fā)表了腫瘤移植斑馬魚模型的最新研究成果 Visualizing Engrafted Human Cancer and Therapy Responses in Immunodeficient Zebrafish 。文章中，作者使用免疫系統(tǒng)缺陷的斑馬魚，建立并評估了37℃培養(yǎng)條件下的腫瘤移植斑馬魚模型。利用該模型，研究人員從單細(xì)胞水平考察了橫紋肌瘤的增殖和遷移情況，可視化地檢測了聯(lián)用奧拉帕尼（olaparib）和替莫唑胺（temozolomide）治療橫紋肌瘤的效果，最終為臨床前階段腫瘤治療提供新的可靠的模型。

敲除斑馬魚的基因prkdc (protein kinase DNA-activated catalytic polypeptide) 及il2rga(interleukin-2 receptor gamma a）（prkdc-/-,il2rg-/-），會造成T、B細(xì)胞和自然殺傷（Nature killer, NK） 細(xì)胞的缺陷【5】。作者飼養(yǎng)該品系斑馬魚生長2至3個(gè)月，更換至含有抗生素的37℃的水中進(jìn)行培養(yǎng)直到6個(gè)月，在這段時(shí)間內(nèi)建立腫瘤移植模型。作者移植了16中不同的腫瘤細(xì)胞，包括黑色素瘤，腎細(xì)胞癌，慢性髓系白血病細(xì)胞，套細(xì)胞淋巴瘤等一系列惡性腫瘤，都獲得較高的移植率，并且腫瘤細(xì)胞都存在超過28天，受體斑馬魚的死亡率小于15%。作者還從組織病理學(xué)和細(xì)胞形態(tài)學(xué)角度評估了移植后的腫瘤細(xì)胞，證明與腫瘤移植金標(biāo)準(zhǔn)NSG小鼠（NOD.Cg-Prkdcscid II2rgtm1WjI/SzJ）模型相比，移植到斑馬魚體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞在標(biāo)記基因的表達(dá)，生長速率和凋亡水平都相似（圖1）。

圖1：人胚胎橫紋肌瘤在腫瘤移植斑馬魚和NSG小鼠模型的生長，病理和凋亡情況。

作者還成功地移植了6種病人來源的腫瘤，建立了病人腫瘤細(xì)胞的移植模型，從而使臨床前階段檢測治療方案的效果變得可行，為實(shí)現(xiàn)腫瘤病人的個(gè)性化治療奠定了基礎(chǔ)。

腫瘤細(xì)胞的高度異質(zhì)性促使研究者在單細(xì)胞水平研究腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移和治療抵抗。作者將橫紋肌瘤細(xì)胞移植到斑馬魚的眼周肌肉，并標(biāo)記可光轉(zhuǎn)換的H2b-Dendra2蛋白，通過追蹤發(fā)現(xiàn)橫紋肌瘤細(xì)胞可分為三種：高度遷移性細(xì)胞，增殖性細(xì)胞和靜息性細(xì)胞，并且增殖性細(xì)胞能單向轉(zhuǎn)化為高度遷移性細(xì)胞，證明移植性腫瘤斑馬魚模型可進(jìn)行腫瘤單細(xì)胞水平的研究。

為將腫瘤移植斑馬魚建立成為臨床前治療模型，作者檢測了聯(lián)用PARP（poly-ADP-ribose polymerase）抑制劑奧拉帕尼和誘導(dǎo)DNA損傷的替莫唑胺對治療橫紋肌肉瘤的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在斑馬魚模型中，單獨(dú)使用一種藥物不具有明顯的治療效果，但二者聯(lián)用則明顯的抑制了腫瘤的生長。而在NSG模型中也出現(xiàn)相同的效應(yīng)，也說明了斑馬魚作為腫瘤治療模型的可靠性。

進(jìn)一步，作者在腫瘤移植斑馬魚模型中，使用不同顏色的熒光蛋白標(biāo)記細(xì)胞周期，發(fā)現(xiàn)聯(lián)用奧拉帕尼和替莫唑胺將橫紋肌肉瘤細(xì)胞抑制在G2期，為鑒定藥物治療腫瘤的機(jī)制指明了方向。

綜上，作者建立了新的腫瘤移植斑馬魚模型，能夠可靠的重現(xiàn)多種病人來源的腫瘤生長，轉(zhuǎn)移和凋亡情況。斑馬魚通體透明的特點(diǎn)決定該模型能方便使用熒光標(biāo)記進(jìn)行腫瘤研究。并且，作者將斑馬魚模型用于臨床前治療效果的檢測，為腫瘤病人的個(gè)性化治療奠定基礎(chǔ)（圖2）。

圖2

文章通訊作者為David M.Langenau副教授，其實(shí)驗(yàn)室長期致力于移植性腫瘤的斑馬魚模型研究。第一作者為實(shí)驗(yàn)室成員Chuan Yan, Dalton C. Brunson，Qin Tang和Daniel Do。

 Langenau實(shí)驗(yàn)室成員合影

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.004