前列腺癌体内实验模型的研究进展

聂迪森，秦卫军，温伟红，赵宁宁，师长宏*

(解放军第四军医大学1.西京医院泌尿外科;2.基础部免疫教研室;3.实验动物中心，陕西 西安 710032)

据统计前列腺癌在男性恶性肿瘤中的发病率居第二位，仅次于肺癌。在西方国家，前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤［1－2］。我国前列腺癌的发病率虽明显低于西方国家，但随着人口老龄化、生活方式西化，以及前列腺特异性抗原(prostate－specific antigen;PSA)作为早期诊断指标的普及，我国前列腺癌的发病率正在逐年上升［3］。由于前列腺癌为雄激素依赖性肿瘤，激素阻断是较为理想的治疗方案。但随病情的发展或转移的发生，激素依赖性前列腺癌可转变为激素非依赖性，之后产生的去势抵抗反应会导致原有治疗方案失效［4－5］。基于此，在前列腺癌研究中，特异性化疗策略、癌基因作用机制以及抗体靶向治疗等已经成为当前的热点［6］。虽然有关前列腺癌发生发展的分子机制及临床治疗研究取得了较大的突破，但由于缺少有效的体内实验模型，导致基础研究成果向临床应用的转化受到严重阻碍。据文献报道，在已完成临床前实验的抗前列腺癌新药中只有5%的药物通过了美国食品药物管理局(Food and Drug Administration;FDA)的批准［7］。目前迫切需要能够更好复制肿瘤异质性，保持原代肿瘤在分子、基因和病理水平上复杂性的体内模型;需要能够更好反应抗肿瘤药物临床疗效的前列腺癌实验模型，为抗前列腺癌的研究提供良好的试验平台。本综述总结了目前已建立的前列腺癌体内模型，着重介绍人源性前列腺癌移植瘤模型的研究进展，并探讨其在肿瘤靶向治疗和个体化治疗中的应用。

1 现有前列腺癌体内模型

1.1 动物源性肿瘤模型

动物源性前列腺癌模型模型主要包括两类:一类是在衰老的猿类或犬类体内自发形成的肿瘤模型;另一类是在小鼠体内通过激素、化学药物、物理因素等诱导形成的肿瘤模型［8］。这些模型对早期前列腺癌发生发展的研究做出了重要贡献，但由于动物和人的前列腺癌组织在解剖及生理结构上存在着一定差异，使得这些模型无法完全反应出人体肿瘤复杂的生物学特性。另外，这些模型存在制备周期长、成功率低、影响因素多等问题［9］。

1.2 人源性肿瘤细胞系移植模型

前列腺癌细胞系移植模型是在免疫缺陷小鼠皮下注射培养的人源性前列腺癌细胞(如 LNCaP、PC3、DU145细胞等)，或是将肿瘤细胞与基质细胞混合后一并注射于免疫缺陷小鼠［10］。注射部位可选择尾静脉、胫骨骨髓腔、心室腔、前列腺原位等，以建立不同用途的模型［11］。细胞系移植瘤模型具有制备简便、成功率高、移植瘤性质明确等优点，对于前列腺癌的机制研究具有重要价值。文献报道利用前列腺癌细胞系LNCaP和LAPC－4建立的前列腺癌移植瘤模型已成功用于临床药物研究［12］。Kochuparambil等［13］发现对PC3移植瘤裸鼠使用辛伐他汀能够抑制肿瘤生长，并降低其PSA水平，其中肿瘤生长的抑制与Akt蛋白激酶活性的降低有关。为长期使用辛伐他汀以控制前列腺癌的治疗方案提供了实验依据。

尽管该类模型在部分研究中取得了成功，但在临床抗肿瘤药物研究中仍存在严重缺陷，主要是细胞系在体外培养过程中逐渐表现出同质性，这与临床获得的原始肿瘤表现出的异质性有显著差别。此外，细胞系移植瘤与原始肿瘤的组织结构明显不同，导致细胞系移植瘤模型不能精确地反应出肿瘤细胞复杂的理化特性和原始肿瘤所具有的特定微环境［14－15］。

1.3 转基因小鼠模型

基于小鼠基因与人类基因相似度可达99%的特点，转基因小鼠模型主要是将与前列腺癌有关的特定基因转移至小鼠体内，建立相应的动物模型，可用于研究前列腺癌发生和转移机制，研究抗肿瘤药物的作用机制及药效动力学等［16］。早先的前列腺癌转基因小鼠(transgenic adenocarcinoma mouse prostate;TRAMP)模型被用于前列腺上皮细胞内多种癌基因的功能研究［17］。目前有报道称由于FVBTRAMP模型获得神经内分泌前列腺癌的发生率高，利用FVB－TRAMP和B6－TRAMP的模型差异来研究神经内分泌前列腺癌具有的特异基因［18］。转基因小鼠模型的优点在于能够在分子水平精确地反应出肿瘤各阶段的生物学特点、细胞分子机制以及肿瘤进展过程等。但是由于目的基因的表达不稳定、鼠源性肿瘤的异质性、复杂的影响因素以及昂贵的建模投入，使得转基因模型较难大规模的开展和使用［19］。

2 人源性前列腺癌移植瘤(PDPTX)模型

人源性前列腺癌移植瘤(patient derived prostate tumor xenograft，PDPTX)是将临床患者新鲜的前列腺癌组织直接移植于免疫缺陷小鼠(裸鼠、SCID鼠等)体内建立而成的［16］。该种模型能很好地复制患者肿瘤的异质性，并保持了人类肿瘤在分子学、基因学和病理学的复杂性。同时该种模型还保留了原发肿瘤的微环境和组织结构，较好的解决了细胞系移植瘤模型存在的问题，为前列腺癌研究提供了一个更为理想的体内模型，特别是在新型药物筛选、个体化治疗的评估方面具有不可取代的优势［20］。由于该种模型是将肿瘤组织同时种植于多个小鼠体内，使得建立不同发展阶段的前列腺癌模型成为可能，极大地促进了不同时期分子变化所诱发的肿瘤转移机制和药物抵抗机制的研究。有文献形象的将人源性前列腺癌移植瘤模型比作是患者的药物实验替身［21］。

2.1 PDPTX模型的优点

与其他体内模型相比，人源性前列腺癌移植瘤(PDPTX)模型的优势主要体现在以下方面:①稳定保存了原发肿瘤的分子遗传、组织结构和基因表型等特征，为相关研究提供准确的实验模型;②由于肿瘤细胞不经体外培养，所以能够较好地保留肿瘤组织中间质和干细胞等成份，保存了原始的肿瘤微环境，使得对肿瘤生长环境的研究成为可能;③由于保留了原代肿瘤的异质性(特别是肿瘤组织中的血管内皮细胞)，更有利于进行生物标志物的评估(如靶向治疗中内皮标志物的研究);④由于移植瘤能客观模仿原代肿瘤，因此可用于筛选抗肿瘤药物的敏感性并分析病人的预后，实现前列腺癌的个性化治疗［20－23］。

2.2 PDPTX模型的移植方式

PDPTX模型的移植方式主要有皮下、前列腺原位和肾包膜移植三种［24］。据此可将PDPTX模型分为三类，即前列腺癌皮下移植瘤、原位移植瘤和肾包膜下移植瘤，三类移植瘤模型具有不同的优缺点。

皮下移植瘤模型是将新鲜的人前列腺癌组织碎块包埋于免疫缺陷小鼠皮下建立而成。其优点是易于移植操作，方便观察移植瘤的生长，这是目前大多数研究常用的方法［24］。但这种模型由于肿瘤移植部位缺乏丰富的血管和营养供应，导致移植成功率较低。有文献报道相同的移植条件下分别对6只小鼠进行皮下和肾包膜下移植，结果皮下移植只有1只小鼠形成移植瘤，而肾包膜下移植6只小鼠全部形成移植瘤［25］。同时，皮下移植模型较少发生转移，且成功率与肿瘤的恶性程度明显相关，发生转移或去势抵抗的肿瘤成功率相对较高，这使得该类模型只能反应原代肿瘤中的小部分瘤群［26］。

原位移植瘤模型是将前列腺癌组织块通过外科手术的方法包埋于小鼠的前列腺被膜下建立而成［24］。该模型能够提供与原始前列腺癌最为相似的生长微环境及组织结构，为肿瘤自发转移的研究提供了理想平台。Lin等［27］在患者前列腺癌标本的不同位点获取组织后建立肾包膜下PDPTX模型，之后将建立成功的移植瘤进行原位移植，发现第二次建立的原位移植瘤模型出现了转移现象。取转移部位组织进行连续原位移植，通过多次移植传代建立了具有转移能力的LTL－220M以及不具有转移能力的LTL－220N和LTL－221N前列腺癌细胞系，为前列腺癌的转移机制研究提供了有力工具［27］。但原位模型手术操作难度大，移植部位的空间极其有限，严重限制了该方法的实际应用［23］。与皮下移植模型一样，原位移植模型适合用较高病理分级的前列腺癌组织进行建模。

2.3 肾包膜移植瘤模型

在肾包膜下移植前列腺癌组织建立的PDPTX模型较好地克服了传统PDPTX模型建模成功率低、低级别肿瘤成瘤难、无法实现移植瘤转移等缺点，有望为新一代的PDPTX模型［23］。

肾包膜下移植的优点在于利用肾脏血流为移植瘤提供了丰富的血供，充分的液体压力和较高的淋巴转移率。在肾包膜下进行移植可使肾脏外部形成一个液体循环通路，该通路可为移植瘤提供充足的血液灌流、丰富的营养物质、激素、生长因子、氧气等。不仅如此，肾包膜下还能提供相对充足的空间来容纳较大体积的移植物［28］。有文献报道将前列腺良性增生组织分别移植于免疫缺陷小鼠的皮下、前列腺原位和肾包膜下，发现其移植成功率分别为皮下58%，前列腺原位71.9%，肾膜下93.4%。而前列腺癌组织的移植成功率与其基本一致［29］。

除此之外，肾包膜处良好的血供还能降低宿主对各种肿瘤亚型的筛选压力。目前认为移植瘤模型中存在细胞异质性丢失现象，这是由于原代癌组织中不同细胞亚群对移植过程中缺氧耐受力不同而造成的［30］。肾包膜下良好的血供使原代癌组织中复杂的细胞特异性得到良好保存，包括原代肿瘤的病理生理学、标志物表达、基因表型、雄激素敏感性及转移能力等特性。此外，肾包膜下建立起来的移植瘤比皮下缺氧环境下建立起来的移植瘤包含更广泛的肿瘤细胞类型。另外，肾包膜下移植瘤模型建成之后，还能用于建立肿瘤转移模型［27］。

3 PDPTX模型的应用

3.1 在肿瘤靶向治疗中的应用

肿瘤靶向治疗中最重要的工作之一就是利用相关靶分子的表达水平差异来进行靶向治疗药物的疗效评估。肾包膜下移植瘤模型是临床前靶向药物筛选的一个良好的平台［23］。Dong 等［31］利用肾包膜下移植瘤模型建立了具有转移能力的PCa1－met前列腺癌细胞系和不具有转移能力的PCa2细胞系，在此基础上，他们通过基因型分析发现了一个新的与前列腺癌转移相关的基因ASAP1(ArfGAP with SH3 domain，ankyrin repeat and PH domain 1)，相关的功能学研究表明ASAP1在前列腺癌的转移及侵袭过程中发挥重要作用，并证实ASAP1的表达水平能够反应肿瘤的恶性程度［31］。

肾包膜下移植瘤模型在抗肿瘤药物的安全性验证中也发挥着重要作用，特别是对目前尚无统一治疗原则的高恶性肿瘤的，如神经内分泌前列腺癌(neuroendocrine prostate cancer;NePC)。Tung 等［32］利用患者NePC组织建模获得了LTL352细胞系。同时使用该细胞系研究发现拓扑异构酶I的抑制剂伊立替康联合顺铂对难治性的NePC有较好的疗效［32］。其中LTL352细胞系建立的肿瘤模型在组织病理及免疫特性方面与原发肿瘤高度相似。最近LTL352细胞也被用于检测极光激酶抑制剂PHA－739358对NePC疗效研究［33］。此外，以表达雄激素受体(androgen receptor;AR)和PSA为特点的前列腺癌移植瘤细胞系LTL313H被用于转化研究，其中包括研究作用于 AR 的小分子抑制剂 EPI－001［34］，以及抗癌候选药物Aneustat(OMN54)联合多西他赛疗效的I期临床试验［35］。由于能够较好的表达许多疾病相关分子，PDPTX模型已经成为前列腺癌临床治疗研究中极为重要的实验工具。

3.2 在肿瘤个体化治疗中的应用

肿瘤组织中通常包含多种癌细胞亚型，它们具有不同的组群数量，对治疗的敏感性也不同。这些不同的细胞特性使得每一个患者对于特定治疗方案的反应性也不同因此理想的治疗方案应符合个体的特点［22］。但通常情况下，大部分肿瘤治疗药物由于毒性较高而疗效又不够好，使很多患者失去了再次化疗的机会。如何选择疗效最好、毒副作用最小且患者可承受的化疗方案是目前肿瘤治疗研究中所面临的主要挑战。因此，建立能够模拟肿瘤患者状况并迅速提示患者对治疗方案反应性的实验模型十分必要。通过肾包膜下移植建立的肿瘤模型保留了原代肿瘤的分子异质性、病理生理特征，同时它所包含的基质组织还能模拟患者体内肿瘤细胞之间相互作用的微环境［23，36］，较好的满足了上述要求。NePC患者的肿瘤细胞中存在着甲硫腺苷磷酸化酶(methylthioadenosine phosphorylase;MTAP)基因缺失的现象，而利用肾包膜 PDPTX移植瘤培养得到的LTL352细胞系中这一基因也是缺失的。Collins等利用该类移植瘤模型，使用硫鸟嘌呤联合甲硫腺苷进行治疗，发现实验小鼠的移植瘤明显消退，而药物对小鼠的影响却不显著［37］，实现了利用模拟NePC患者的小鼠模型进行药物测试的过程。

4 总结和展望

综上所述，随着我国人口老龄化的加剧以及前列腺癌发病率的不断上升，前列腺癌患者的治疗和管理已经成为我们共同面临的社会问题。就目前进行的各项前列腺癌研究而言，理想的体内模型是必不可少的。PDPTX模型所具有的良好的可复制性、病理生理学的模拟性和临床的相关性，为前列腺癌研究提供了良好的实验平台。特别是肾包膜下移植瘤模型解决了PDPTX模型自身建模成功率低、低级别肿瘤成瘤困难、无法实现移植瘤转移等缺点，成为更理想的新型PDPTX模型。该类模型将有助于我们在分子和细胞水平研究前列腺癌的发生和发展机制;有助于发展新的前列腺癌治疗策略，特别是有助于实现前列腺癌的个体化治疗。

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