脑胶质瘤移植模型的研究进展

武卫周，钟士江，王 莉 综述 朱 政 审校

胶质瘤(glioma)是中枢神经系统中最常见的恶性肿瘤，占中枢神经系统原发肿瘤的30%[1]，据估计在我国每年有近6万名患者被诊断为脑胶质瘤[2]。世界卫生组织(WHO)根据其组织学特征，将脑胶质瘤分为四级：Ⅰ级、Ⅱ级为低级别恶性胶质瘤，Ⅲ级、Ⅳ级为高级别恶性胶质瘤，随着级别的升高胶质瘤的恶性程度随之升高[3]。胶质母细胞瘤(GBM，WHO Ⅳ级)是最常见的恶性胶质瘤，目前对GBM的标准治疗包括手术切除、术后放化疗等。但由于其侵袭力强，复发率高，即使采用标准的治疗方法，GBM患者从诊断到死亡的平均生存期仅为14.6个月，5年生存率为9.8%[4]。胶质瘤的浸润性必然导致肿瘤细胞的不完全切除，尽管神经肿瘤学近年来取得了很大进展，但脑胶质瘤患者的预后仍不尽人意，这表明仍需要针对脑胶质瘤进行不断的研究。而脑胶质瘤动物模型的建立对胶质瘤的研究有至关重要的作用。目前已创建了多种胶质瘤动物模型，根据获得肿瘤的来源不同，可分为化学诱导模型、移植模型和基因工程模型[5]，在医学科研中应用最多的是移植模型。笔者对近年来一些常用脑胶质瘤移植模型的种类、特征及建模方法进行综述。

1 脑胶质瘤细胞

目前，国内外已建立了许多具有不同生物学特征的脑胶质瘤细胞株。常用的胶质瘤细胞株有C6、F98、9L、SHG-44、U87MG等。其中：C6、F98、9L细胞属于鼠源性胶质瘤细胞[6-8]，SHG-44、U87MG细胞属于人源性胶质瘤细胞[9, 10]。

1.1 C6胶质瘤细胞 C6胶质瘤细胞株是Wistar大鼠经N2亚硝基甲脲诱发的大鼠脑胶质瘤细胞，该细胞在体内、体外均可传代培养，其生长稳定。移植动物常选择Wistar大鼠、SD大鼠，形成的颅内肿瘤生长快，成瘤率高，且肿瘤内有新生血管，周围有炎性反应。对于C6/SD大鼠模型，形成的移植瘤边界清楚，有包膜，类似人脑自发性肿瘤。文献[11]也提到，由于C6 细胞有很强的免疫原性，在SD大鼠颅内形成的移植瘤不能持续生长，会出现自然消退现象，故此模型不适合应用于胶质瘤免疫及基因免疫治疗等相关研究。而C6/Wistar大鼠模型，具有脑胶质瘤的浸润性特征，移植瘤与周围正常脑组织边界不清，微血管丰富，灶内局部有坏死现象，其生长特点及肿瘤形态与GBM较为接近，可作为临床脑胶质瘤基础研究的理想模型。

1.2 F98胶质瘤细胞 F98细胞株是BD IX孕大鼠静脉注射N-乙基-N-亚硝基脲诱导产生的脑胶质瘤细胞，镜下可见:大多数细胞呈梭形，少数为圆形、椭圆形，其形成的移植瘤呈侵袭性生长，新生血管丰富[12]。F98胶质瘤免疫应答反应弱[13]，这使它成为研究胶质瘤免疫耐受机制的理想模型，同时也被用于研究人脑胶质瘤分子的遗传学改变[14]。F98细胞移植于Fischer344大鼠脑干内，可形成脑干肿瘤模型，其肿瘤的组织病理学和放射生物学特征与侵袭性的原发性脑干肿瘤相似，这将有助于检验实验性肿瘤药物的疗效。

1.3 9L胶质瘤细胞 9L胶质肉瘤是目前应用最广泛的大鼠脑肿瘤模型。9L细胞是N-甲基亚硝基脲注射到F344大鼠体内诱发的胶质瘤细胞[15]，其组织相容性基因复合体与 F344 大鼠有较高的同源性，且肿瘤生长特点与人脑胶质瘤接近。将9L细胞移植到Fischer344大鼠体内，形成的移植瘤镜下观察细胞为梭形，呈肉瘤状，肿瘤边界较清晰。Nagaraja 等[16]经检测发现大鼠颅内9L脑胶质瘤细胞有Vimentin表达，肿瘤内部及周边的GFAP表达为阳性。尽管9L细胞在Fischer344大鼠体内产生，但它也能在异基因Wistar大鼠体内形成肿瘤，其移植瘤为局限性肿块，对周围组织无浸润，不扩散到蛛网膜下腔或脑室。近年来，在9L细胞株中发现了肿瘤干细胞，在体外可分化为神经元细胞和星形胶质细胞，这些细胞形成的肿瘤比亲本9L肿瘤更具侵袭性。2016年王凤等[17]利用流式技术分选的9L 脑胶质瘤干细胞接种于Fischer344大鼠颅内，建立了稳定的脑胶质瘤模型，并证实具有恶性胶质瘤生物学特征。

1.4 U87胶质瘤细胞 U87胶质瘤(U87-MG)细胞株来源于人源性脑胶质瘤细胞，属于WHO Ⅳ级的胶质瘤细胞，与多形性胶质母细胞瘤相似[18]。相对移植动物而言，U87-MG属于异源性细胞，接种到动物体内时会出现强烈的排斥反应，造成移植瘤生长缓慢、受限，甚至出现不成瘤现象。但移植于免疫缺陷的裸鼠体内时，很少会产生排斥反应，且形成的肿瘤能表现出高度细胞异型性，如核分裂象、不规则核仁及丰富的微血管等[19]，但缺乏人脑胶质瘤的浸润性特征，形成的移植瘤边界清晰，周围有反应性细胞增生。因此，U87胶质瘤细胞一般选择免疫缺陷的裸鼠作为接种对象。

1.5 SHG-44胶质瘤细胞 SHG-44胶质瘤细胞来源于人额叶星形细胞瘤，属于WHO Ⅱ-Ⅲ级的胶质瘤细胞。体外传代培养，生长良好，镜下细胞呈星形和梭形，含有胶质纤维和微丝。一般移植于裸鼠颅内尾状核。但在一些文献中，SHG-44细胞采用的移植鼠为Wistar大鼠，属于异种移植，预先进行免疫抑制，也可建立稳定的胶质瘤模型。2015年李英夫等[20]采用立体定向技术将SHG-44细胞移植于Wistar大鼠脑内尾状核，术前3 d给予地塞米松降低免疫反应，形成的移植瘤呈浸润性生长，中心有坏死灶，边界不清，移植瘤细胞呈星形或椭圆形，核分裂象可见，符合人脑GBM的特征。因此，Wistar 大鼠 SHG-44 脑胶质瘤模型也可用于临床胶质瘤研究。

此外，文献[21-24]也提到应用U251、U373、Hs683、GBM22等细胞制作脑胶质瘤动物模型。而建模常用的动物有Wistar大鼠、 SD大鼠、Fischer344大鼠、BALB/c裸鼠、SCID 鼠等。脑胶质瘤移植模型根据瘤细胞与接种动物之间的种属差异性，可分为异种移植和同种移植模型；根据移植部位不同，可分为异位移植和原位移植模型。

2 建模方法

2.1 异位移植模型 脑胶质瘤异位移植是将脑胶质瘤细胞悬液(或组织)移植到动物的皮下形成移植瘤。此模型具有操作简单，成瘤率高，易于动态监测肿瘤的生长，测量肿瘤的体积等优点。在进行肿瘤药物实验时，可以通过观察肿瘤的变化来确定药物的疗效。不足之处：首先，这种移植瘤并未生长在颅内，移植瘤细胞所处的生长环境与原发部位有很大差别，导致移植瘤的生物学行为与原肿瘤有所不同，不能真正体现人脑胶质瘤的特征；其次，血脑屏障的缺失，这将对实验药物清除动力学方面的研究产生影响[25]。因此，对于脑胶质瘤研究来说，这种异位移植并不是理想的模型。

2.2 原位移植模型 脑胶质瘤原位移植是在移植动物颅内建立移植瘤，该移植瘤无论是在组织形态学，还是在分子生物学方面都能很好地保持人脑胶质瘤的特征。此方法操作技术要求高，定位要准确，而操作手法及接种部位直接影响着成瘤率。随着立体定位仪的发明，大大提高了原位移植的成瘤率，从而使脑胶质瘤原位移植模型在临床研究中得到了广泛应用。与皮下移植瘤模型相比, 原位移植瘤模型具有肿瘤原发位点的典型特征，这使实验结果更接近临床。建立脑胶质瘤原位移植模型常用两种方法：徒手移植法、立体定向法。

2.2.1 徒手移植法 徒手操作法是将人脑胶质瘤组织切成碎块，通过开颅手术的方法，接种于移植鼠的颅内。此方法操作简单，技术含量低，不受实验环境限制，便于开展。但对移植动物来说，创伤大，操作时间长，定位不准确，术后移植鼠死亡率高，成瘤率低，而且肿瘤组织块仅置于了脑表面，未能形成正真的脑内移植瘤，无法满足科研需求。

2.2.2 立体定向法 立体定向技术的发明对脑肿瘤原位模型领域来说是一次飞跃。利用立体定向技术建立的脑胶质瘤原位模型，无论在动物成活率，还是在成瘤率上都明显优于徒手移植法。立体定向移植法虽然优点为操作稳定、创伤较小、定位准确、成瘤率高，但也有一些缺点：一是立体定向仪价格昂贵，操作技术要求高，不易普及；二是颅内空间有限，接种细胞量、注射速度受颅内压增高的限制，导致操作时间相对较长，建立条件相同的同一批模型数量有限，这些因素在一定程度上制约了立体定向技术的应用。近年来，随着科技不断的发展，立体定向仪的不断更新，接种技术的不断完善，使立体定向仪建模速度加快，建立的模型更加稳定可靠, 原位移植成瘤率已提高到90%～100%[19]，充分满足了脑胶质瘤研究方面的需求。

综上所述，不同的胶质瘤模型为脑胶质瘤不同方面的研究都提供了可靠的平台。但任何一种模型都不是非常完美，都存在某些方面的缺陷。这就要求我们在研究中，要根据肿瘤细胞来源、研究的性质、各模型的特点等多方面因素，来选择建立不同的胶质瘤动物模型，这样才能提高肿瘤研究的价值。随着模型技术的发展，各种动物模型的不断完善，将会研制出更多功能完善、建模方便的动物模型，这些模型的建立将为人脑胶质瘤的研究发挥重要的作用。