謝華夏 程向東 徐志遠(yuǎn)

胃癌的發(fā)生率在全世界癌癥發(fā)生率中排名第4位，其病死率在所有腫瘤中排名第2位，在我國(guó)的發(fā)生率也非常高，總的5年生存率不到25%［1］。構(gòu)建一個(gè)可靠的權(quán)威的胃癌動(dòng)物模型對(duì)于研究胃癌的發(fā)病機(jī)制，預(yù)防和治療方法具有至關(guān)重要的意義。在初期的實(shí)驗(yàn)方法都集中在通過(guò)化學(xué)致癌物質(zhì)(如MNU、MNNG等)，幽門(mén)螺桿菌(Hp)感染等方式來(lái)誘導(dǎo)胃癌在小鼠前胃發(fā)生鱗狀細(xì)胞癌，并不是人體常見(jiàn)的腺癌，造成這一現(xiàn)象的原因是由于人與小鼠解剖結(jié)構(gòu)的差異［2］。近年來(lái)，基因工程技術(shù)的快速發(fā)展為新的胃癌小鼠模型的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)技術(shù)支持，使得各種轉(zhuǎn)基因小鼠模型不斷涌現(xiàn)。本研究對(duì)目前常見(jiàn)的幾種轉(zhuǎn)基因小鼠模型做一綜述。

一、胰島素－胃泌素小鼠

胰島素－胃泌素(INS－GAS)轉(zhuǎn)基因小鼠起初只是用于研究胃泌素對(duì)胰島細(xì)胞形成的作用。INSGAS轉(zhuǎn)基因序列由人胃泌素編碼序列的胰島素啟動(dòng)子上游組成，轉(zhuǎn)基因后引起轉(zhuǎn)基因小鼠的胰腺β細(xì)胞中酰氨化胃泌素(主要為G－17)出現(xiàn)過(guò)度表達(dá)，導(dǎo)致血清中酰胺化胃泌素比正常表達(dá)水平高2倍。月齡較小的INS－GAS小鼠出現(xiàn)了最大胃酸分泌量和胃壁細(xì)胞總量的增加，不過(guò)后期又出現(xiàn)了胃壁細(xì)胞的減少(胃萎縮)，高胃泌素血癥加重，以及胃黏膜上皮細(xì)胞增生。隨著時(shí)間的推移，INS－GAS小鼠(FVB為其遺傳背景)表現(xiàn)出向胃黏膜腸上皮化生和異型增生發(fā)展，小鼠20個(gè)月齡時(shí)發(fā)展為胃體侵襲性腫瘤［3］。INS－GAS小鼠在感染幽門(mén)螺桿菌(Hp)后會(huì)加快黏膜內(nèi)癌的發(fā)生(12個(gè)月齡內(nèi))，并伴隨著向胃黏膜下和血管內(nèi)的轉(zhuǎn)移［4］。

Hp對(duì)于INS－GAS小鼠是一個(gè)高效的致癌物，多項(xiàng)研究實(shí)驗(yàn)已證實(shí)人屬Hp感染INS－GAS小鼠會(huì)加速胃癌的發(fā)生。近年來(lái)，INS－GAS小鼠這一模型已被廣泛運(yùn)用與多個(gè)領(lǐng)域，特別是檢驗(yàn)多種重要基因的表達(dá)，以及拮抗劑或抑制劑，細(xì)菌因素或者共生生物，性別或性激素，凋亡因素在致胃癌中的作用等［3，5～9］。

二、TFF1基因敲除小鼠

TFF包括乳腺癌相關(guān)肽(the breast cancer－associated peptide，pS2/TFF1)，解痙多肽(spasmolytic polypeptide，SP/TFF2)和腸三葉因子(intestinal trefoil factor，ITF/TFF3)。TFF1主要表達(dá)于胃小凹表面黏液細(xì)胞或胃小凹胃壁細(xì)胞中，人和小鼠的TFF1蛋白(原名pS2)都屬于三葉草形多肽家族，TFF1異常表達(dá)于胃腸疾病和多種腫瘤中。為了進(jìn)一步了解TFF1的功能，Lefebvre 等［10］通過(guò)同源重組構(gòu)建 TFF1－/－小鼠(F2 129/Svj雜交遺傳背景)的方法干擾小鼠的TFF1基因的表達(dá)，其中30%的TFF1表達(dá)缺陷小鼠表現(xiàn)出胃上皮細(xì)胞增生并伴隨明顯的胃小凹處病變，和上皮內(nèi)多發(fā)的大病灶甚至浸潤(rùn)癌。最近一項(xiàng)通過(guò)利用TFF1轉(zhuǎn)基因小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)TFF1沉默會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)NF－κB轉(zhuǎn)錄因子的NF－κB激活，引起胃癌形成過(guò)程中NF－κB調(diào)節(jié)的炎癥加強(qiáng)［11］。

TFF2表達(dá)于遠(yuǎn)端胃深層腺上皮細(xì)胞和十二指腸腺的Brunners腺泡細(xì)胞，TFF2缺陷的轉(zhuǎn)基因小鼠胃黏膜在誘導(dǎo)后僅表現(xiàn)出輕微的增生，但是Hp感染TFF2缺陷的小鼠后會(huì)出現(xiàn)比野生型(WT)小鼠更為嚴(yán)重的胃萎縮性癌前病變損傷、化生、異型增生［12］。這些結(jié)論說(shuō)明TFF2對(duì)胃癌前病變的進(jìn)展以及接下來(lái)胃腫瘤的進(jìn)展起著負(fù)性調(diào)節(jié)的作用。

三、Gp130突變小鼠

Gp130是細(xì)胞因子IL－6和IL－11的一個(gè)普通共同受體，Gp130突變小鼠(Gp130F/F小鼠)即為Gp130受體突變的小鼠(通過(guò)去除了與Gp130銜接的SHP2－Ras－ERK信號(hào)通路)，Gp130F/F小鼠在3個(gè)月內(nèi)即可發(fā)展為胃腺癌［13］。Gp130受體的突變還會(huì)使得TFF1基因的下調(diào)，Gp130F/F表型的小鼠在很多方面模擬了TFF1－/－小鼠。在胃中Gp130信號(hào)通路的主要細(xì)胞因子傳遞者是IL－11，還包括胃竇部的 IL－6，也有微弱的活性效應(yīng)［14］。IL －11 不僅能夠促進(jìn)胃慢性炎癥，還通過(guò)過(guò)度激活 STAT3和STAT1與腫瘤的發(fā)生聯(lián)系在一起［15］。

四、H/K－ATPase－IL－1β轉(zhuǎn)基因小鼠

白細(xì)胞介素1β(interleukin－1β，IL－1β)是第 1個(gè)被發(fā)現(xiàn)的白細(xì)胞介素，最初發(fā)現(xiàn)其主要功能是作為內(nèi)生性致熱源參與炎性反應(yīng)。近年來(lái)的研究表明，IL－1β與腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)系也很密切。在IL－1β結(jié)構(gòu)的多樣性引起了其信號(hào)通路的多樣性，這種多樣性會(huì)增加患多種腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)，特別是胃癌［16］。Tu等［17］通過(guò)利用鼠H/K－ATPase的啟動(dòng)子直接使小鼠特異性的表達(dá)出具有人體內(nèi)同樣結(jié)構(gòu)活性的IL－1β，這種小鼠即為H/K－ATPase－IL－1β轉(zhuǎn)基因小鼠。H/K－ATPase－IL－1β轉(zhuǎn)基因小鼠(C57BL/6為其遺傳背景)表現(xiàn)出自發(fā)性的胃炎，慢性進(jìn)展的胃萎縮(時(shí)間超過(guò)1.5年)、化生，直至進(jìn)展為胃癌。另外，這些在感染Hp后有強(qiáng)烈的協(xié)同效應(yīng)，并迅速進(jìn)展為胃癌(時(shí)間在1年內(nèi))。因此，H/K－ATPase－IL－1β轉(zhuǎn)基因小鼠證實(shí)了在患者的IL－1β的表達(dá)提高會(huì)提高患胃癌的風(fēng)險(xiǎn)，而且能夠協(xié)同Hp的感染效應(yīng)促使腫瘤的形成。

IL－1β轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)展為胃癌的分子機(jī)制早已被提出。在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，IL－1β轉(zhuǎn)基因小鼠的確表現(xiàn)出了骨髓來(lái)源的抑制細(xì)胞(MDSCs)的聚集現(xiàn)象［18］。最近的一個(gè)研究中發(fā)現(xiàn)在部分細(xì)胞中通過(guò)抑制胃酸分泌和細(xì)胞內(nèi)鈣離子的釋放能抑制Shh(Sonic Hedgehog)基因的表達(dá)，并伴隨胃萎縮［19］。H/KATPase－IL－1β小鼠模型的出現(xiàn)，對(duì)研究基質(zhì)細(xì)胞，腫瘤相關(guān)纖維母細(xì)胞(CAFs)和炎性細(xì)胞在形成腫瘤的微環(huán)境中的重要地位具有重要意義。Quante等［20］報(bào)道稱(chēng)，至少20%的CAFs來(lái)源于骨髓(BM)的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)，來(lái)源于CAFs的MSCs被召集到異型增生的胃表達(dá)IL－6，Wnt5a和 BMP4，并表現(xiàn)出DNA的低甲基化，這對(duì)于腫瘤生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。而且，CAFs在依賴(lài)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子的過(guò)程中涉及到一個(gè)壁龕的形成，這個(gè)壁龕用來(lái)促進(jìn)腫瘤的形成過(guò)程［21］。因此，IL－1β轉(zhuǎn)基因小鼠模型結(jié)合其他的轉(zhuǎn)基因小鼠的研究，應(yīng)該有助于進(jìn)一步闡明腫瘤早期啟動(dòng)機(jī)制及胃黏膜上皮與基質(zhì)各組成成分之間的相互作用機(jī)制。

五、K－ras轉(zhuǎn)基因小鼠

K－ras在多種人體腫瘤中最普通的變異原癌基因之一。過(guò)去，研究者為了進(jìn)一步分析小鼠中致腫瘤基因K－ras在胃癌進(jìn)展中的功能，常將定向表達(dá)于胃頸/峽部的K19啟動(dòng)子用來(lái)介導(dǎo)調(diào)節(jié)K－ras－V12變異基因的表達(dá)。K19－K－ras－V12轉(zhuǎn)基因小鼠(F2 mixed C57BL/6×DBA為遺傳背景)出現(xiàn)了早期的趨化因子(如CXCL1)的上調(diào)和源于骨髓的炎性細(xì)胞及成纖維細(xì)胞的聚集，伴隨壁細(xì)胞的逐漸丟失，化生和異性增生。在某種意義上，K19－K－ras－V12轉(zhuǎn)基因小鼠與H.felis(貓屬Hp)誘導(dǎo)的致胃癌作用和胃腫瘤的形成的機(jī)制是非常相似的［22］。因此，這些研究表明具有K－ras依賴(lài)效應(yīng)的慢性炎癥可引起骨髓源細(xì)胞的聚集(形成了基質(zhì)微環(huán)境)，進(jìn)而啟動(dòng)了致胃癌效應(yīng)。

在一項(xiàng)研究中，研究者在K19陽(yáng)性的成熟小鼠中通過(guò)基因敲入K19－CreERT，形成LoxP－STOPLoxP－KrasG12D小鼠，從而引入一個(gè)條件性的K－ras G12D變異，這些小鼠的表現(xiàn)出胃中多發(fā)異性增生、化生、腺癌，而這些表現(xiàn)同樣出現(xiàn)在口腔、結(jié)腸、肺［23］。另一組研究為了判斷K－ras激活后效應(yīng)的廣泛性和系統(tǒng)性，將UBC9－CreERT轉(zhuǎn)基因小鼠與LoxP－STOP－LoxP－KrasG12D小鼠進(jìn)行了雜交，得到的小鼠體內(nèi)激活的K－ras廣泛存在，并表現(xiàn)出前胃和胃腺的重度炎癥、化生、異型增生、祖細(xì)胞激活現(xiàn)象［24］。這些后面的結(jié)果表明在所有組織中，K－ras是處于激活狀態(tài)的，而K－ras的變異使胃更易發(fā)生感染或者炎性反應(yīng)，這說(shuō)明K－ras在胃的癌前改變中可能起著關(guān)鍵性的作用。

六、胃癌的其他轉(zhuǎn)基因小鼠模型

下面將會(huì)討論已被報(bào)告的其他轉(zhuǎn)基因小鼠模型，它們包括對(duì) TGF－β/Smad通路，RUNX3、p53和CDH1進(jìn)行的基因改變。在胃癌中，TGF－β/Smad信號(hào)通路普遍出現(xiàn)改變，敲出TGF－β1的小鼠(混有C57BL/6/Sv/129的遺傳背景)的胃出現(xiàn)嚴(yán)重的上皮異型增生和化生［25］。然而，最近有研究指出通過(guò)細(xì)胞因子的誘導(dǎo)使T細(xì)胞特異性的刪除Smad4，這不僅會(huì)誘導(dǎo)胃癌的發(fā)生、結(jié)腸腫瘤、十二指腸腫瘤、口腔腫瘤也會(huì)出現(xiàn)［26］。RUNX3是RUNX基因家族的成員之一，RUNX3調(diào)節(jié)Smad基因家族的轉(zhuǎn)錄和TGF－β信號(hào)通路。RUNX3基因敲出的小鼠(第2子代)表現(xiàn)出胃黏膜中胃腺細(xì)胞增多，且細(xì)胞的增生力增強(qiáng)［27］。Ito等［28］最近報(bào)道稱(chēng)RUNX3基因敲除小鼠(Balb/c為其遺傳背景)表現(xiàn)出主細(xì)胞的缺失和SPEM型化生出現(xiàn)，也顯示出對(duì)MNU誘導(dǎo)腺癌更高的敏感度。

最近Shimada等［29］通過(guò)H/K－ATPase啟動(dòng)子研究出針對(duì)性的CDH1和p53雙基因敲出小鼠。在這些雙基因敲出的小鼠中，浸潤(rùn)性和由印戒細(xì)胞組成的侵襲性腫瘤出現(xiàn)在小鼠6～9個(gè)月齡時(shí)，而僅僅只敲出CDH1的小鼠沒(méi)有進(jìn)展為腫瘤。這些現(xiàn)象支持了CDH1在上皮彌漫性胃癌中起著至關(guān)重要的作用的觀點(diǎn)，但是小鼠進(jìn)展為胃癌不僅僅需要CDH1的缺失，還需要其他突變或者致癌因子的作用。

七、展 望

在研究腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制、病理機(jī)制及腫瘤浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移以及抗癌藥物篩選的過(guò)程中，選擇和建立一個(gè)穩(wěn)定成熟的胃癌小鼠模型至關(guān)重要。研究人員可以根據(jù)自己研究的需要，從不同特點(diǎn)的模型中選擇出適合自己實(shí)驗(yàn)的模型(表1)。

轉(zhuǎn)基因胃癌模型是直接將調(diào)控胃癌的相關(guān)基因轉(zhuǎn)染到動(dòng)物胚胎中而形成腫瘤，其形成腫瘤的形態(tài)特征與人類(lèi)腫瘤的自然發(fā)生極為相似，且發(fā)生于特定組織，特異性高，因此轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在胃癌形成、發(fā)展機(jī)制尤其是信號(hào)通路研究中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型也有其缺點(diǎn)，即制作成本較高，技術(shù)難度較大，在許多的實(shí)驗(yàn)室仍難以普及。但隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)基因模型因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使其必將成為未來(lái)研究胃癌的主要?jiǎng)游锬Ｐ汀?/p>

表1 主要胃癌轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型對(duì)比

1 Jemal A，Bray F，Center MM，et al.Global cancer statistics［J］.Cancer J Clinic.2011，61(2):69 －90

2 Binato M，Kruel Schmidt M，Silveira Volkweis B，et al.Mouse model of diethylnitrosamine － induced gastric cancer［J］.J Surgical Research，2008，148(2):152 －157

3 Lee CW，Rickman B，Rogers AB，et al.Combination of sulindac and antimicrobial eradication of Helicobacter pylori prevents progression of gastric cancer in hypergastrinemic INS － GAS mice［J］.Cancer Res，2009，69:8166 －8174

4 Fox JG，Wang TC，Rogers AB，et al.Host and microbial constituents influence Helicobacter pylori－induced cancer in a murine model of hypergastrinemia［J］.Gastroenterology，2003，124:1879 － 1890

5 Steele IA，Dimaline R，Pritchard DM，et al.Helicobacter and gastrin stimulate Reg1 expression in gastric epithelial cells through distinct promoter elements［J］.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2007，293:G347－G354

6 Yin Y，Grabowska AM，Clarke PA，et al.Helicobacter pylori potentiates epithelial:mesenchymal transition in gastric cancer:Links to soluble HB － EGF gastrin and matrix metalloproteinase － 7［J］.Gut，2010，59:1037 －1045

7 Okabe S，Kodama Y，Cao H，et al.Topical application of acetic acid in cytoreduction of gastric cancer.A technical report using mouse model［J］.Gastroenterol Hepatol，2012，27:40 － 48

8 Fox JG，Rogers AB，Ihrig M，et al.Helicobacter pylori－ associated gastric cancer in INS － GAS mice is gender specific［J］.Cancer Res，2003，63:942 －950

9 Cui G，Takaishi S，Ai W，et al.Gastrin － induced apoptosis contributes to carcinogenesis in the stomach［J］.Lab Invest，2006，86:1037－1051

10 Lefebvre O，Chenard MP，Masson R，et al.Gastric mucosa abnormalities and tumorigenesis in mice lacking the pS2 trefoil protein［J］.Science，1996，274:259 －262

11 Soutto M，Belkhiri A，Piazuelo MB，et al.Loss of TFF1 is associated with activation of NF－κB－mediated inflammation and gastric neoplasia in mice and humans［J］.J Clin Invest，2011，121:1753 － 1767

12 Fox JG，Rogers AB，Whary MT，et al.Accelerated progression of gastritis to dysplasia in the pyloric antrum of TFF2－/－C57BL6×Sv129 helicobacter pylori－ infected mice［J］.Am.J.Pathol，2007，171:1520－1528

13 Tebbutt NC，Giraud AS，Inglese M，et al.Reciprocal regulation of gastrointestinal homeostasis by SHP2 and STAT－mediated trefoil gene activation in gp130 mutant mice［J］.Nat.Med，2002，8:1089 － 1097

14 Judd LM，Ulaganathan M，Howlett M，et al.Cytokine signalling by gp130 regulates gastric mucosal healing after ulceration and indirectly antral tumour progression［J］.Pathol，2009，217:552 － 562

15 Ernst M，Najdovska M，Grail D，et al.STAT3 and STAT1 mediate IL－11－dependent and inflammation－associated gastric tumorigenesis in gp130 receptor mutant mice［J］.Clin Invest，2008，118:1727 －1738

16 El－ Omar EM，Carrington M，Chow WH，et al.The role of interleukin－1 polymorphisms in the pathogenesis of gastric cancer［J］.Nature 2001，412:99

17 Tu S，Bhagat G，Cui G，et al.Overexpression of interleukin －1beta induces gastric inflammation and cancer and mobilizes myeloid－derived suppressor cells in mice［J］.Cancer Cell，2008，14:408 － 419

18 Song X，Krelin Y，Dvorkin T，et al.CD11b+/Gr－1+immature myeloid cells mediate suppression of T cells in mice bearing tumors of IL－1beta － secreting cells［J］.Immunol，2005，175:8200 －8208

19 Waghray M，Zavros Y，Saqui－ Salces M，et al.Interleukin －1beta promotes gastric atrophy through suppression of Sonic Hedgehog［J］.Gastroenterology，2010，138(2):562 －72，572.e1 －2

20 Quante M，Tu SP，Tomita H，et al.Bone marrow － derived myofibroblasts contribute to the mesenchymal stem cell niche and promote tumor growth［J］.Cancer Cell，2011，19:257 － 272

21 Shibata W，Ariyama H，Westphalen CB，et al.Stromal cell－ derived factor－1 overexpression induces gastric dysplasia through expansion of stromal myofibroblasts and epithelial progenitors［J］.Gut，2012，62:192－200

22 Okumura T，Ericksen RE，Takaishi S，et al.K － ras mutation targeted to gastric tissue progenitor cells results in chronic inflammation an altered microenvironment and progression to intraepithelial neoplasia［J］.Cancer Res，2010，70:8435 －8445

23 Ray KC，Bell KM，Yan J，et al.Epithelial tissues have varying degrees of susceptibility to Kras(G12D)－initiated tumorigenesis in a mouse model［J］.PLoS One，2011，6(2):e16786

24 Matkar SS，Durham A，Brice A，et al.Systemic activation of K － ras rapidly induces gastric hyperplasia and metaplasia in mice［J］.Cancer Res，2011，1:432 －445

25 Wu MS，Lee CW，Shun CT，et al.Distinct clinicopathologic and genetic profiles in sporadic gastric cancer with different mutator phenotypes［J］.Genes Chromosomes Cancer，2000，27:403 －411

26 Hahn JN，F(xiàn)alck VG，Jirik FR.Smad4 deficiency in T cells leads to the Th17－associated development of premalignant gastroduodenal lesions in mice［J］.Clin Invest，2011，121:4030 － 4042

27 Li QL，Ito K，Sakakura C，et al.Causal relationship between the loss of RUNX3 expression and gastric cancer［J］.Cell，2002，109:113 －124

28 Ito K，Liu Q，Salto－ Tellez M，et al.RUNX3 a novel tumor suppressor is frequently inactivated in gastric cancer by protein mislocalization［J］.Cancer Res，2005，65:7743 －7750

29 Shimada S，Mimata A，Sekine M，et al.Synergistic tumour suppressor activity of E－cadherin and p53 in a conditional mouse model for metastatic diffuse － type gastric cancer［J］.Gut，2012，61:344 － 353

30 Ito K，Chuang L S，Ito T，et al.Loss of Runx3 is a key event in inducing precancerous state of the stomach［J］.Gastroenterology，2011，140:1536 －1546.e8

31 Shimada S，Mimata A，Sekine M，et al.Synergistic tumour suppressor activity of E－cadherin and p53 in a conditional mouse model for metastatic diffuse － type gastric cancer［J］.Gut，2012，61:344 － 353