战胜结直肠肿瘤！结直肠肿瘤(CDX)动物模型助力精准医疗

01 结直肠肿瘤现状

最新数据显示，结直肠肿瘤（CRC）已经成为全球第三大最常被诊断的恶性肿瘤，是男性中第三大肿瘤相关死亡原因，在女性中是第四大肿瘤相关死亡原因。同时，20-30% 的结直肠癌患者有结直肠癌家族史，其中 5% 的结直肠癌患者有孟德尔遗传综合征。

而在中国，结直肠肿瘤（CRC）是第二大最常被诊断的恶性肿瘤，也是第四大肿瘤相关死亡原因。尽管在过去几十年中CRC发病率总体呈下降趋势，但50岁以下的个体中CRC患者增加了13%。转移导致近90% 的肿瘤死亡，并且发生在20%-30%的CRC患者中[1] [3]。

约97%的结直肠癌是自发性的，其余是由于两种常染色体显性遗传病之一：遗传性非息肉病性结直肠癌（HNPCC）和家族性腺瘤性息肉病（FAP）。结直肠癌的遗传机制存在于腺瘤-癌序列中。致癌作用始于抑癌基因腺瘤性息肉病大肠杆菌 （APC） 基因的失活突变，随后是 K-RAS、PI3K、DCC、SMAD2、SMAD4 基因突变的积累，最后是抑癌基因 TP53 的突变，该基因决定了从非侵袭性 CRC 进展为侵袭性 CRC 。这种疾病具有重大的社会影响和高昂的治疗费用。相关的肿瘤模型能使我们了解和跟踪结肠癌的进展，对于发现预防和改进治疗肿瘤至关重要[2]。

典型的 CRC 临床前模型

为了评估肿瘤的肿瘤的治疗方法，通常会通过建立动物肿瘤模型进行药物实验，常用的有基因编辑动物模型、类器官体外模型和肿瘤细胞动物移植等模型。

基因工程小鼠（GEM）模型适用于研究特定基因在肿瘤发生和发展中的作用。但此类模型无法反映在人类肿瘤中观察到的不同驱动突变和广泛的基因组改变。

体外肿瘤细胞系的 3D 培养部分模拟了肿瘤的体内结构，可准确模拟肿瘤微环境中的各种特性，例如不同细胞层的不同形态和生物学特征，以及肿瘤结构中不同位置的葡萄糖或氧气可用性的变化。此类平台使研究人员能够控制许多可能影响肿瘤生长的因素，并探索这些因素对肿瘤的影响。尽管肿瘤芯片可以模拟肿瘤微环境中越来越多的成分，例如微血管结构，但它们与肿瘤患者的一致性尚未经过严格的检查。此外，在临床前药物测试中反映体内特性，例如药代动力学情况。

细胞移植动物模型(CDX)通过将肿瘤细胞系移植到小鼠体内建立的肿瘤模型，具有标准化及高重复性，接近药物人体代谢情况，基因编辑技术对细胞系进行靶向改造便于研究基因-药物互作机制等优点，广泛用于药物筛选和机制研究[1]。

动物模型解剖学及组织学特点

大鼠和小鼠的肠道在发育、结构和功能方面与人体组织相似。大肠包括盲肠、结肠、直肠和肛门。

盲肠是一个弯曲的盲囊，负责细菌发酵并排入近端/右结肠。啮齿类动物的结肠和直肠占大肠总大小的百分比与人类相似。大鼠的盲肠相对较大，这可能是由于它们饮食中的高纤维含量。

结肠方向靠近胃的幽门区域，具有与胃肠道相同的组织学结构：黏膜、黏膜下层、内环状和外纵状肌膜和浆膜。大鼠和小鼠的粘膜下层没有脂肪组织，相对而言人体拥有丰富的脂肪组织。

结肠可分为升结肠、横结肠和降结肠。啮齿类动物的中结肠和远端结肠对应于人类的左结肠。直肠相对较短，与远端结肠不明显。肛门直肠交界处没有复层柱状上皮，肛管内衬有角化复层鳞状上皮。

啮齿动物与人类的生理相似性、可重复的肿瘤诱导以及研究疾病生物病理学和癌症预防和治疗测试策略的可能性，被认为是研究结直肠癌发生的良好模型。

02 关于CDX模型

CDX模型的建立过程

为了建立CDX模型，需要将人源或鼠源肿瘤细胞移植到小鼠皮下，首先在体外进行肿瘤细胞培养，并重悬成目标体系，随后将均匀的细胞悬液注射到小鼠皮下。不同的肿瘤细胞建立CDX模型需要不同的持续时间，从几天到几周不等，一般当肿瘤达到50-100mm³时可以进行肿瘤生长、药物反应等研究[2]。

03派思维新结直肠肿瘤CDX模型

派思维新有丰富的结直肠癌CDX模型建立经验，所有模型都很好保留了肿瘤特点，并且具有丰富的药物实验。下面为部分结直肠癌CDX模型。

Case1: PBMC人源化小鼠模型构建是将人的 PBMC 移植到重度免疫小鼠循环系统中，主要是T细胞的重建，并建立肿瘤动物模型，用于测试免疫细胞杀伤相关药物；

Case2: hVEGF过表达MC38肿瘤细胞，并结合转基因小鼠的运用，用于测试抗肿瘤药物药效，或是与临床抗体的联合药效；

Case3:MC38细胞是一种小鼠结肠癌细胞系，因其高免疫原性和对免疫检查点抑制剂的敏感性，广泛用于肿瘤免疫治疗研究。通过基因工程改造使小鼠稳定表达人源程序性死亡受体1（hPD-1），旨在模拟PD-1治疗的临床现象，为靶向PD-1/PD-L1通路的药物提供更贴近临床的测试平台。

Case4:hPTK7过表达CT26鼠源肿瘤细胞，参与Wnt/β-catenin信号通路调控、增强细胞侵袭和转移相关，用于研究靶向PTK7-Wnt轴药物的抗转移效应（如抑制肿瘤微环境中的基质重塑）。同时是ADC的理想靶标，可评估ADC的体内杀伤效率（如载药释放、旁观者效应）及安全性（如脱靶毒性）；

Case6-8:不同结直肠癌肿瘤细胞的CDX皮下模型展示。

人源化模型-血样流式检测

参考文献

[1]Yihan Liu, Wantao Wu, Changjing Cai, Hao Zhang, Hong Shen, Ying Han, et al. Patient-derived xenograft models in cancer therapy: technologies and applications.Signal Transduct Target Ther. 2023; 8: 160. Published online 2023 Apr 12.

[2] Elisabete Nascimento-Gonçalves, Bruno A.L. Mendes, Rita Silva-Reis,et al.Animal Models of Colorectal Cancer: From Spontaneous to Genetically Engineered Models and Their Applications. Vet Sci. 2021 Apr; 8(4): 59. Published online 2021 Apr 5. doi: 10.3390/vetsci8040059Published online 2022 Dec 21.

[3]Ugo Testa, Elvira Pelosi, Germana Castelli, et al.Colorectal Cancer: Genetic Abnormalities, Tumor Progression, Tumor Heterogeneity, Clonal Evolution and Tumor-Initiating Cells.Med Sci (Basel) 2018 Jun; 6(2): 31. Published online 2018 Apr 13. doi: 10.3390/medsci6020031