4、应用不断完善GEM模型研究原发肿瘤
上世纪70年代成功建立小鼠原核注射转基因技术以后,借助该方法于1980年代早期第一次将克隆癌基因导入小鼠基因组中,成功制备了所谓的致癌小鼠(Oncomice)。 该致癌小鼠是应用乳腺特异性起动子(MMTV)特异性表达癌基因v-HRas的第一个肿瘤GEM模型,该致癌小鼠的首次构建成功,并证实了该小鼠形成原发乳腺肿瘤。极大地振奋了肿瘤研究领域团体,因为此研究结果是第一次真正证明了癌基因在正常细胞中表达能产生肿瘤的假说。1992年伴随着小鼠胚胎干细胞(ES)基因打靶技术的突破发展,成功构建肿瘤抑制基因(TSG)敲除小鼠,也证明了该类TSG基因在肿瘤发生过程中的重要作用。
虽然致癌小鼠和 TSG 敲除小鼠提供了非常有价值的理论依据,但这两种模型也存在其局限性。由于转基因技术是种特定组织中所有细胞表达外源基因,TSG敲除小鼠是灭活体内所有细胞中的相关基因。然而,现实肿瘤形成过程是在个体中整个组织器官健康的前提下,由于某个单细胞中某种遗传变异的积累而导致的分散肿瘤现象。为了符合肿瘤形成过程的实际情况,更有必要设计与构建更加合理或复杂小鼠模型,比如能实现条件性的在体细胞灭活肿瘤抑制基因,或者激活(突变)致癌基因的所谓条件性GEM模型。条件性GEM模型构建的基本原理是将需要修饰基因两端分别加上loxP重组位点,在特定Cre重组酶存在的情况下,loxP两端之间的DNA就可被敲除,达到特定条件下灭活该基因的目的。应用这种模型的第一个成功例子是应用Cre-loxP系统介导的体细胞灭活Apc基因而构建的小鼠结直癌模型。应用腺病毒载体实现Cre重组酶特异性表达于肠上皮细胞,组织特异性敲除APC基因,引起小鼠快速形成散在结直腺瘤,其特征与家族性结肠腺瘤性息肉病(FAP)病人有许多相似性。所以,通过发现特异性相关癌症基因的突变体,研究者们可构建能更能模拟肿瘤病人在组织学上,分子学上,以及临床上相似特征的小鼠模型。
借助Cre-ERT融合蛋白诱导系统,研究者们可实现对体细胞中相关靶基因在特定时间与特定组织实施修饰,即将雌激素受体的突变激素结合区域与Cre重组酶融合在一起,建立可诱导调控的Cre重组酶表达系统,当在雌激素类似物如Tamoxifen存在的情况下,引起Cre重组酶活性在翻译后激活,使其发挥识别loxP位点作用,实现诱导性切割靶基因的目的。因此,LoxP小鼠(即靶基因DNA两端分别含loxP位点)的条件性基因修饰,通过在选择的时间里加入诱导剂Tamoxifen后,控制Cre-ERT的特异性表达,达到对靶基因进行时空与区域上特定修饰。
虽然Cre-loxP系统能用于多于一个基因的修饰,但因这种过程是同时发生的,因而难以完全模拟肿瘤多步骤形成过程中,突变是逐渐积累形成过程的特征。最近,研究者们利用可独立发挥作用的可诱导双重组酶系统(如Flp-FRT/Cre-loxP,或Cre-loxP/Dre-rox),建立了对靶基因表达实施先后调控的修饰方式。该技术方法成功应用的实际意义有如下几方面,1. 独立研究针对肿瘤细胞的自主和非主发通路与过程;2. 实现模拟人多步骤的癌症形成过程,有续地进行诱导突变;3. 开展独特肿瘤治疗靶点遗传性评价。