移植性腫瘤動物模型已被廣泛運用于腫瘤生長和轉(zhuǎn)移機制研究，抗腫瘤藥物篩選和新藥評估等領(lǐng)域【1】。目前，近親繁殖的同系小鼠和免疫缺陷型小鼠都是成熟的移植性腫瘤動物模型【2】。但小鼠模型也存在不足，例如小鼠的飼養(yǎng)成本較高，需要的飼養(yǎng)空間較大；并且小鼠的皮毛阻礙了在體腫瘤細胞的成像。因此，一些研究者將注意力轉(zhuǎn)向?qū)唏R魚作為移植性腫瘤動物模型。

斑馬魚作為研究模型具有很多優(yōu)點：斑馬魚與人類基因同源性高達85%，其信號傳導通路與人類基本近似；生殖能力強，生殖方式為體外受精，方便大量篩選；飼養(yǎng)成本低，為小鼠的十分之一到百分之一；個體小，幼魚體長為1-2mm；透明，方便進行觀察；遺傳操作系統(tǒng)成熟，敲降，敲除，轉(zhuǎn)基因技術(shù)都可實現(xiàn)【3】。

盡管多種移植腫瘤已在斑馬魚模型上建立，包括T、B細胞白血病，急性骨髓性白血病，黑色素瘤，神經(jīng)細胞瘤等，但斑馬魚作為移植性腫瘤的模型仍有很大的局限。比如，斑馬魚的培養(yǎng)溫度一般低于34℃，影響腫瘤細胞的生長；斑馬魚免疫系統(tǒng)在胚胎發(fā)育的第21天完全成熟，限制實驗時間；而斑馬魚胚胎只允許注射25-100個腫瘤細胞，阻礙了長期移植腫瘤實驗的進行【4】。因此，腫瘤移植斑馬魚模型需要進一步改進。

2019年4月25日，來自馬薩諸塞州綜合醫(yī)院研究所的David M.Langenau團隊在Cell上發(fā)表了腫瘤移植斑馬魚模型的最新研究成果 Visualizing Engrafted Human Cancer and Therapy Responses in Immunodeficient Zebrafish 。文章中，作者使用免疫系統(tǒng)缺陷的斑馬魚，建立并評估了37℃培養(yǎng)條件下的腫瘤移植斑馬魚模型。利用該模型，研究人員從單細胞水平考察了橫紋肌瘤的增殖和遷移情況，可視化地檢測了聯(lián)用奧拉帕尼（olaparib）和替莫唑胺（temozolomide）治療橫紋肌瘤的效果，最終為臨床前階段腫瘤治療提供新的可靠的模型。

敲除斑馬魚的基因prkdc (protein kinase DNA-activated catalytic polypeptide) 及il2rga(interleukin-2 receptor gamma a）（prkdc-/-,il2rg-/-），會造成T、B細胞和自然殺傷（Nature killer, NK） 細胞的缺陷【5】。作者飼養(yǎng)該品系斑馬魚生長2至3個月，更換至含有抗生素的37℃的水中進行培養(yǎng)直到6個月，在這段時間內(nèi)建立腫瘤移植模型。作者移植了16中不同的腫瘤細胞，包括黑色素瘤，腎細胞癌，慢性髓系白血病細胞，套細胞淋巴瘤等一系列惡性腫瘤，都獲得較高的移植率，并且腫瘤細胞都存在超過28天，受體斑馬魚的死亡率小于15%。作者還從組織病理學和細胞形態(tài)學角度評估了移植后的腫瘤細胞，證明與腫瘤移植金標準NSG小鼠（NOD.Cg-Prkdcscid II2rgtm1WjI/SzJ）模型相比，移植到斑馬魚體內(nèi)的腫瘤細胞在標記基因的表達，生長速率和凋亡水平都相似（圖1）。

圖1：人胚胎橫紋肌瘤在腫瘤移植斑馬魚和NSG小鼠模型的生長，病理和凋亡情況。

作者還成功地移植了6種病人來源的腫瘤，建立了病人腫瘤細胞的移植模型，從而使臨床前階段檢測治療方案的效果變得可行，為實現(xiàn)腫瘤病人的個性化治療奠定了基礎(chǔ)。

腫瘤細胞的高度異質(zhì)性促使研究者在單細胞水平研究腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移和治療抵抗。作者將橫紋肌瘤細胞移植到斑馬魚的眼周肌肉，并標記可光轉(zhuǎn)換的H2b-Dendra2蛋白，通過追蹤發(fā)現(xiàn)橫紋肌瘤細胞可分為三種：高度遷移性細胞，增殖性細胞和靜息性細胞，并且增殖性細胞能單向轉(zhuǎn)化為高度遷移性細胞，證明移植性腫瘤斑馬魚模型可進行腫瘤單細胞水平的研究。

為將腫瘤移植斑馬魚建立成為臨床前治療模型，作者檢測了聯(lián)用PARP（poly-ADP-ribose polymerase）抑制劑奧拉帕尼和誘導DNA損傷的替莫唑胺對治療橫紋肌肉瘤的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在斑馬魚模型中，單獨使用一種藥物不具有明顯的治療效果，但二者聯(lián)用則明顯的抑制了腫瘤的生長。而在NSG模型中也出現(xiàn)相同的效應，也說明了斑馬魚作為腫瘤治療模型的可靠性。

進一步，作者在腫瘤移植斑馬魚模型中，使用不同顏色的熒光蛋白標記細胞周期，發(fā)現(xiàn)聯(lián)用奧拉帕尼和替莫唑胺將橫紋肌肉瘤細胞抑制在G2期，為鑒定藥物治療腫瘤的機制指明了方向。

綜上，作者建立了新的腫瘤移植斑馬魚模型，能夠可靠的重現(xiàn)多種病人來源的腫瘤生長，轉(zhuǎn)移和凋亡情況。斑馬魚通體透明的特點決定該模型能方便使用熒光標記進行腫瘤研究。并且，作者將斑馬魚模型用于臨床前治療效果的檢測，為腫瘤病人的個性化治療奠定基礎(chǔ)（圖2）。

圖2

文章通訊作者為David M.Langenau副教授，其實驗室長期致力于移植性腫瘤的斑馬魚模型研究。第一作者為實驗室成員Chuan Yan, Dalton C. Brunson，Qin Tang和Daniel Do。

 Langenau實驗室成員合影

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.004