慢病毒系列|让你“随心所欲”调控基因（肿瘤模型篇）

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肿瘤模型与肿瘤研究
 

 恶性肿瘤是威胁人类健康及生命的一类常见病、多发病，具有发病率高、治疗时间长、预后差等特点。随着恶性肿瘤威胁人类健康问题的加重，无疑给基础研究者和临床医护人员攻克癌症治疗带来了巨大的挑战。为了满足对肿瘤发生发展机制以及药物靶点的研究，一系列的研究方法、技术手段、疾病模型等应运而生。 

起初，主要是通过使用在体外长期培养的细胞系建立二维培养模型，虽对体内可能发挥作用的调控机制进行详细的分子分析，但使用长期建立的细胞系进行药物反应研究的结果在很大程度上未能转化至临床。为了解决这一缺点，逐渐衍生出不同细胞系的三维培养，一些细胞系模型也被移植体内作为细胞系衍生的异种移植(CDX)模型。在过去的几十年里，皮下或原位开发CDX模型用来模拟不同的肿瘤患者。然而，CDX模型存在两个主要的限制：一是与原发肿瘤相比，CDX模型不能很好地模拟人体肿瘤的微环境；二是CDX模型失去了遗传异质性。但因其细胞系的获得相对容易，且细胞培养、模型构建等一系列技术手段比较成熟，CDX模型也是基础研究中较为常用的疾病研究模型。

1969年Rygaard和Povlsen将来自一位71岁的乙状结肠癌患者的肿瘤植入裸鼠体内，并保持了76次传代，患者来源的异种移植(PDX)模型便就此问世。PDX模型已被证实早期传代可维持原发性肿瘤的遗传稳定性，PDX模型可以保留肿瘤的高分子异质性，更好地模拟肿瘤组织，并更准确地预测抗癌治疗的疗效。在过去的几年里，PDX模型已经成为一种很有前途的转化研究工具。它可以在有限条件中保持原始肿瘤的遗传和组织学稳定性，并为精确的癌症医学提供线索。 

小鼠模型是癌症临床前和转化研究的关键工具，包括药物筛选、疗效评估、生物标志物识别和分子分型等。慢病毒有适用宿主范围广、感染效率高、具有生物安全性、整合基因到宿主细胞实现长期稳定表达的特点。近年来，也被广泛用于癌症的基因机制与发生发展的研究。下面就一起来了解如何利用慢病毒助力肿瘤的研究。  

案例1——慢病毒＆CDX模型
 

PEG10 amplification at 7q21.3 potentiates large-cell transformation in cutaneous T-cell lymphoma

作者单位：北京大学第一医院

IF:25.476

 

蕈样真菌病(MF)是皮肤T细胞淋巴瘤中最常见的类型，晚期可发生大细胞转化(LCT)，表现为侵袭性行为，对治疗产生耐药，预后较差等，但其机制尚不明确。为了确定LCT分子驱动的因素，研究者收集了133例MF患者的肿瘤样本，并对49例晚期MF患者进行了全转录组测序。在chr7q中，具有LCT的肿瘤显示出独特的转录程序和丰富的基因表达。在LCT来源的恶性T细胞中，父系表达基因10 (PEG10) 由7q21.3扩增驱动异位表达。机制上，体内外研究结果显示，PEG10的异常表达增加细胞大小，促进细胞增殖，并通过PEG10/KLF2/NF-κB轴激活治疗抵抗。以PEG10为靶点的药理学治疗逆转了LCT的增殖表型和治疗抵抗。本研究揭示了LCT新的分子机制，并提示抑制PEG10可能作为晚期侵袭性T细胞淋巴瘤治疗的一种有前景的方法。
 

图1：PEG10敲低抑制肿瘤的生长

Fengjie Liu et al, Blood. 2022 Jan 27;139(4):554-571.

 

★小鼠品系：NOD/scid白介素-2受体γ链缺陷小鼠（NSG ，6周龄，雌性）

★基因调控手段：基因过表达（LV-PEG10/KLF2-OE）、基因干扰（LV-shPEG10/KLF2）

 

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案例2——慢病毒＆CDX模型
 

Identification of RNA‑splicing factor Lsm12 as a novel tumor‑associated gene and a potent biomarker in Oral Squamous Cell Carcinoma (OSCC)

作者单位：北京大学肿瘤医院

IF:12.658

 

口腔鳞状细胞癌(Oral squamous cell carcinoma, OSCC)是世界范围内常见的恶性肿瘤之一。由于缺乏特异性生物标志物和治疗靶点，导致OSCC患者诊断延迟，从而导致患者预后不良。因此，寻找OSCC的有效生物标志物和治疗靶点迫在眉睫。研究结果证明：Lsm12在OSCC动物模型中表达显著上调，并在OSCC临床样本中得到验证。Lsm12的表达与OSCC细胞的生长、克隆形成、迁移和侵袭能力具有相关性，抑制Lsm12表达可以明显抑制体内成瘤。Lsm12是一个新的RNA剪接相关基因，可调控USO1第15外显子的选择性剪接，与OSCC的发生密切相关。因此，Lsm12可能是OSCC有效的生物标志物和潜在的治疗靶点。

 

 图2：USO1外显子15在体内成瘤中的作用.

Yan Dong et al. J Exp Clin Cancer Res. 2022 Apr 21;41(1):150.

 

★小鼠品系：BALB/C裸鼠（4-5周龄）

★基因调控手段：基因过表达（LV-Lsm12/USO1-OE）、基因干扰（LV-shLsm12）

 

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案例3——慢病毒＆PDX+CDX模型

 

Targeting the splicing factor NONO inhibits GBM progression through GPX1 intron retention

作者单位：山东大学齐鲁医院

IF:11.6
 

剪接因子在新生的pre-mRNA加工过程中是必不可少的，并且在癌症进展中发挥了关键的作用，这预示着具有剪接功能的蛋白质是癌症治疗潜在的分子靶点。本研究揭示了剪接因子在多形性胶质母细胞瘤(GBM)进展中的作用，以及靶向它们治疗GBM的可能性。临床样本统计结果显示，剪接因子NONO在GBM样本中表达较高且与患者的不良生存相关。体内实验证明敲低NONO抑制了GBM的生长，过表达NONO促进了GBM的成瘤。机制研究表明：NONO通过调控GPX1的异常剪接从而控制肿瘤生长、侵袭和氧化还原稳态。NONO的小分子抑制剂Auranofin在小鼠原位异种移植模型中抑制了GBM肿瘤的生长。本研究证明NONO是GBM中mRNA剪接的关键调节因子，靶向NONO为GBM的治疗提供了一种新的、潜在的治疗策略。

 

图3：NONO在体内对GBM的增殖和侵袭的影响

Xu Wang et al, Theranostics. 2022; 12(12): 5451-5469.

 

★小鼠品系：裸鼠（Foxn1^nu mut/mut，4周龄，雄性）

★基因调控手段：基因过表达（LV-NONO-OE）、基因干扰（LV-shNONO）

 

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案例4——慢病毒＆CDX模型-皮下瘤内注射LV
 

 Risk SNP-induced lncRNA-SLCC1 drives colorectal cancer through activating glycolysis signaling

作者单位：上海交通大学医学院

IF:38.104

 

长链非编码RNA（lncRNA）在结直肠癌（CRC）的发生发展中起关键作用。本研究旨在识别风险SNP诱导的lncRNA并研究它们在CRC发展中的作用。首先，研究者确定rs6695584是1q41位点的致病SNP。rs6695584位点A＞G的突变产生了BATF蛋白结合基序，改变了增强子活性，进而激活lncSLCC1表达。lncSLCC1在CRC组织中表达上调，并且lncSLCC1表达的增加与CRC患者的不良生存相关。机制上，lncRNA-SLCC1与AHR相互作用，并转录激活糖代谢关键酶HK2的表达，从而驱动糖酵解途径，加速CRC肿瘤生长。功能分析显示lncSLCC1通过HK2介导诱发CRC糖酵解激活和肿瘤生长。此外，HK2在CRC组织中表达上调，并与lncSLCC1表达和患者生存呈正相关。该研究结果揭示了风险SNP诱导的癌基因lncRNA-SLCC1通过激活糖酵解途径促进CRC的发展。

 

图4：HK2是lncSLCC1在结直肠癌中的功能靶基因。

Tingting Yan et al, Signal Transduction and Targeted Therapy. 2021 Feb 19;6(1):70.

 

★小鼠品系：BALB/C裸鼠（4周龄，雄性）

★基因调控手段：基因过表达（LV-lncSLCC1/HK2-OE）、基因干扰（LV-shlncSLCC1/HK2）

 

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案例5——慢病毒＆CDX模型-原位瘤内注射LV

 

Long-term treatment with valganciclovir improves lentiviral suicide gene therapy of glioblastoma

作者单位：University of Bergen

IF:13.029

 

自杀基因治疗恶性胶质瘤在最近的临床试验中显示出良好的效果，但前体药物的应用通常仅限于短期治疗(14天)。之前的研究表明，在原位胶质母细胞瘤(GBM)异种移植模型中，有大部分经更昔洛韦(GCV)治疗的单纯疱疹病毒胸苷激酶(HSV-TK)转导的肿瘤细胞存活。在研究中，研究者分析了这些TK+肿瘤细胞是否仍然对前体药物治疗敏感，以及延长前体药物治疗是否可以增强治疗效果。结果显示，与短期(3周)应用GCV的患者相比，延长(3个月)缬更昔洛韦(valGCV)前体药物治疗产生了显著的生存优势。在HSV-TK介导的自杀基因治疗的临床试验中，应考虑用valGCV长期治疗替代GCV短期治疗。

 

 图5：MRI显示瘤内注射编码TK.007的慢病毒载体。

Jubayer A Hossain et al, Nat Commun. 2019 Jul 11;21(7):890-900.

 

★小鼠品系：RNU大鼠（健康）

   

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