基因缺失小鼠在免疫抗腫瘤研究領域的應用進展

節笑笑 陳甜甜 張 月 陳旺宇 李 杰 郝旭亮

1.山西省中醫藥研究院中藥方劑研究所，山西太原 030012；

2.山西中醫藥大學研究生院，山西晉中 030619；3.山西中醫藥大學附屬醫院，山西太原 030024

腫瘤是威脅人類健康最主要的疾病之一，尤其是惡性腫瘤。據統計，我國每年惡性腫瘤的病死率約為11.94%[1]。目前，臨床上常用的惡性腫瘤的治療方法主要有放射療法和藥物化療等，但這些經典的治療方法在殺滅腫瘤細胞的同時也會殺傷機體正常細胞，降低其免疫功能，并且易產生耐藥性，因此臨床急需安全有效的腫瘤治療方法。隨著醫藥技術的不斷發展以及對人體免疫系統更加深入的了解，運用免疫療法治療惡性腫瘤逐漸成為腫瘤治療的新方法。但目前對免疫系統的認知尚不全面，若想要運用免疫療法有效治療惡性腫瘤，需要深入了解藥物的作用機制及疾病的發病原理，深入探究免疫系統在疾病發展或治療中是如何發揮作用的。基因缺失動物的出現使深入探究藥物和疾病機制成為可能，其為免疫抗腫瘤的發展做出了巨大貢獻。

基因缺失動物是指應用基因敲除技術和胚胎干細胞技術制作出來的，在個體基因組特定位點上的目的基因被刪除或滅活的一類動物[2]。在所有基因缺失動物中，基因缺失小鼠的優勢尤為明顯，其一：小鼠為哺乳類動物，其生理和病理與人類有諸多相似之處；其二：人類基因在小鼠中幾乎都可以找到同源物[3]。現在基因缺失小鼠被應用在多種方面，如人類疾病動物模型方面、藥物依賴性研究方面以及免疫學方面的應用等。本文就基因缺失小鼠在免疫抗腫瘤研究領域的應用做一綜述。

1 免疫抗腫瘤的研究進展

由于傳統腫瘤治療方法會對機體造成極大傷害，因此人們迫切需要尋求新的腫瘤治療手段。隨著人們對免疫系統的深入研究，免疫抗腫瘤逐漸走進了人們的視野。免疫抗腫瘤不同于傳統抗腫瘤之處在于免疫抗腫瘤是通過激活機體免疫系統，從而發揮其抗腫瘤作用，而非直接殺滅腫瘤細胞。

研究發現，許多藥物都具有免疫抗腫瘤的作用，如天然多糖通過與Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）[4]、Dectin-1受 體（Dectin-1 receptor）[5]等受體結合激活免疫系統，從而發揮抗腫瘤的作用。青蒿素可增強乳腺癌的抗腫瘤免疫應答[6]；索拉非尼等現代臨床一線抗腫瘤藥物既能直接殺滅腫瘤細胞，又能抑制血管內皮生長因子，從而延緩腫瘤的生長。

此外，還有一些尚在研發中的藥物經過臨床前研究發現其具有免疫抗腫瘤的作用，如NC318可抑制Siglec-15通路激活，活化免疫細胞殺滅腫瘤細胞[7]；ABBV-151是GARP抑制劑，其通過抑制調節性T細胞（regulator T cells，Treg）釋放活性TGF-β1以達到殺滅腫瘤細胞的目的[8]；PY314可通過消耗免疫抑制性腫瘤相關巨噬細胞，促進抗腫瘤免疫，從而達到治療腫瘤的目的[9]。

由此可見，隨著人們對免疫系統的深入了解，免疫抗腫瘤的藥物日趨多樣化和精準化，免疫抗腫瘤正在逐步替代傳統腫瘤治療方法，成為腫瘤治療的首要選擇。

2 基因缺失小鼠的研究進展

基因缺失小鼠是20世紀80年代后半期發展起來的，其原理是應用DNA同源重組技術使機體特定的基因失活或缺失。基因缺失小鼠常規制作技術主要有兩種：基因打靶技術和基因捕獲技術。第一次小鼠基因打靶實驗于1989年完成，幾十年來基因打靶技術的問世加速了人們對于基因功能的研究，并為生物學研究提供了重要的生物資源。2007年美國的Mario R.Capecchi、Oliver Smithies和英國的Martin J.Evans使用基因打靶技術使小鼠體內的特定性基因失活，培養出了使用價值極高的“基因缺失小鼠”，使他們獲得了同年諾貝爾生理學/醫學獎[10]。基因捕獲技術是作為基因打靶技術的替代方法而開發出來的，它是一種高通量的和隨機突變的技術，盡管不像基因打靶技術那樣特異，但是通過誘捕可在短時間內制作出大量基因缺失小鼠[11]。

此外，還有條件基因缺失小鼠，條件基因缺失小鼠是指在小鼠發育的特定的階段或特定的細胞組織類型中將目的基因進行敲除而得到的小鼠。條件基因敲除技術的本質是基于常規基因敲除技術，再通過重組酶Cre對特定位點進行特異性重組，可以對小鼠的基因組修飾進行時間和空間上的調控[12]。自1994年Gu等研制出全球第一例基于Cre/LoxP系統的特異性基因缺失小鼠，條件基因敲除技術便迅速取代了傳統的完全基因敲除技術成為現代基因敲除的主流技術[13]。

目前，還有其他小鼠基因敲除方法，包括ZFN技 術[14]、TALEN技 術[15]、CRISPR/Cas9基 因 編 輯技術[16]等。2020年法國生物化學家Emmanuelle Charpentier和美國生物學家Jennifer A.Doudna研發了CRISPR/Cas9基因編輯技術，它對比于其他技術精度更高、成本更低，且方法更簡單。這兩位科學家也于同年獲得了諾貝爾化學獎。郭洋等[17]利用CRISPR/Cas9技術成功構建PD-1基因缺失小鼠；李振等[18]使用CRISPR/Cas9基因編輯、顯微注射等方法成功構建β2m基因缺失小鼠；王海杰等[19]利用CRISPR/Cas9技術成功構建凝血因子8基因缺失小鼠，為進一步實驗提供了技術支持。

小鼠基因敲除技術為闡明生物體內基因的功能提供了有力手段。截至目前，已有近100種疾病模型由基因缺失小鼠構建，通過對這些模型的建立和深入研究，人們對許多疾病有了更加系統的認識并可由此尋找這些疾病新的更有效的治療靶點。基因敲除小鼠技術的問世是生命科學領域內一項偉大的成就。

3 基因缺失小鼠在免疫抗腫瘤領域的研究進展

3.1 在藥物治療領域的研究進展

免疫抗腫瘤作為現代腫瘤治療的熱門方式，在對其研究中，基因缺失小鼠是不可或缺的實驗對象，基因缺失小鼠使臨床能夠更加深入地探究藥物在腫瘤治療中是如何發揮作用的。

近年來多糖是免疫抗腫瘤領域研究的熱門話題，許多植物多糖被證明具有免疫抗腫瘤的作用。余強[20]在對黑靈芝多糖的研究中應用TLR4基因缺失小鼠以及對照鼠來對比黑靈芝多糖治療S-180肉瘤的能力，結果表明黑靈芝多糖提升了對照鼠的免疫水平，但對基因缺失型小鼠沒有影響，這說明黑靈芝多糖是通過激活TLR4信號通路來發揮治療S-180肉瘤的作用。劉艷玲等[21]在研究黃芪多糖對肺癌小鼠免疫功能影響時在實驗中使用TLR4基因缺失小鼠，與對照鼠相比，基因缺失小鼠無論是模型組還是給藥組，其炎性因子和蛋白表達之間的差異均無統計學意義，這恰恰說明了黃芪多糖是通過TLR4信號通路發揮抗腫瘤的作用，在TLR4基因缺失的小鼠體內黃芪多糖是無法發揮作用的。

除此之外，陳潔等[22]利用Dectin-1基因缺失小鼠和對照鼠構建荷瘤小鼠模型，使用β-葡聚糖進行治療，結果顯示經過治療后基因缺失小鼠腫瘤生長速度明顯高于對照鼠，這表明Dectin-1基因對β-葡聚糖抗腫瘤有影響，為后續研究奠定了基礎。

由此可見，在尋求免疫療法治療腫瘤的道路上，基因缺失小鼠是必不可少的，在實驗中相對于使用野生型小鼠而言，同時利用基因缺失小鼠及對照鼠，可以使藥物機制更加明確，令實驗結果更具說服力。總之，基因缺失小鼠對于藥物機制的研究意義重大。

3.2 在非藥物領域的研究進展

除了探究藥物機制外，在非藥物領域基因缺失小鼠也得到了廣泛的應用。Katrin等[23]在對腫瘤監測的研究中使用Stat1缺失小鼠以及野生型小鼠，以此來探究NK細胞依賴性腫瘤監測，結果顯示Stat1的缺失并沒有取消NK細胞依賴性腫瘤監測，即兩種小鼠所得結果差異無統計學意義。I-Ying等[24]在抗腫瘤研究中使用Rab37基因缺失小鼠及野生型小鼠，結果表明Rab37通過觸發M2型巨噬細胞極化改變腫瘤微環境，發揮有效的抗腫瘤作用。Klara等[25]在探究細胞因子CDK6與腫瘤發生發展的關系中使用T細胞特異性CDK6敲除小鼠模型，結果顯示CDK6在IFN信號傳導中起雙重作用，即CDK6既促進早期IFN反應，也參與負反饋回路的誘導，這表明CDK6在細胞因子反應的微調中發揮作用。

基因缺失小鼠除了可以探究腫瘤發病機制外，還有助于尋求更有效的治療靶點。Ivana等[26]在對胰腺導管腺癌的研究中使用CDH11基因缺失小鼠以及對照鼠，無論是否使用藥物治療，CDH11基因缺失小鼠較對照鼠而言，其生存期更長、腫瘤體積更小，說明CDH11被敲除或抑制可以降低胰腺腫瘤的發展，并且延長小鼠的存活期。CDH11可能成為胰腺癌的治療靶點。石秀珍等[27]在結腸癌的實驗中運用MLL5基因缺失小鼠以及對照鼠制備小鼠荷瘤模型，結果顯示MLL5基因缺失可抑制腫瘤生長，促進腫瘤免疫，MLL5可能成為結腸癌治療的新靶點。

這表明無論是探究腫瘤發病機制，還是篩選腫瘤治療靶點，基因缺失小鼠都是必不可少的，其貫穿于腫瘤從發生到治療的始終。基因缺失小鼠對于人類認識腫瘤、治療腫瘤做出了巨大貢獻。

4 討論

基因缺失小鼠的問世是人類醫學史上的巨大進步，其對免疫學、腫瘤學等都有深刻的影響。基因缺失小鼠切實地幫助人類更直觀地認識到藥物是如何在機體發揮治療作用的。

在人體生理病理以及藥物作用機制的研究中，尤其是在基因以及通路的研究方向上，基因缺失小鼠的應用是十分重要的技術方法之一，其對比于野生型小鼠而言優勢明顯，但基因缺失小鼠造價高昂、制備困難，再加上目前技術有限，只能敲除一個或幾個基因，而藥物的作用往往是多方面的，這大大限制了基因缺失小鼠在實驗領域的應用，隨著基因技術的不斷突破，相信在不久的將來，基因敲除領域會攻克難關，使基因缺失動物應用在更多實驗研究中，尤其是在免疫抗腫瘤實驗。腫瘤發病機制錯綜復雜，免疫系統讓人難以捉摸，再加上藥物治療具有多通路、多靶點的特點，運用免疫療法治療腫瘤還有很長遠的路需要走。