多種基因修飾小鼠模型在乳腺癌研究中的應用
上周，一年一度的ASCO(美國臨床腫瘤學會)年會在美國芝加哥落下帷幕。在今年的大會中，如果說必須得選出一個閃耀之星來，阿斯利康和第一三共的重磅抗體偶聯藥物(ADC)Enhertu，當仁不讓。該藥在治療HER2低表達的不可切除或轉移性乳腺癌患者的3期臨床試驗中，與化療相比，將疾病進展或死亡風險降低50%。
Enhertu的橫空出世讓世界的目光再次聚集到乳腺癌上。乳腺癌是世界上女性中最常見，也是導致女性死亡最常見的癌癥類型。盡管目前乳腺癌患者的5年生存率可達90%，然而5年生存率≠治愈率，晚期乳腺癌幾乎不可治愈，患者治療仍有很大提升空間。本文將從乳腺癌發病機制、乳腺癌分型以及治療靶點三個方面介紹乳腺癌研究概況，希望能給大家帶來一些幫助和啟迪。
-01 乳腺癌發病機制-
1 乳腺上皮細胞分類
乳腺癌是一種具有高度異質性的疾病，由發生基因改變的乳腺上皮細胞引起。乳腺上皮細胞(MEC)系統是由管腔和基底細胞組成的雙層導管上皮網絡，由干細胞和祖細胞群組成。研究者利用單細胞轉錄測序確定了15個乳腺上皮細胞(MECs)亞群，基于Krt18, Krt8, Krt5, Krt14 和Acta2的表達水平，11個亞群(C1-C11)表現出管腔細胞特征，4個亞群(C12-C15)表現出基底細胞特征(圖2)。
其中管腔細胞類型可分為兩大的細胞亞群，C1-C5表現出hormone-sensing細胞(Hs)特征，例如激素受體(Pgr, Esr1, Prlr)表達水平高；C6-C11則表達較低的激素受體。而基底細胞類型中，C14表現出肌上皮細胞特征，C15表現出Procr+基底細胞特征，與乳腺再生有關[1]。
南模生物可提供多種乳腺上皮細胞Cre/Dre工具鼠，助力在乳腺領域的研究項目。
表觀遺傳學改變也與乳腺癌的發生和發展息息相關。在乳腺癌中，基因會發生總體高甲基化(導致基因激活、癌基因上調和染色體不穩定)，或局部(位點特異性)高甲基化(由于DNA修復基因的沉默導致基因抑制和遺傳不穩定)，這種情況發生的幾率較低。其他表觀遺傳機制包括DNA甲基化修飾組蛋白尾部、染色質結構改變以沉默基因表達和核小體重構。這些變化是可逆的、由酶介導的，并且具有成為靶標的潛力[3]。
在科研工作中，利用基因工程手段，引入突變基因，可建立乳腺癌自發腫瘤或誘導生成腫瘤小鼠模型，進而探究乳腺癌發生或轉移的內在機理。目前主流的原發瘤模型分為自發型乳腺癌模型、誘導型乳腺癌模型和基因工程小鼠乳腺癌模型，具體模型的情況可見《疾病小鼠模型系列之乳腺癌篇》。
根據2020年CSCO(中國臨床腫瘤學會)乳腺癌指南，乳腺癌可根據分子分型[HR(雌激素受體)、PR(孕激素受體)、HER-2(人表皮生長因子受體-2)、Ki-67(細胞周期蛋白)分為五類，不同分子分型決定了系統治療方案的差異。乳腺癌分子分型如下：
針對不同的分子分型，南模生物細胞系資源庫保存有多種乳腺癌細胞系[4]，并進行了成瘤性驗證，可用于構建乳腺癌移植瘤模型。該模型的優點是周期短、成本低，在腫瘤藥效研究中應用較為廣泛。目前用于移植的乳腺癌細胞系詳細信息見下表。
雌激素受體α(ERα)在大約70%的浸潤性乳腺癌中表達。激素孕酮受體(PR)的表達也是ERα信號的標志。雌激素受體(ER)或PR在至少1%的腫瘤細胞中的表達被歸類為HR+，使用內分泌藥物下調ER信號是ER陽性或PR陽性乳腺癌的主要系統治療方法。而對于轉移性患者來說目前的一線標準療法為CDK4/6抑制劑與激素療法聯用。細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin dependent kinases，CDKs)在細胞周期的啟動和各個時期的轉換調節中發揮重要作用。因癌細胞的基因改變而導致CDK4/6過度活化的表現存在于多個癌種之中，抑制CDK4/6的功能可以阻斷癌細胞的有絲分裂過程，還能促進免疫系統攻擊癌細胞。
三陰性乳腺癌約占所有乳腺腫瘤的15%，以缺乏分子靶點ER、PR或ERBB2的表達為特征，化療為其主要治療手段。不過近年來這一領域屢有突破。部分患者高表達EGFR、BRCA1/2、VEGF、FGFR，可通過設計靶向這些位點的單克隆抗體抑制腫瘤生長。TROP2是一種I型跨膜糖蛋白，在細胞遷移、增殖、細胞周期進展和轉移中發揮重要作用，在乳腺癌、肺癌等人類上皮癌中表達更高，這使TROP2在乳腺癌治療領域成為了一個很好的靶點。
南模生物可提供多種基因修飾小鼠，可用于靶點功能研究及模型開發探索，詳見下表：
參考文獻：
[3]https://zhuanlan.zhihu.com/p/134035715
[4] Subik K, Lee JF, Baxter L, et al. The Expression Patterns of ER, PR, HER2, CK5/6, EGFR, Ki-67 and AR by Immunohistochemical Analysis in Breast Cancer Cell Lines. Breast Cancer (Auckl). 2010 May 20;4:35-41. Erratum in: Breast Cancer (Auckl). 2018 Oct 16;12:1178223418806626.
[5]https://www.sohu.com/a/516237164_120272685
圖1 Enhertu的臨床研究發表在新英格蘭醫學雜志
Enhertu的橫空出世讓世界的目光再次聚集到乳腺癌上。乳腺癌是世界上女性中最常見，也是導致女性死亡最常見的癌癥類型。盡管目前乳腺癌患者的5年生存率可達90%，然而5年生存率≠治愈率，晚期乳腺癌幾乎不可治愈，患者治療仍有很大提升空間。本文將從乳腺癌發病機制、乳腺癌分型以及治療靶點三個方面介紹乳腺癌研究概況，希望能給大家帶來一些幫助和啟迪。
-01 乳腺癌發病機制-
乳腺癌是一種具有高度異質性的疾病，由發生基因改變的乳腺上皮細胞引起。乳腺上皮細胞(MEC)系統是由管腔和基底細胞組成的雙層導管上皮網絡，由干細胞和祖細胞群組成。研究者利用單細胞轉錄測序確定了15個乳腺上皮細胞(MECs)亞群，基于Krt18, Krt8, Krt5, Krt14 和Acta2的表達水平，11個亞群(C1-C11)表現出管腔細胞特征，4個亞群(C12-C15)表現出基底細胞特征(圖2)。
圖2 乳腺上皮細胞分群[1]
其中管腔細胞類型可分為兩大的細胞亞群，C1-C5表現出hormone-sensing細胞(Hs)特征，例如激素受體(Pgr, Esr1, Prlr)表達水平高；C6-C11則表達較低的激素受體。而基底細胞類型中，C14表現出肌上皮細胞特征，C15表現出Procr+基底細胞特征，與乳腺再生有關[1]。
南模生物可提供多種乳腺上皮細胞Cre/Dre工具鼠，助力在乳腺領域的研究項目。
2 乳腺癌發生分子機制[2]
乳腺上皮細胞在多種致癌因子的作用下，將發生增殖失控，造成腫瘤發生。腫瘤細胞中最常見的突變和/或擴增基因是TP53(腫瘤的41%)，PIK3CA (30%)，MYC (20%)，PTEN(16%)，CCND1(16%)，ERBB2 (13%)，FGFR1(11%)和GATA3(10%) (圖2)。這些編碼細胞周期調節的基因，要么被抑制(如p53)，要么被激活(如cyclin D1)，維持細胞增殖和/或抑制細胞凋亡。大多數乳腺癌是由多個累積作用的低滲透突變引起的。Luminal A腫瘤中PIK3CA突變發生率高(49%)，而TP53突變發生率高是基底樣腫瘤的標志(84%)。
圖3 乳腺癌的分子突變[2]
(橙色表示功能獲得突變，藍色表示功能缺失突變)
(橙色表示功能獲得突變，藍色表示功能缺失突變)
表觀遺傳學改變也與乳腺癌的發生和發展息息相關。在乳腺癌中，基因會發生總體高甲基化(導致基因激活、癌基因上調和染色體不穩定)，或局部(位點特異性)高甲基化(由于DNA修復基因的沉默導致基因抑制和遺傳不穩定)，這種情況發生的幾率較低。其他表觀遺傳機制包括DNA甲基化修飾組蛋白尾部、染色質結構改變以沉默基因表達和核小體重構。這些變化是可逆的、由酶介導的，并且具有成為靶標的潛力[3]。
在科研工作中，利用基因工程手段，引入突變基因，可建立乳腺癌自發腫瘤或誘導生成腫瘤小鼠模型，進而探究乳腺癌發生或轉移的內在機理。目前主流的原發瘤模型分為自發型乳腺癌模型、誘導型乳腺癌模型和基因工程小鼠乳腺癌模型，具體模型的情況可見《疾病小鼠模型系列之乳腺癌篇》。
-02 乳腺癌分型-
以上可見，乳腺癌在細胞類型、分子特性層面是一種高度異質性的疾病，因此需對乳腺癌進行分類，目的是根據其群體共性、潛在腫瘤生物學行為和治療敏感性，為病人找到最有效的特異性治療方案。根據2020年CSCO(中國臨床腫瘤學會)乳腺癌指南，乳腺癌可根據分子分型[HR(雌激素受體)、PR(孕激素受體)、HER-2(人表皮生長因子受體-2)、Ki-67(細胞周期蛋白)分為五類，不同分子分型決定了系統治療方案的差異。乳腺癌分子分型如下：
針對不同的分子分型，南模生物細胞系資源庫保存有多種乳腺癌細胞系[4]，并進行了成瘤性驗證，可用于構建乳腺癌移植瘤模型。該模型的優點是周期短、成本低，在腫瘤藥效研究中應用較為廣泛。目前用于移植的乳腺癌細胞系詳細信息見下表。
-03 乳腺癌治療靶點-
乳腺癌發病機制中的兩個主要分子靶點主要是雌激素受體和表皮生長因子2。
雌激素受體α(ERα)在大約70%的浸潤性乳腺癌中表達。激素孕酮受體(PR)的表達也是ERα信號的標志。雌激素受體(ER)或PR在至少1%的腫瘤細胞中的表達被歸類為HR+，使用內分泌藥物下調ER信號是ER陽性或PR陽性乳腺癌的主要系統治療方法。而對于轉移性患者來說目前的一線標準療法為CDK4/6抑制劑與激素療法聯用。細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin dependent kinases，CDKs)在細胞周期的啟動和各個時期的轉換調節中發揮重要作用。因癌細胞的基因改變而導致CDK4/6過度活化的表現存在于多個癌種之中，抑制CDK4/6的功能可以阻斷癌細胞的有絲分裂過程，還能促進免疫系統攻擊癌細胞。
圖4 乳腺癌新出現的靶向途徑及藥物[2]
ERBB2+靶向治療的發展是乳腺癌治療中最重要的進展之一。表皮生長因子2(ERBB2，以前稱為HER2或HER2/neu)，在大約20%的乳腺癌中被擴增或過度表達。具有ERBB2擴增或過度表達的腫瘤是ERBB2陽性，這類乳腺癌的患者受益于ERBB2靶向治療，包括抗ERBB2抗體(例如曲妥珠單抗和pertuzumab)和小分子酪氨酸激酶抑制劑(lapatinib and neratinib)。Enhertu對低水平HER2乳腺癌患者仍有良好的療效。三陰性乳腺癌約占所有乳腺腫瘤的15%，以缺乏分子靶點ER、PR或ERBB2的表達為特征，化療為其主要治療手段。不過近年來這一領域屢有突破。部分患者高表達EGFR、BRCA1/2、VEGF、FGFR，可通過設計靶向這些位點的單克隆抗體抑制腫瘤生長。TROP2是一種I型跨膜糖蛋白，在細胞遷移、增殖、細胞周期進展和轉移中發揮重要作用，在乳腺癌、肺癌等人類上皮癌中表達更高，這使TROP2在乳腺癌治療領域成為了一個很好的靶點。
圖5 三陰性乳腺癌信號轉導與腫瘤發生的關鍵機制[5]
南模生物可提供多種基因修飾小鼠，可用于靶點功能研究及模型開發探索，詳見下表：
參考文獻：
[1] Bach K, Pensa S, Grzelak M, et al. Differentiation dynamics of mammary epithelial cells revealed by single-cell RNA sequencing. Nat Commun. 2017 Dec 11;8(1):2128.
[2] Harbeck, N., Penault-Llorca, F., Cortes, J.et al. Breast cancer. Nat Rev Dis Primers 5, 66 (2019).[3]https://zhuanlan.zhihu.com/p/134035715
[4] Subik K, Lee JF, Baxter L, et al. The Expression Patterns of ER, PR, HER2, CK5/6, EGFR, Ki-67 and AR by Immunohistochemical Analysis in Breast Cancer Cell Lines. Breast Cancer (Auckl). 2010 May 20;4:35-41. Erratum in: Breast Cancer (Auckl). 2018 Oct 16;12:1178223418806626.
[5]https://www.sohu.com/a/516237164_120272685
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