人肝癌BEL7402荧光素酶标记细胞BALB／c裸小鼠肿瘤模型

人肝癌BEL-7402细胞株是1974年从临床肝癌手术标本中获取并建立的，细胞群体倍增时间为20h，细胞形态呈上皮样细胞，在电子显微镜下亦显示上皮细胞所具有的桥粒和张力原纤维，与临床肝癌细胞相似，分瓶培养第4天时，其有丝分裂指数约为7％。BEL-7402细胞的染色体数为不足三倍体，有一个异常的近端着丝点染色体，间接免疫荧光法测BEL-7402细胞内的AFP为阳性反应，LDH同工酶谱显示与成年人肝细胞不同，而与人胚肝及临床肝癌相近。目前国内外学者主要集中于不同抗肿瘤药物体外抗肿瘤作用和机制的研究。

肿瘤模型对研究肿瘤的病因、发病机制、抗癌药物的筛选及肿瘤防治等具有非常重要的意义。肝癌动物模型的制作方法有诱导法和原位移植法2种，用诱导法制作肝癌动物模型周期长(约3-6个月)、成本高，且成功率高低不等，肿瘤发生的潜伏期个体变异较大，不易同时获得病程及瘤块大小相对均一的模型，瘤细胞的形态学和免疫学特征常是多种多样的。原位移植肿瘤模型，周期短（约14d），成本低，可使实验动物均带有同样的肿瘤，其生长速度也较一致，个体差异较小，成功率高。裸鼠的肝脏原位细胞悬液移植法和原位组织块移植法是目前国内采用较多的方法，裸鼠的肝脏原位细胞悬液移植法具有方法简单，创伤小等特点，被越来越多的实验研究采用，然而肝脏是实体组织，注射时细胞容易脱落，存在人为造成腹腔及切口处广泛种植等缺点。人肝癌完整组织块裸鼠原位移植模型因保留了人肝癌的组织结构特征及具备侵袭转移潜能，而成为目前最接近人体内肝癌生物学演化和特性的建模方法，但是原位移植模型接种的组织块大小很难完全统一，形成的肿瘤大小有一定的差异，周期长，并且损伤大，不利于肿瘤的自然生长。

生物标记物荧光素酶（LUC）是广泛表达于萤火虫体内的一种基因，因为具备无毒、成像时间短、背景低、半衰期短的优点而被广泛使用。生物发光成像相对于荧光成像，其灵敏度高。作为体内报告源，生物发光较之荧光的优点之一为不需要激发光的激发, 它是以酶和底物的特异作用而发光, 且动物体自身不会发光，这样生物发光就具有极低的背景。虽然荧光信号强度远远超过生物发光，但极低的自发光水平使得生物发光的信噪比远高于荧光。另外, 生物发光信号可以方便计量，即使标记细胞在动物体内有复杂的定位，亦可从动物体表的信号水平直接得出发光细胞的数量。而对于荧光，信号水平取决于发光细胞的数量及激发光的强度，而光线穿过的组织对其有强烈的吸收，这使得荧光强度很难计量。生物发光成像技术可以观测活体模型动物体内肿瘤的生长、转移及对药物的反应，是研究肿瘤发展及抗肿瘤药物筛选和评价的新兴手段。

我们利用萤火虫荧光素酶基因标记人肝癌细胞BEL-7402，并建立表达荧光素酶的原位肝癌裸鼠模型，利用生物发光成像技术对此模型内的肿瘤进行非侵入性的连续监测，为进一步进行多种抗肿瘤药物的筛选和评价提供了一种简便、可行的肿瘤模型。

无胸腺裸鼠（Nude Mouse，简称裸鼠）目前已成为医学生物学研究领域中不可缺少的实验动物模型。经过世界各国实验动物遗传育种学家的努力，目前已将nu基因导入不同近交系动物，成为系列动物模型，仅小鼠模型一种，已建立了二十余种近交系裸鼠。由于裸鼠的免疫缺陷，在一定情况下，不排斥来自异种动物的组织移植。因此可作移植人类恶性肿瘤的接受体。根据T.Fogh等1979～1980年的报导，已有150株人的瘤细胞和人体原发癌移植于裸鼠获得成功，目前已成功地将人结肠癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、黑色素瘤、淋巴瘤、白血病、肾癌、宫颈癌、软组织肉瘤和骨肉瘤等移植于裸鼠、获得了一定百分比（35.7%）的良好生长，并可传代。若用已建株的人体肿瘤组织培养细胞作移植材料，接种后的成活率更高（41%）。

本实验中所用鼠种BALB/c-nu/nu，系1973年从丹麦引入日本中央实验动物所研究。继续培育三年后，交由日本CLEA株式会社进行生产。1980年由CLEA引入。雄鼠是无胸腺裸鼠（BALB/c-nu/nu），雌鼠是有胸腺的杂合小鼠（BALB/c-nu/+）。采用BALB/c-nu/+♀与BALB/c-nu/nu♂随机交配法进行繁殖，已取得较好成果，裸鼠的生产性能良好：受胎率达81.5%，平均产仔率8.1只/窝，平均产裸仔率3.99只/窝，平均每窝成活3.62只仔鼠，9周龄仔鼠成活率100%，其主要项目数据与日本中央实验动物研究所（CLEA）和英国实验动物中心（LAC）发表的材料基本一致。

模型制作采用BALB／cA-nu裸小鼠，鼠龄5周，体重15-18g，在无特定病原体(specific—pathogen free，SPF)的饲养间饲养。

4.1细胞培养：Bel-7402细胞为本实验室冻存

4.2构建带有筛选标记的载体：pCAGGS-Neo-Luc

图1 带有荧光素酶基因表达载体的构建和荧光素酶标记的Bel-7402细胞系

4.3细胞转染和筛选：采用Lipofectamine 2000 Reagent转染Bel-7402细胞。转染后，用含G418的培养液筛选细胞，获得稳定表达luc的细胞株，选择其中高表达的克隆株扩大培养（图1）。

4.4肿瘤细胞的植入及活体荧光成像：收集处于生长对数期的高表达细胞株，进行裸鼠皮下接种，采用活体荧光影像系统摄像动态观察。每周观察一次，裸鼠麻醉后放入活体荧光系统摄像，Slide Book 4.0软件进行分析。

4.5 Pet影像学观察：实验前6h禁食禁水。将小鼠放入吸气室内，通过吸入混有2％异氟烷的纯氧实施麻醉。麻醉完全后，通过尾静脉弹丸式注射约7.4MBq(200uCi)的放射性示踪剂F-FDG。然后将小鼠俯卧位固定于扫描床，使小鼠头部长轴和扫描器长轴平行且位于扫描器视野内。F-FDG摄取45 min后进行10 min PET图像采集。PET采集完成床板移至CT机架视野中心，进行约8 min的采集。在此过程中通过面罩持续吸入1 L／min的纯氧和2％异氟烷维持麻醉状态。

4.6肿瘤组织的HE染色：肿瘤生长4周后，剥取出移植瘤，制成石蜡切片并进行HE染色。

5.1影像分析

图2 肝脏原位接种Bel-7402-luc肿瘤生长影像分析

注：A-D分别为接种7、14、21和28天小动物活体荧光成像观察；E是肿瘤接种28天小动物Pet-CT影像观察，箭头所指为“F-FDG”高摄取的肿瘤组织。

对数生长期的Luc标记Bel-7402肿瘤细胞悬液经肝门静脉接种于BALB／cA-nu小鼠。分别在接种的7、14、21和28d观察肿瘤的生长情况(图2A～D)。在接种的第7天，就可以观察到肿瘤发光，第14天时肿瘤的发光强度较第7天时变弱，推测细胞悬液在第14天时才成瘤。14d后，随着观察天数的增加，肿瘤的体积和发光强度增强，且具有很好的线性关系。肿瘤接种28d后，经小鼠尾静脉注入F-FDG后行Micro PET-CT显像，发现小鼠肝脏边缘有约0．3cm ×1．6cm带状高摄取区域(图2E)。

5.2肿瘤组织的HE染色

图3 肿瘤组织的形态病理学观察

注：A裸鼠肝原位移植肿瘤；B肿瘤组织的HE染色。

肿瘤生长4周后，断颈处死小鼠并解剖，暴露肝脏，发现肝脏上有灰白色的肿瘤组织，表面呈结节状，质地较硬，独立或弥漫分布在肝表面和肝边缘处，部分结节可融合成较大的结节(图3A)。HE染色肝脏内见多个大小不等肿瘤病灶，肿瘤边界较清楚，瘤细胞呈巢状分布，有纤细的纤维组织分隔，肿瘤细胞大小较一致，胞质红染，核圆形或椭圆形，染色深，核分裂多见(图3B)。