一、引言

肿瘤作为全球第二大致死疾病，其治疗研究在过去几十年里取得了重大进展。然而，由于肿瘤异质性强、个体差异大，使得临床治疗常常面临复发、耐药等难题。因此，需要可靠、可重复且高度模拟人类肿瘤病理过程的研究模型。模式动物荷瘤模型，即将肿瘤细胞或组织移植到实验动物体内，从而构建可供研究的肿瘤模型，是现代肿瘤学研究不可或缺的工具。它不仅可用于药物筛选和疗效验证，还能用于研究肿瘤发生发展、转移机制、免疫调控等复杂生物过程。

二、常用实验动物模型简介

1. 小鼠（mouse）
   - 常见品系：BALB/c、C57BL/6、NU/NU裸鼠、SCID、NOD/SCID、NSG小鼠等。
   - 优势：体型小、繁殖快、基因编辑成熟、成本低。
   - 用途：免疫模型、异种移植模型（CDX/PDX）、基因敲除研究等。

2. 大鼠（rat）
   - 品系：SD、Wistar。
   - 优势：组织体积大，利于手术操作与组织学分析。
   - 用途：用于化学致癌、药代动力学、局部注射建模等。

3. 斑马鱼（zebrafish）
   - 适用于肿瘤早期发生、血管生成和转移观察。
   - 优势：透明胚胎、体外成瘤快，适合高通量筛选。

4. 其他动物：豚鼠、小型猪、人源化动物模型等，用于特定高级研究。

三、荷瘤模型的主要类型及原理

1. 异种移植模型（CDX）
   - 将人类肿瘤细胞株接种至免疫缺陷动物体内。
   - 优点：构建快、重复性好，适用于药效研究。
   - 缺点：缺乏免疫系统，不能评估免疫药物。

2. 同种移植模型（Syngeneic）
   - 采用同品系动物来源的细胞，如B16-F10（黑色素瘤）接种C57BL/6小鼠。
   - 保留免疫系统完整性，适合研究免疫疗法、微环境变化等。

3. 患者来源移植模型（PDX）
   - 将患者肿瘤组织直接移植至免疫缺陷鼠，保持肿瘤的异质性。
   - 模拟真实肿瘤生长行为，是个体化治疗和靶向筛选的重要模型。

4. 原位模型（Orthotopic）
   - 将肿瘤细胞/组织注入其原发器官，模拟肿瘤本地生长环境。
   - 更真实地模拟转移途径、局部浸润和组织相互作用。

5. 转移模型（Metastasis）
   - 通过静脉注射、心腔注射或尾静脉注射建立肺、肝、骨等转移模型。

四、建模材料与准备工作

1. 细胞准备：
   - 选择对数生长期细胞，活率>95%。
   - 建议使用不超过20代细胞以保持生物学特性。
   - 可配合荧光/生物发光标记，便于监控肿瘤生长。

2. 动物准备：
   - 年龄：6-8周龄小鼠，体重均衡，性别一致。
   - 饲养条件：SPF级动物房，稳定的温湿度环境。

3. 其他材料：
   - Matrigel基质胶（提高建模效率）
   - PBS、生理盐水、注射器、卡尺、麻醉剂等。

五、常用接种方式及操作指南

1. 皮下接种：
   - 常用位置：背部、腋下。
   - 步骤：细胞与Matrigel按1:1混匀，100 μL注入皮下。
   - 特点：适合测量肿瘤体积，便于药物注射及肿瘤取材。

2. 原位接种：
   - 示例：肝癌模型将细胞注入肝左叶；乳腺癌模型将细胞注入乳腺脂肪垫。
   - 优势：高度模拟微环境与局部转移。

3. 静脉/尾静脉注射：
   - 常用于建立肺转移模型。
   - 建议悬液充分过滤，防止堵管。

4. 腹腔注射：
   - 建立腹水瘤模型，如U937。

5. 脑内注射：
   - 用于胶质瘤或脑转移模型，需操作熟练。

六、肿瘤生长监测与终点判断

1. 肿瘤体积测量：
   - 使用游标卡尺：V = 0.5 × 长 × 宽²。
   - 每3天一次，记录曲线。

2. 生物发光成像：
   - 标记Luciferase细胞，注射D-Luciferin后用IVIS系统成像。

3. 人道终点判断：
   - 肿瘤直径>2 cm 或影响进食、行走，应终止实验。
   - 动物出现活动减退、体重骤降、毛发蓬乱等情况需监测。

4. 组织学分析：
   - 取肿瘤行HE染色、免疫组化、TUNEL等，评估组织学特征。

七、肿瘤微环境与免疫分析

1. 免疫组化：
   - 标志物：CD4、CD8、Foxp3、F4/80、PD-L1 等。

2. 流式细胞术：
   - 分析肿瘤浸润淋巴细胞（TILs），包括T细胞、NK细胞、Treg、MDSC等。

3. RNA-Seq、qPCR：
   - 检测细胞因子表达（IL-6、TNF-α、IFN-γ）与炎症状态。

4. 免疫治疗模拟：
   - 药物：PD-1抗体、CTLA-4抗体、小分子免疫调节剂。

八、典型模型案例分析

1. B16F10黑色素瘤：快速建模、高转移性，用于免疫研究。

2. 4T1乳腺癌模型：三阴性乳腺癌模型，肺肝转移频繁。

3. CT26结肠癌：免疫治疗评估中常用的同种移植模型。

4. A549异种移植：非小细胞肺癌，药效评价成熟模型。

5. PDX模型：通过患者手术组织移植，应用于精准医学与新药开发。

九、常见问题与解决方案

1. 接种失败：
   - 检查细胞活性与浓度，使用新鲜制备细胞悬液。

2. 肿瘤不生长：
   - 是否使用了免疫完整小鼠？建议换用裸鼠或NSG小鼠。

3. 肿瘤异质大：
   - 使用Matrigel可提高建模一致性。

4. 动物死亡：
   - 检查注射部位、麻醉剂使用是否规范。

十、总结与展望

荷瘤动物模型是现代肿瘤研究不可替代的实验平台。通过精细的模型设计和系统的评估方法，科研人员可深入理解肿瘤生物学本质。随着基因工程、成像技术和人源化模型的发展，荷瘤模型的临床相关性将大幅提升，未来有望推动更多精准治疗策略从实验走向临床。