斑马鱼模型在脑和中枢神经系统肿瘤研究中的应用

脑和中枢神经系统肿瘤是小儿癌症相关死亡的主要原因。大约75％的小儿脑肿瘤是恶性的，其5年总生存率达78％。

此外，肿瘤的外科手术减瘤，放疗和常规化疗会给发育中的大脑带来长期并发症。幸运的是，小儿脑肿瘤的基因组表征方面的重大进展已经确定了具有不同分子谱的特定脑肿瘤，从而可以对具有复发性基因组特征的肿瘤进行更准确的分类。而现在的挑战是为基因和药物发现开发基于细胞和动物的新的脑肿瘤模型。

1、中枢神经系统原始神经外胚层肿瘤（PNETs）的模型:

CNS-PNETs通常出现在大脑中，占小儿脑肿瘤的3–5％。CNS-PNET的一个亚群称为CNS NB-FOXR2，它表达对少突胶质前体细胞（OPC）和RAS / MAPK途径活化至关重要的转录因子。

为了对此亚组进行建模，我们在表达sox10的OPC中激活了NRAS信号传导，该信号以6 wpf的频率启动了脑肿瘤的形成，表明OPC是这些肿瘤的起源细胞，而且可以通过激活的RAS / MAPK信号传导进行转化。

组织学和跨物种的基因组分析表明，与任何其他CNS-PNET亚型甚至正常的斑马鱼脑相比，斑马鱼脑肿瘤与人CNS NB-FOXR2肿瘤的相似性更高令人惊讶的是，斑马鱼CNS NB-FOXR2肿瘤对MEK抑制剂（AZD6244）的治疗选择性敏感，表现为肿瘤负荷显著减少，总生存期增加。AZD6244目前正处于治疗小儿脑肿瘤的临床试验中，可以有效地用于治疗CNS NB-FOXR2患者。

这些研究表明，斑马鱼能如何被用于快速测试细胞遗传学起源和通路激活预测，这些预测源于目前针对小儿脑肿瘤实体（包括罕见亚组）靶向疗法开发的新基因组数据。

斑马鱼似乎是用于检测OPC衍生的儿科肿瘤的遗传驱动力的优秀动物模型。例如，斑马鱼中nfla / b或rb 1肿瘤抑制基因的丢失（通常为p53缺陷）会产生类似于少突胶质细胞瘤的脑肿瘤或类似于CNS-PNETs的胚胎肿瘤。

这些研究表明，OPC衍生的儿科肿瘤获得遗传或表观遗传学变化，终导致E2F转录因子家族激活，并且提示此类肿瘤对E2F抑制剂（例如HLM006474）敏感，而不考虑当初的致癌驱动因素。

2、神经母细胞瘤（NB）:

NB是一种起源于神经衍生的周围交感神经系统的实体瘤。它是婴儿中常见的非颅骨实体瘤，好发于肾上腺。NB患者的治疗方法通常包括手术切除、化疗、放疗和骨髓移植。

目前，更好地了解高危NB的潜在机制很有必要，因为这些患者的5年生存率仅为50％。斑马鱼系统对于发现新的致癌驱动因素，联合基因突变和促进高风险NB的发育转录网络以及新的治疗模式具有极其重要的价值。

3、神经母细胞瘤的斑马鱼模型:

在约20%的NB患者中观察到MYCN基因的扩增，其与预后不良有关。NB的斑马鱼模型是通过使用多巴胺-β-羟化酶（dβh）启动子将人MYCN基因靶向表达到发育中的周围交感神经系统来驱动的。低（17％）和高（70％）风险的NB斑马鱼模型已建立，以分别用于检测可增加或减少肿瘤负荷的协同突变。低风险NB模型Tg（dβh：EGFP-MYCN）表达EGFP-MYCN融合蛋白，而高风险Tg（dβh：EGFP;dβh：MYCN）模型涉及EGFP和MYCN基因的共整合而不是融合。在这两种模型中，斑马鱼NB肿瘤在组织学上都与人NB类似，并且主要在肾间腺（斑马鱼与人肾上腺髓质等同的部位）中出现。

低风险Tg（dAh：EGFP-MYC）NB模型已用于鉴定与MYCN协同促进NB肿瘤发生的许多基因。例如，MYCN扩增的患者经常存在RAS信号通路的修饰，包括ALK，NF1和PTPN11的突变。MYCN与ALKF1174L，PTPN11E69K的共表达或nf1的缺失减少了肿瘤发作的潜伏期并增加了得肿瘤的风险。这些研究表明，RAS通路的激活是引起体内发生侵袭性NB的重要事件，并且RAS通路抑制剂可能能够有效减缓或预防MYCN扩增的NB的疾病进展。重要的是，目前正在评估ALK抑制剂在高危NB中的临床疗效。

高风险的NB患者经常表现出较广泛的基因组重排，包括染色体的获得和缺失。因此，斑马鱼NB模型已用于筛选存在于染色体失衡区域的潜在恶性肿瘤相关基因。在斑马鱼NB模型Tg(dβh:EGFP-MYCN)品系中，测试了代表了高危NB病例中典型的染色体获得的位于1q号染色体上的候选基因能否改变肿瘤发生的风险，并且消化器官扩增的能力因子（DEF）基因被鉴定为NB在体内的协同驱动子。

此外，def单倍剂量不足可通过诱导细胞凋亡显著降低高风险Tg（dβh：EGFP;dβh：MYCN）品系以及人NB细胞系中的肿瘤生长。因此，DEF可能成为具有1q染色体获得的NB患者新的治疗靶点。

大约50％的高危NB病例没有MYCN扩增，因此其他遗传或流行病事件可能导致了这些高度恶性的癌症。例如，近的一项研究表明，MYMY的同系物cMYC可以诱导斑马鱼的侵袭性NB。这是提供人类细胞和患者样本数据的动物模型，该模型显示10％的不依赖MYCN的高风险NBs通过8q24易位的远距离增强子或增强子劫持而引起cMYC mRNA和蛋白水平异常表达。因此，现在可以根据MYCN与cMYC蛋白的表达对高危NB患者进行分层，以终实现精准医疗。

NB的一项重大临床挑战是转移的治疗，这在NB诊断时经常出现。全基因组关联研究确定LIM-only结构域基因（LMO1）与高度转移性NB肿瘤密切相关。LMO1与MYCN的共表达仅轻微改变肿瘤风险和发病，但会显著增加NB转移的发生。LMO1的过表达还增强了人NB细胞的迁移能力，并上调了参与细胞外基质重塑的基因。这些研究为快速发现能影响体内NB转移的其他遗传事件和/或药物铺平了道路。