第二节 脑胶质瘤的实验诱发模型
研究表明，80%的肿瘤与环境因素有关。据估计，大约4%~20%的癌症可直接归因于职业暴露。癌症被认为是遗传因素和环境因素相互作用的结果，肿瘤的发生由外环境与内环境两大因素造成。外环境因素包括化学性（如某些烷化剂、亚硝基化合物等）、物理性（如电离辐射等）与生物性（如某些病毒）等致癌因素，而内环境则是指人类个体的遗传素质。
人体癌症的发生是一个漫长而复杂的过程，而环境因素所诱发的动物肿瘤与人类肿瘤发生进程相似，被认为是类似于人类肿瘤的动物模型。目前，实验诱发模型根据诱导剂的不同，大体上分为化学物质诱发和病毒诱发两类模型。
一、化学物质诱发模型
（一）化学致癌剂的种类
自20世纪初，许多学者不断尝试利用各种不同化学致癌剂注入实验动物脑内诱发脑肿瘤。如，将乳化焦油注入兔蛛网膜下腔内（1928），将纱布浸满焦油敷于兔大脑的表层（1930），苯并芘水晶植入大鼠大脑皮层或将油性苯并芘注入大鼠脑内（1936）等，但上述方法都未能使动物罹患胶质瘤。
化学物质诱发脑胶质瘤获得成功首见于1939年，Seligman把多环芳香烃类的甲基胆蒽丸剂植入小鼠脑内，诱发出胶质瘤和神经鞘瘤。此后该方法被沿用了二十多年，后因这种肿瘤的发生存在人为因素，且与胶质瘤发生的实际情况相差甚远，迄今已不再使用。
1965年，Druckrey等利用N-甲基-N-亚硝基脲（MNU）在中枢神经系统和周围神经系统中获得较高的肿瘤发生率。其所在研究小组在1970年又报道了N-乙基-N-亚硝基脲（ENU）在新生鼠中成功诱发出中枢神经胶质瘤。Jesús Vaquero（2013）和Mercedes Zurita（2013）等发现N-乙基-N-亚硝基脲，N-丙基-N-亚硝基脲，N-丁基-N-亚硝基脲和N-三甲基-N-亚硝基脲等作为神经系统致癌剂经胎盘给药或在新出生后早期给药都可以获得较高的神经系统肿瘤发生率，其中，以N-乙基-N-亚硝基脲（ENU）效果最佳。由N-乙基-N-亚硝基脲诱发的Fischer大鼠脑胶质瘤模型，联合影像学，有学者认为是模拟治疗低级别胶质瘤的有效方法。
化学致癌剂的种类虽然繁多，但由于MNU和ENU这两种化学致癌剂有很高的中枢神经系统肿瘤诱发率，因而得到广泛认同并用于化学诱导建模。MNU多用于成年动物的给药，而ENU则多用于围产期动物的给药。
（二）化学物质诱发脑胶质瘤形成的影响因素
利用化学致癌剂制备脑胶质瘤化学诱发动物模型，要考虑动物的种属、年龄以及致癌剂的剂量和给药方式等，这些都是影响肿瘤发生率、分布、组织类型及生存时间的重要因素。Jesús Vaquero（2013）等对这些因素做了如下总结：
1.种属
不同种属对亚硝基脲致瘤的易感性不同。Sprague-Dawley、Fischer、Long-Evans和Wistar大鼠等普遍易感。同时，不同种属对同一致癌剂的反应亦不相同，如MNU能诱发出雄性Sprague-Dawley大鼠中枢神经系统的肿瘤，而对雄性Fischer，诱发出的则是周围神经系统的肿瘤。
2.年龄
胎儿、新生儿动物对神经系统致癌剂的反应与成年动物不同。主要体现在以下几点：①同样的化学致癌剂对不同年龄段的动物致癌效果不同。成年动物需要重复给药才能获得神经肿瘤的高发生率，而围产期动物单次给药即可使近90%~100%的动物诱发出神经系统肿瘤。此外，一些致癌剂如二甲肼仅对大鼠胎儿及新生儿大鼠有效，而不能在成年鼠中诱发出神经肿瘤。②经胎盘给药，大鼠要在怀孕11天后进行，过早给药会引起胎盘毒性和致畸作用。神经系统在孕11天后对化学致癌剂敏感性陡增，孕后期达到顶峰，而到足月后则对神经致癌剂的反应已与成年大鼠无异。③成年动物肿瘤主要发生在脑内，而围产期的动物，肿瘤通常发生在脊髓和外周神经。孕后期给药常常引发三叉神经肿瘤，同时脑肿瘤的数量要低于孕15天给药时。④产前给药可增加神经特异性致癌效应，经胎盘给药发生的几乎都是中枢神经系统肿瘤，产后用药诱发的多是神经系统外肿瘤。
3.药物剂量及给药方式
实验动物的肿瘤发生率和潜伏期与致癌剂剂量相关。如ENU，经胎盘给药时，伴随着剂量从80mg/kg到5mg/kg范围内的递减，肿瘤发生率从100%降低到63%。新生儿大鼠亦是如此，随着ENU剂量递减，潜伏期也从180天延长到500天。致癌剂的给药方式对所诱发肿瘤的发生部位和组织学类型至关重要。如亚硝基脲局部用药导致的是局部肿瘤的形成，而静脉给药则诱发全身系统的肿瘤。
4.激素和免疫因素
致癌剂所诱发的肿瘤类型可能受动物体内激素水平的影响。如在孕鼠，MNU所诱发的多是子宫、阴道和乳腺的肿瘤，而在非怀孕大鼠，相同剂量的MNU所诱发的肿瘤则不同。Schreiber（1972）等发现接受过卵巢切除术后的大鼠，MNU给药后所诱发的神经系统外的肿瘤数量增加。然而，无论是切除卵巢，还是服用睾酮或者其他口服避孕药，都不会改变发生癌变这一结局。
关于免疫因素在神经系统肿瘤发展中的作用所知尚少。Delinger（1973）等研究了细胞免疫抑制在Fischer大鼠MNU致癌过程中的作用，他们发现在应用抗淋巴细胞血清后，神经源性肿瘤的发生率并未发生变化。
（三）化学物质诱发脑肿瘤的类型及发生部位
动物脑胶质瘤组织类型的研究手段包括普通病理切片的HE染色观察、电镜的超微结构观察和免疫组化的分子标记物检测等。这些检查结果的判断有赖于有经验的神经病理学专家的专业知识。目前，化学致癌剂所诱发的神经系统肿瘤组织学类型大体上被认为类似于人类的胶质细胞瘤和恶性神经鞘瘤。其中，胶质瘤的组织学类型主要组成为星形细胞瘤和少突胶质细胞瘤样肿瘤（oligodendroglioma-like tumors）或二者之混合类型。尽管MNU和ENU引发的肿瘤在组织学类型上大体相同，但有学者指出，二者引发的肿瘤还是存在一定差异。通常，ENU诱导的胶质细胞瘤分化程度被认为要较MNU诱导的好，ENU所诱发的间变性神经鞘瘤样肿瘤（anaplastic Schwannoma-like tumors）所占的比例要比MNU诱导的多。在MUN诱发的动物模型中，近10%的动物体内发现胶质肉瘤，而在ENU诱发的动物中发现大多是恶性的少突胶质细胞瘤样肿瘤和恶性的神经鞘瘤样肿瘤，并没有发现胶质肉瘤病例。
化学致癌剂所致的脑肿瘤通常发生在脑室的周围、大脑皮层下白质及海马等部位。脑室周围肿瘤通常发生在侧脑室附近，包括尾状核和胼胝体，小脑肿瘤极为少见。化学致癌剂所致肿瘤的类型和部位差异，同致癌剂的种类、给药剂量、动物种属类型及遗传背景、给药时动物所处生长环境等诸多内外因素相关。所以，利用化学致癌剂诱发的脑胶质瘤模型，虽然病程与人类胶质瘤较为接近，但由于化学致癌剂诱发的胶质瘤遗传背景复杂，种类不一、性质不稳定，近年来应用逐渐减少。但早期获得的化学物质诱发肿瘤，体外扩增后，所获得的胶质瘤细胞株，对其遗传背景、组织学类型及生物学特性等研究较为详细，如C6、9L、T9、RG2和F98等，现多用于各种同源或异种移植动物模型制备，已被广泛用于胶质瘤发病机制及新治疗方法疗效评估实验中。
二、病毒诱发模型
迄今为止，脑胶质瘤，尤其是恶性化程度高的胶质母细胞瘤被认为是所有恶性肿瘤中接受综合治疗预后最差的一类中枢神经系统肿瘤。寻找脑胶质瘤有效治疗方法，是神经外科领域亟待解决的一大难题。一直以来，神经肿瘤学研究者们致力于建立理想、可靠、模拟程度高的脑胶质瘤动物模型，以尝试、验证各种新治疗方法的疗效和进行毒副作用研究。尽管动物的自发肿瘤被认为是最接近于人类肿瘤发病进程，其模型优于移植模型在疗效研究中的应用。但由于自发肿瘤发病率低、组织学类型差异较大，来源困难等因素，用自发模型做规模性疗效研究难以实现。人类肿瘤病因学研究中发现，多种肿瘤的发生与病毒相关，其中包括脑肿瘤。所以，除了化学诱导，研究者们也尝试利用病毒来诱发肿瘤，以期开发出能用于化学治疗和免疫治疗等研究的脑胶质瘤动物模型。
目前应用于诱发脑胶质瘤动物模型的病毒可分为两类，一类是RNA病毒，另一类是DNA病毒。代表性的RNA病毒有劳斯肉瘤病毒（Rous sarcoma virus，RSV）或称禽类肉瘤病毒（Avian sarcoma virus，ALV）；DNA病毒有人多瘤病毒（BK virus，BKV）和JC病毒（JCV）。RSV和ALV同属于反转录病毒科禽C型反转录病毒群。20世纪60年代末起，一些科学家尝试利用RSV和ALV制备颅内胶质瘤动物模型，并在多种动物中获得成功，包括犬、猴、豚鼠、仓鼠、小鼠、大鼠等。Bigner（1969）等把浓缩的RSV病毒注射入新生犬脑内，诱发出胶质瘤。Tubuchi（1985）等将RSV感染的鸡胚胎成纤维细胞注射至猴脑内，在15只实验动物中，有11只罹患了脑肿瘤，其中包括一定比率的脑胶质瘤。ALV的研究主要集中在20世纪八、九十年代，在多种动物中都获得了较高的脑胶质瘤发生率，尤其是星形细胞瘤。DNA病毒JCV和BKV同属于多瘤病毒家族。被认为与人类多种癌症的发生有关联，如少突胶质细胞瘤、成神经管细胞瘤及结肠癌等。尽管JCV和BKV同源且在多种种属动物中都获得了较高的脑肿瘤发生率，但所诱导的肿瘤类型仍有差异。JCV多诱发胶质瘤。Walker（1973）等报道，在刚出生时接种JCV的仓鼠，有83%罹患了胶质瘤；London（1978）等将JCV接种到4只猴脑内，有2只猴诱发了脑肿瘤，其中，1只为星形细胞瘤，另1只为胶质细胞和神经元细胞混合型的恶性肿瘤。而BKV多诱发动物的室管膜瘤。病毒诱发模型可用于胶质瘤放化疗研究；由于被接种动物常常会表达某些病毒性肿瘤特异性抗原，故在免疫治疗研究中并不采用这种模型。
化学致癌物质和致瘤病毒在自然界中普遍存在，且都能诱发动物脑胶质瘤的发生，并在很大程度上模拟了自然状态下人脑胶质瘤的发生状况。尽管诱发模型类似于人类发生的脑胶质瘤，但其致瘤周期不一，耗时长，肿瘤发展不确定，且在组织学及生物学行为上与人类的肿瘤仍有差异，因此，诱发模型在实际应用中常常并不被研究者所采纳。