介绍
头颈癌一直是世界上最常见的六种癌症之一。仅口腔癌和咽癌一项就导致全球337931例新发病例，每年183613人死亡[1]. 2008年，美国新诊断出35310例头颈癌，约占所有确诊癌症的2.5%[2]. 90%以上的头颈部癌症是上消化道鳞状细胞癌，包括口腔、咽喉和副鼻窦。此外，头颈部上皮性肿瘤可发生在唾液腺和甲状腺。尽管我们在头颈癌的预防和治疗方面取得了进步，但在过去几十年中，头颈癌患者的生存率并没有显著提高。治疗失败通常以局部和区域复发的形式出现。我们对这些肿瘤类型的局部和区域转移机制的了解有限，因此导致头颈癌患者预后不良。
虽然没有任何动物模型完全适用于每种人类癌症，但人们普遍认为，使用临床前动物异种移植瘤模型有助于建模疾病的生长和传播，并有助于获取有关新抗肿瘤药物的作用机制和疗效的信息。文献中有很多文章记录了癌症生物学和人类癌症异种移植模型中抗癌药物的临床前评估。
动物模型被越来越多地用于提高我们对头颈癌区域性和远处转移扩散机制的理解。本文综述了头颈部肿瘤小鼠异种移植模型的研究进展。这些模型有助于阐明区域和远处转移的机制，以提高我们治疗头颈癌的能力。
皮下异种移植模型
1955年，国家癌症研究所（NCI）开始使用小鼠模型，该模型携带快速生长的小鼠白血病细胞，并通过腹腔注射进行系统药物筛选。这些模型成功地确定了治疗药物对血液恶性肿瘤的作用，但对于开发治疗实体肿瘤的药物来说，它们没有那么有用。1971年，实体瘤的异种移植研究获得了重大进展，因为观察到无胸腺裸鼠可以用来建立和生长人类肿瘤[三]. 厌食症小鼠缺乏成熟的T细胞，这些T细胞被认为参与肿瘤免疫监测，对“自我”识别和破坏移植的非自我组织至关重要。T细胞功能的丧失使包括肿瘤细胞在内的跨物种“异种移植”组织能够被受体动物的免疫系统耐受。
大多数使用异种移植物肿瘤模型进行的临床前研究都使用了肿瘤细胞的皮下植入。一些研究报告称皮下异种移植模型可以预测细胞毒药物的临床活性[4-6]. 然而，其他研究提供了相反的观点。NCI国家癌症研究所回顾性地审查了39种药物，这些药物是使用皮下异种移植模型进行临床前研究和在人类患者中进行II期临床试验的。分析表明体内除非小细胞肺癌外，临床前动物模型中的抗肿瘤活性与相同组织学人类癌症的治疗反应没有密切关系。[7].
皮下肿瘤模型因其易于肿瘤建立、测量和重复性而具有优势[8]. 然而，异位皮下异种移植模型在研究调节肿瘤微环境的药物方面用处不大，因为异位部位不能像原位部位那样再现原发肿瘤部位的微环境。这一原理已被用来解释为什么许多在皮下异种移植物模型中显示出有希望活性的治疗化合物在临床试验中测试时显示出令人失望的结果[9]. 临床前试验和临床试验中药物活性的差异可能与临床治疗晚期和/或转移性疾病有关。传统皮下异种移植模型不能再现晚期局部或远处转移性疾病[10]，因为它们没有转移肿瘤细胞的器官特异性环境，也不代表常见的转移部位。例如，Sharkey和Fogh[11]在涉及11种不同肿瘤株的1045只裸鼠中，皮下转移的发生率仅为1.3%。
自20世纪80年代初以来，头颈部癌症的异种移植模型已经出版。1984年，Braakhuis等人[12]报道了他们的头颈癌异种移植模型，该模型是从130例人头颈癌新鲜手术标本中植入裸鼠皮下组织建立的。26%的小鼠出现肿瘤生长，分化不良、转移性和下咽肿瘤的动物生长速度最高。在另一项研究中，Baker报告说，21个鳞癌细胞系中有16个（76%）异种移植到裸鼠体内，形成了活的肿瘤结节。在这些文章中，没有发现转移的证据[13].
原位异种移植模型
Tan等人于1977年发表的关于原位异种移植模型的首批报告之一，建立了将小鼠结肠腺癌原位移植到同基因小鼠结肠中，与异位注射相比，肝转移增加[14]. Tan等人的这项研究和其他研究发现，原位异种移植模型可以代表与肿瘤原发部位和转移有关的更具临床相关性的肿瘤模型[8]. 在原位异种移植物模型中，与皮下异种移植模型相比，通过将肿瘤细胞植入原始解剖部位，可以更接近地模拟宿主微环境。一些研究指出，皮下生长的肿瘤与原位生长的肿瘤相比，其生物学行为存在差异。器官特异性环境也有助于评估抗肿瘤治疗，因为异种移植瘤对药物和/或辐射的敏感性可能会受到其位置的调节，转移可能会受到肿瘤植入部位的影响。原位模型的优点之一是原位移植肿瘤细胞可以导致高比率的肿瘤自发转移，而皮下移植的相同细胞很少转移[10]. 原位系统的另一个优点是，可以在更具临床相关性的部位尝试靶向与局部侵袭有关的过程（例如，抑制蛋白酶或干扰血管生成）[15]. 最后，一些研究人员描述了皮下模型和原位模型中临床前药物活性的差异，并报告说原位模型更适合预测临床反应[15,16].
原位异种移植模型也有一些缺点。例如，这些模型的建立可能在技术上更具挑战性，并可能导致动物发病甚至死亡。此外，对于内部、难以接近的原位部位，可能难以持续评估抗肿瘤疗效。然而，使用非侵入性方法测量肿瘤体积，包括小动物磁共振成像；正电子发射断层成像；具有特定荧光特性的报告基因，例如稳定的绿色荧光蛋白[17,18]; 和萤光素酶基因[19]，有助于克服这些障碍，准确测量内部植入的原位肿瘤[15,20].
头颈部肿瘤原位异种移植模型
自20世纪80年代末以来，已有报道称头颈部鳞状细胞癌（HNSCCs）的原位异种移植物模型[21-24]. 在其中一项研究中，Fitch等人[21]从裸鼠新鲜人肿瘤皮下异种移植模型中抽吸细胞，然后将这些细胞注射到裸鼠的舌中。作者报告了86%的植入性口腔肿瘤的发病率[21]. Dinesman等人[22]将肿瘤细胞通过下颌下途径植入裸鼠口腔底部。他们报告称，5%的小鼠有淋巴结转移，40%的小鼠有肺转移，这支持了原位异种移植模型有效再现人类患者肿瘤转移模式的假设。Simon等人报道了另一种口腔底部侵袭异种移植模型[24].
Kawashiri等人报道了一种颈淋巴结转移率高的口舌鳞状细胞癌（SCCOT）原位舌下模型[23,25]. Myers等人还通过将人细胞系注射到裸鼠的口腔中建立了SCCOT的原位模型，导致颈部淋巴结的形成和肺转移[26]. 在那篇文章中，作者发现，在原位舌肿瘤发生后，通过从颈部淋巴结中分离区域性转移而连续传代淋巴结，产生了比其亲本系更具转移性的细胞系。Myers等人还表明，将口腔癌细胞注射到舌中而不是裸鼠皮肤下时，口腔癌细胞的致瘤性更强。Qui等人将新鲜淋巴结转移人类标本植入裸鼠的舌头中，以建立其舌头原位模型[27]. 这些作者报道，淋巴结的连续传代导致了细胞系的发展，这些细胞系更有可能转移到颈部淋巴结。
因为可以相对容易地接近动物的口腔舌，所以建立口腔癌的原位模型并不复杂。简言之，在我们的研究所，老鼠被麻醉，用一把小齿镊子在中线抓住舌头，露出舌头。然后是1×10三至1×106用1毫升结核菌素注射器和30号皮下注射针将头颈部鳞癌细胞注射到舌粘膜下。裸鼠口腔原位舌癌在组织学上与人类SCCOT相似（图). 该技术相对容易建立并导致颈部淋巴结转移，因此具有许多潜在的应用，例如研究HNSCC的致瘤性、生长和转移的系统细胞和分子机制，以及评估SCCOT新治疗方案的效果[28-30].
SCCOT原位异种移植物的舌肿瘤和颈淋巴结转移（A）从分化良好的鳞状细胞癌患者分离的OSC-19细胞原位舌下植入后的原发性舌肿瘤。裸鼠舌头接种OSC-19细胞，35天后处死小鼠。然后进行尸检，发现舌头上有一个明显的肿瘤。（B） 荧光素酶转导的OSC-19 LN2-Luc细胞原位舌下植入引起的区域转移。将OSC-19 LN2-Luc细胞注射到小鼠舌尖。细胞接种13天后，手术切除原发肿瘤。第82天，观察到颈部淋巴结转移的光子发射强度增加。（C） 和（D）OSC-19舌肿瘤和OSC-19颈淋巴结的血氧合蛋白和曙红切片显示（*）处有鳞状细胞癌。
只有少数关于其他头颈癌原位模型的研究发表过。例如，Kim等人[31]报道了利用间变性甲状腺癌细胞系建立甲状腺癌原位模型。作者表明，将甲状腺癌细胞注射到甲状腺而不是裸鼠皮肤下时，其致瘤性更强。Ahn等人[32]还建立了一种裸鼠原位甲状腺乳头状癌模型，其技术与Kim等人[31]. 这些甲状腺原位小鼠模型已被用于测定新型分子靶向药物对侵袭性甲状腺癌的作用[33-36].
在另一项研究中，Gelbard等人报道了将人表皮样肿瘤细胞系注射到裸鼠的右上颌窦或软腭中，建立了鼻腔鼻腔恶性肿瘤的原位小鼠模型[37]. 最后，Younes等人在裸鼠腮腺建立了唾液癌原位模型，并报道了表皮生长因子受体/血管内皮生长因子受体靶向剂的治疗效果[38]. Choi等人也报告了同样的模型[39].
虽然在原位模型中很难监测肿瘤生长和转移扩散，但无创成像方法在头颈癌原位模型中对原发肿瘤和颈部淋巴结转移的可视化非常有用。例如，绿色荧光蛋白已被用于对原发性口腔鳞癌和转移进行成像[26,40]萤火虫荧光素酶的生物发光被用于非侵入性体内肿瘤测量。对于这种生物发光系统，肿瘤细胞需要转染荧光素酶基因，然后在成像前给予底物荧光素[41].
我们使用荧光素酶转导的SCCOT细胞系和原位动物模型来观察SCCOT的生长和转移体内用绿色荧光蛋白和萤火虫萤光素酶基因用pBMN-I-lucoferase-GFP逆转录病毒感染SCCOT细胞，我们使用IVIS 200成像系统（Xenogen Corporation，Berkeley，CA）分析了这种SCCOT原位小鼠模型的原发性肿瘤生长和区域转移[30,42]. 通过这种方式，我们能够监测区域转移，并使用局部光子发射量化原发性SCCOT的生长。为了监测颈部淋巴结转移的行为，部分舌癌切除术可用于减少原发肿瘤的排出物，延长动物存活时间，使转移有更多的时间发展（图). Henson等人成功地将荧光素酶基因用于体内在原位口底模型中可视化局部肿瘤生长和转移[43]. 虽然迄今为止，仅有少数研究人员报道了使用荧光素酶标记的癌细胞的技术，但它似乎有助于监测对靶向治疗药物的反应[30]. 这项技术将使研究人员能够更好地研究HNSCC区域转移的治疗体内.
荧光素酶转导细胞原位移植小鼠的生物发光成像.小鼠原位植入荧光素酶转导的OSC-19 LN2-Luc细胞的生物发光成像。使用IVIS 200成像系统对小鼠进行成像（Xenogen Corporation，Berkeley，CA）。简而言之，小鼠首先经腹腔注射40 mg/kg荧光素（Xenogen Corporation），然后用2%异氟烷麻醉（伊利诺伊州芝加哥阿伯特实验室）。第7天，小鼠没有颈部淋巴结转移。到第12天，小鼠的肿瘤从舌头扩散到颈部淋巴结。第13天手术切除原发肿瘤，以提高动物存活率，并为淋巴结转移的生长和进一步发展留出时间。第82天，观察到颈部淋巴结转移的强度增加。
