中枢神经系统胶质瘤癌细胞具有明显的侵袭性和浸润性，导致手术不能完全切除病灶。阐明肿瘤细胞侵袭的潜在机制有助于改进治疗结果，因此需要利用动物模型来研究脑胶质瘤的侵袭性及其对大脑结构和功能的影响。将脑肿瘤细胞移植到动物体内可以模拟人体内恶性脑肿瘤的生长方式及特点，笔者就目前常见大鼠脑胶质瘤模型种类特征及其研究现状做一综述。

1　大鼠脑胶质瘤模型

       目前使用的大鼠脑胶质瘤模型主要有C6、9L、F98、U87MG、GBM22等胶质瘤模型，其中最常使用的是C6脑胶质瘤模型。

1.1　C6胶质瘤模型

       C6胶质瘤细胞株最先由Wistar-Furth大鼠接触N，N’亚硝基甲基脲诱导产生，这种瘤细胞株在形态学上与GBM相似，核呈多形性，所形成的肿瘤周围有一层反应性增生的星形细胞，肿瘤生长速度较快，呈浸润性生长。

       针对C6细胞株一般采用的荷瘤大鼠有Wistar大鼠，Sprague-Dawley(SD)大鼠和Long-Evans大鼠，同时也见少数Fischer344大鼠用于种植C6细胞，移植部位一般为大鼠尾状核内^[1,2]。对于SD大鼠和Long-Evans大鼠，种植C6细胞所形成的瘤体边界清晰并且有包膜，类似于人脑转移瘤和自发性胶质瘤；而在Wistar大鼠脑内形成的肿瘤更具有人恶性胶质瘤的特点，包括核多形性、高有丝分裂指数、瘤内局灶坏死出血和脑实质浸润。C6/Wistar模型所形成的胶质母细胞瘤表现出明显的侵袭性，整个中枢神经系统内都可以见到单个迁移的C6细胞。瘤细胞通常沿着神经纤维和血管周围间隙迁移，这种迁移方式同样见于大鼠脑内的人异种移植肿瘤细胞和人脑内恶性胶质瘤细胞。由于C6细胞可以单独侵袭瘤周神经组织，可以通过特殊的染色技术将它们与正常胶质细胞区别开来，例如荧光法、事先标记肿瘤细胞的免疫染色等^[2,3,4]。

       研究发现C6细胞倾向于围绕血管生长，提示其具有亲内皮基底膜的性质，因此C6细胞生长和成瘤与内皮细胞有着紧密的联系。对比C6细胞在不同品系大鼠成瘤的特点，C6/Wistar大鼠脑胶质瘤模型更具有自然状态下GBM的特点。另外，通过不同的接种方式也可以进行肿瘤生长、肿瘤脑实质侵袭和肿瘤脑脊液播散等具体研究^[2,5]。

       但是C6细胞所形成的肿瘤并不具有与人GBM相同的异质性、免疫细胞化学特点和侵袭能力，将同样由亚硝基甲基脲诱导产生的A15A5和F98细胞株分别接种到BDIX和Fischer大鼠上时，也无法得到与人GBM特点相一致的肿瘤。虽然目前认为C6细胞株由亚硝基甲基脲诱导Wistar-Furth大鼠产生，但其实际来源尚不清楚。

       Parsa等^[6]认为C6细胞对于Wistar大鼠、SD大鼠、BDX大鼠和BDIX大鼠属于同种异体细胞，并在接种后会诱导免疫反应，因此在使用这一模型进行生存研究时要注意其异种性的影响。虽然C6胶质瘤模型存在上述的局限性，但对于研究胶质母细胞瘤生长、侵袭和血管生成等方面依然是切实可行的。

1.2　9L胶质瘤模型

       除了C6脑胶质瘤模型外，9L胶质瘤模型的使用率也比较高。其中9L胶质肉瘤模型是将N-甲基亚硝基脲连续注射给Fischer344大鼠约26周诱发而成，属于胶质细胞起源的恶性肿瘤^[7]。将9L瘤细胞移植到Fischer大鼠尾状核内后，镜下可见瘤体由密集的肿瘤细胞所构成，9L细胞呈圆形或梭形，瘤细胞具有高核浆比和变形的核仁，病灶内无自发性坏死^[3]。

       Platten等^[8]和Wild-Bode等^[9]发现将9L瘤细胞种植到Fischer344大鼠纹状体内后，9L细胞主要沿血管周围通路浸润；而Zhang等^[10]发现将9L瘤细胞种植到Fischer344大鼠丘脑内时，瘤体内可见紧凑排列的瘤细胞，肿块边缘光滑。由此可见，9L细胞在大鼠脑内的迁移形式可能受到种植部位的影响。

1.3　F98胶质瘤模型

       F98胶质瘤细胞株广泛用于同源大鼠颅内移植进行神经肿瘤学研究。此细胞株由Wechsler等对孕20 d BD IX大鼠静脉注射N-乙基-N-亚硝基脲诱导产生^[11]。

       目前认为F98细胞是间变性胶质瘤理想的模型，具有高浸润性、低免疫原性和中度血管生成活力，同时也具有人GBM的一些属性，普遍作为临床前期啮齿类动物胶质瘤模型^[11,12]。其荷瘤大鼠一般选取Fischer344大鼠，种植后可以形成良好的间变性胶质瘤模型。瘤细胞种植约12 d后MRI显示瘤体呈等T1、长T2信号，肿瘤边界不清楚，周围可见明显水肿区域，占位效应明显。HE染色镜下见肿瘤边缘瘤细胞浸润。目前研究认为，F98胶质瘤模型比C6模型浸润性更强，且F98细胞与Fischer344大鼠具有协同性，免疫应答反应较弱，有利于模型的成功建立^[13,14]。

1.4　GBM22和U87MG胶质瘤模型

       常见的来自人GBM的细胞株有GBM22细胞株和U-87MG细胞株。其中GBM22细胞株经过连续传代后作为异种移植物植入大鼠脑内。与其他胶质瘤模型不同的是，GBM22细胞具有人GBM的高度侵袭性和坏死等特征^[7]。由于GBM22细胞来源于人GBM，与其他胶质瘤细胞相比属于异源性细胞，因此种植到动物体内会产生强烈的免疫反应，造成肿瘤生长缓慢、受限，甚至瘤体发生缩小，个别情况下可出现肿瘤被消除等现象^[15,16]。因此荷瘤大鼠一般选取无胸腺裸鼠。U87MG人胶质瘤细胞株也来源于人类胶质瘤，与GBM类似，U87MG细胞在免疫缺陷啮齿动物体内所形成的肿瘤表现出高度细胞异型性，例如有丝分裂象、不规则核仁以及丰富的新生血管^[13]。然而与GBM不同的是，这种肿瘤缺乏浸润性生长的特点，肿瘤边界清晰且周围有反应性星形细胞增生^[3]。此外，文献中涉及的其他大鼠胶质瘤细胞株还包括U251、U118-MG、U138-MG、RG2、N29、N32、BT4C、Mayo22、T98G、LN-229、SHG44、CNS1等^{[17,18,19,20,21,22,23,24]}。

       目前研究认为，胶质瘤可以在脑内弥漫性蔓延，尤其是沿着白质纤维束进行扩散。虽然肿瘤细胞侵袭的分子机制尚不明确，但普遍认为与沿瘤细胞播散路径表达的细胞外配体有关；同时，基质金属蛋白酶也为肿瘤侵袭提供了一个相对自由的环境^[25,26]。但是，目前关于脑内具体的解剖结构是否会影响肿瘤细胞沿白质纤维束迁移能力的研究很少。以C6细胞为例，Zhang等^[27]利用氧化铁纳米颗粒标记的C6细胞分别植入到SD大鼠前联合附近和尾状核来观察瘤细胞迁移情况。种植后6 d，前联合组可见瘤细胞沿前联合迁移，尾状核组瘤细胞未发现迁移；种植后12 d，前联合组瘤细胞跨越前联合迁移至对侧大脑半球，而尾状核组未见此现象。对于尾状核组，虽然瘤细胞生长迅速，但是瘤体只局限在同侧大脑半球，这一实验结果与Pedersen等^[28]研究发现类似。与外周神经系统不同的是，中枢神经系统的轴突有髓鞘被覆，Demuth等^[25]研究发现，相对于未髓鞘化的纤维束和灰质，肿瘤细胞更偏好于沿着髓鞘化的纤维束迁移。这些研究结果说明肿瘤的侵袭和迁移模式受到解剖部位的影响。

2　大鼠胶质瘤模型研究现状

       目前国内对大鼠胶质瘤模型的研究内容主要包括介绍建模方法、模型的影像学和病理特征观察以及基于模型的基础实验研究三个方面。其中常见的大鼠胶质瘤模型主要有C6/Wistar、C6/SD、9L/Fischer344模型，而F98/Fischer344等其他模型则很少见。这种情况可能是由于目前可获得的大鼠胶质瘤细胞株种类较局限，而一些细胞株仅见于国内少数个别研究机构，现有条件的限制使得研究者无法方便获取理想的实验材料。

       关于C6/Wistar、C6/SD这两种在国内被广泛建立并使用的大鼠脑胶质瘤模型，目前研究认为前者的瘤体特征及生长方式更接近于人脑恶性胶质瘤，更适合用来研究脑胶质瘤的发病机制和治疗方法；而后者成瘤时间相对较长、自身免疫活性更高而可能存在肿瘤自然消亡的自愈倾向^[29,30,31]。另有学者进行了C6/Wistar和9L/Fischer344两种大鼠脑胶质瘤模型局部细胞免疫反应的对比研究，认为后者模型的建立更适用于胶质瘤免疫治疗研究^[32,33]。虽然C6/SD模型存在一些限制，但是一方面由于目前可获取的胶质瘤细胞株种类较少以及一些理想的实验材料获取途径相对困难等研究条件的限制；另一方面C6/SD模型仍可根据不同实验需要而被采用。所以此胶质瘤模型仍被国内学者广泛用于建模研究。相比之下，国外可用于研究大鼠胶质瘤的模型种类较多，除了常见的C6/Wistar、C6/SD及9L/Fischer344大鼠胶质瘤模型外，较多使用的模型还包括F98/Fischer344、U251/裸鼠、GBM22/裸鼠、U87-MG/Fischer344、RG2/Fischer344、T9/Fischer344等大鼠脑胶质瘤模型^{[3,7,11,13,18,19,20]}。

       不同的大鼠脑胶质瘤模型所形成的肿瘤其常规MRI成像特点相差不大，以C6/Wistar大鼠胶质瘤模型为例，肿瘤一般在T1WI上呈等信号，T2WI上呈高信号，边界较清楚，肿瘤周围可以无水肿，也可见轻微到明显的水肿，具有一定的占位效应，增强扫描肿瘤呈明显强化(图1)。镜下可见团块状肿瘤形成，肿瘤边缘可见不同程度的瘤细胞浸润现象，但瘤体与周围正常组织之间仍存在一个较明显的界线^[2,5](图2)。

       关于C6/Wistar模型的¹H-MRS研究发现与人胶质瘤¹H-MRS结果相似，表现为NAA峰下降或消失，Cho峰明显升高，NAA/Cr比值明显下降、Cho/Cr比值明显上升，部分肿瘤可见乳酸峰或脂质峰，肿瘤内部坏死明显时，乳酸峰或脂质峰的出现几率增加^[34]。另外扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)也应用于大鼠脑胶质瘤模型的研究^[4,35]。Deng等^[36]研究发现胶质瘤周围水肿区由于瘤细胞浸润而导致FA值减低，并且存在距离上的差异。因此，瘤周水肿的各向异性(fractional anisotropy，FA)值可以准确反映肿瘤周围的浸润程度，并作为评价肿瘤浸润的指标，来区分肿瘤与肿瘤周围的正常组织。Kim等^[37]利用DTI证明了F98大鼠胶质瘤细胞较9L型具有更强的侵袭性。Lope-Piedrafita等^[38]利用DTI纵向观察大鼠脑胶质瘤模型脑组织变化情况，发现DTI可以鉴别肿瘤生长方式。另外，DTI参数中的FA值还能够反映射线所导致的白质损伤，有助于区分放射性坏死和肿瘤复发^[39]。PET成像同样也应用于动物胶质瘤模型的研究，Wang等^[40]研究发现动物¹⁸F-FDG PET成像可以检测肿瘤早期生长情况，对检测肿瘤代谢和生长的灵敏度较高，在种植瘤细胞7 d以后即可检测到瘤体[肿瘤体积约为(0.09±0.01) cm³]。近些年来，一些PET示踪剂被用来监测脑肿瘤，虽然¹⁸F-FDG不适合用来监测低级别胶质瘤，但值得注意的是¹⁸F-FDG摄取程度与肿瘤的进展程度具有相关性^[41]。

       选择合适的大鼠脑胶质瘤模型来模拟人脑胶质瘤的生物学特征，并在此基础上对肿瘤进行深入研究是目前动物胶质瘤模型研究的趋势之一。有越来越多的国内学者利用已建立的大鼠脑胶质瘤模型进行相关研究，主要研究内容包括：利用功能MRI(包括灌注加权成像、扩散张量成像、氢质子波谱成像等)研究大鼠脑胶质瘤影像特征以及肿瘤相关因子、蛋白水平等指标变化^{[42,43,44,45,46]}；研究不同药物、化学或分子生物制剂对大鼠脑胶质瘤的治疗效果^{[47,48,49,50,51]}；以及研究不同干预措施(干细胞、放疗、低氧、热疗等)对肿瘤生长的影响^[52,53,54]，除此之外，王建东等^[55]还利用C6细胞内表达的铁蛋白和标记的超顺磁性纳米铁颗粒来示踪活体细胞。虽然目前国内研究者利用大鼠脑胶质瘤模型做了许多进一步深入的探索研究，但大部分研究目标仍是大鼠脑胶质瘤模型的建立及其影像病理学观察，并且在国际期刊杂志发表的论文数量尚不多。国外在利用大鼠脑胶质瘤模型进行基础临床研究相对较多。在肿瘤治疗方面，包括药物治疗研究、放射治疗研究、免疫治疗研究、病毒疗法研究、利用MRI肿瘤生物标记物评价肿瘤疗效以及基因治疗恶性胶质瘤靶点研究等^{[56,57,58,59,60,61,62,63]}。在脑胶质瘤模型研究方面，例如Fillmore等^[64]和Zhang等^[65]应用标记的肿瘤细胞或单核巨噬细胞(荧光蛋白标记法、氧化铁纳米颗粒标记法等)通过影像学手段观察肿瘤侵袭性和迁移性；Cretu等^[66]利用鸡胚脑肿瘤模型观察大鼠胶质瘤生长侵袭度和血管化程度；Thomale等^[67]利用大鼠脑胶质瘤模型建立神经功能评分系统来评价肿瘤治疗效果，包括肿瘤组织学变化和荷瘤大鼠生存率的变化等。

       关于大鼠脑胶质瘤模型的影像学方法研究，除了常见的成像技术外，Amharref等^[68]利用傅里叶变换红外显微光谱成像(Fourier transform infrared microspectroscopy，FT-IRM)发现脂质浓度和成分可以用来鉴别正常组织和肿瘤组织，FT-IRM能够确定正常和疾病状态之间病理变化的分子起源，同时伪FT-IRM地图和组织学检查在检测异常组织方面可以起到很好的互补作用。Amharref等^[68]发现低频超声照射可以通过促进胶质瘤微血管内皮细胞的跨细胞转运来增加血-肿瘤屏障的通透性。

       大鼠胶质瘤模型已经成为目前研究人脑胶质瘤发生发展、干预治疗的重要手段之一。可供研究使用的大鼠品种和胶质瘤细胞种类较多，在进行研究时需要明确实验目的，以便根据不同的研究需要选取适合的胶质瘤模型，在此基础上才能获得准确、可靠以及可重复的研究结果，使其为人脑胶质瘤的研究发挥重要的作用。

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图1  大鼠脑胶质瘤(21 d) T1WI (A)、T2WI (B)和增强扫描(C)图像。肿瘤位于右侧大脑半球，呈团块状生长，边界较清楚，T1WI呈低信号影，T2WI呈高信号影，周围无明显水肿，右侧脑室明显受压，中线结构向左侧偏移。头部皮下亦可见团块状肿瘤组织。注射对比剂后，肿瘤呈明显较均匀强化
图2  大鼠脑胶质瘤病理切片。肿瘤内部可见紧密排列的肿瘤细胞，细胞核深染，肿瘤边缘可见不同程度的瘤细胞浸润，但瘤体与周围正常组织大体界限较明显(HE ×10)
Fig. 1  The T1WI (A), T2WI (B) and contrast enhanced image (C) of rat brain glioma (21 days). The mass locates in the right cerebral hemisphere, the border of the tumor is clear, it shows relative homogenous hypointense on T1WI and hyperintense on T2WI, surrounding edema is absent, the right ventricle is compressed and the midline shifts to the left side, the subcutaneous mass-like tumor tissue is also visible. On the contrast enhanced T1WI, the tumor shows intense and homogenous enhancement.
Fig. 2  The H&E stained pathological slice of rat brain glioma. The tumor cells are tightly arranged in the mass, the nucleus shows hyperchromatic, different degrees of tumor cells infiltration can be seen through the tumor border, but a relative clear boundary is still visible between the mass and surrounding normal tissue (HE ×10).