小鼠中通过Pax8导向删除肿瘤抑制因子Arid1a和Pten实现子宫内膜癌进展的无创超声评估

摘要

本方案描述了一种利用超声成像技术，在可诱导的小鼠子宫内膜癌模型中，通过与大体及组织学变化进行对照，随时间监测子宫形态学改变进展的方法。

摘要

由于小鼠模型易于操作和进行遗传操控，子宫癌可在小鼠中进行研究。然而，这些研究通常局限于对不同队列中在多个时间点被实施安乐死的动物进行死后病理学评估，这会增加研究所需的小鼠数量。在纵向研究中对小鼠进行成像，可追踪个体动物疾病的发展进程，从而减少所需小鼠的数量。超声技术的进步使得组织中微米级变化的检测成为可能。超声已用于研究卵巢中的卵泡成熟及异种移植瘤的生长，但尚未应用于小鼠子宫的形态学变化研究。本方案探讨了在诱导性小鼠子宫内膜癌模型中，将病理学分析与体内成像结果进行对照比较的方法。超声观察到的特征与大体病理学和组织学所见的改变程度一致。研究发现，超声对实际病理变化具有高度预测性，支持将超声成像技术纳入小鼠子宫疾病（如子宫癌）的纵向研究中。

引言

小鼠仍然是研究生殖系统疾病最重要的动物模型之一^1,2,3。目前已建立多种经基因修饰或诱导的啮齿类动物卵巢癌和子宫癌模型。这类研究通常依赖于在不同时间点处死多个队列的动物，以捕捉形态学和病理学变化的纵向趋势。这种方法无法在单只小鼠体内连续获取癌症发展的数据。此外，由于无法掌握每只小鼠疾病进展的具体状态，干预性研究只能基于预先设定的时间点以及既往队列的平均结果，而非针对特定个体疾病进展的个体化阈值^4,5。因此，亟需能够对活体动物进行纵向评估的影像学技术，以促进新药或化合物的临床前模型研究，加快对病理生物学机制的理解，同时提高研究的严谨性和可重复性⁶。

超声成像（US）是一种适用于小鼠子宫癌进展纵向监测的有吸引力的方法，与其他成像方法相比，该技术相对简便、成本较低、易于操作，并且可实现极高的分辨率^6,7。这种非侵入性成像方式可在清醒小鼠或短暂镇静小鼠中，通过5–10分钟的检查获取微米级的组织特征。超声显微技术已被验证可用于测量小鼠卵巢卵泡发育⁸以及移植或诱导性肿瘤的生长^9,10,11。高频超声还曾用于经皮子宫内注射¹²以及观察大鼠在动情周期中子宫的变化¹³。高频超声可结合使用专用固定平台和导轨系统，将小鼠固定并稳定放置探头，从而在标准化位置和压力条件下获取高分辨率图像；然而，此类设备并非所有机构均具备。手持式探头扫描方法所需专用设备较少，可广泛应用于小鼠的临床诊断和科研研究。

目前尚不清楚使用手持式高频探头进行超声成像是否可用于在数周时间内监测子宫癌的发展。与肠道类似，啮齿类动物的子宫是一种腹腔内活动度较大的薄壁细长结构，且贯穿多个组织深度，这使得成像难度高于肾脏等相对固定的器官。本研究旨在建立超声观察到的组织与组织病理学之间的对应关系，明确定位小鼠子宫的解剖标志，并评估对子宫内膜癌进行纵向评估的可行性。本研究提供了数据显示，通过超声成像观察到的子宫形态与组织病理学结果之间存在定性的一致性，同时展示了对小鼠连续数周的系列成像结果。这些结果表明，手持式超声可用于监测小鼠子宫内膜癌的发展，从而为在无需专用设备的情况下获取个体小鼠的纵向数据、研究子宫癌提供了可能。

方案

所有涉及小鼠的操作和实验均根据约翰斯·霍普金斯大学动物护理和使用委员会批准的方案进行。在所有操作过程中，均穿戴适当的个人防护装备，包括手套和一次性隔离服。处理锐器时采取了预防措施，使用后立即将其妥善丢弃至红色锐器盒中。有关本方案中使用的所有材料和设备的详细信息，请参见材料表。

1. 用多西环素诱导iPAD（可诱导的Pten, Arid1a双基因敲除）小鼠子宫内膜癌的发生

1. 如前所述¹⁴，在混合遗传背景（129S、BALB/C、C57BL/6）下维持10只Pax8-Cre-Arid1a-Pten双基因敲除（iPAD）转基因小鼠（图1）。
2. 在给予多西环素处理前，采集每只小鼠卵巢、输卵管和子宫的基线超声（二维）图像。
3. 从7–8周龄开始，为雌性iPAD小鼠提供 exclusively 含有多西环素的小鼠饲料（饲料中多西环素盐酸盐含量为625 mg/kg），持续至少2周，以诱导基因敲除。

2. 仪器设备设置

1. 打开加热垫，并覆盖干净的吸水垫（目标温度：38 °C）。
2. 确认异氟烷挥发罐和 O₂ 储液罐应确保已充分填充。若内容物不足，需及时补充或更换。
3. 将诱导室、鼻罩和废气清除系统连接至挥发罐。
4. 设置超声设备。
   1. 选择频率范围为32-56 MHz的换能器（探头）用于子宫成像，或选择最高达70 MHz的换能器用于卵巢成像。
   2. 连接探头并打开机器电源。
   3. 系统启动后，使用控制面板输入用户凭据登录并进入主界面。
   4. 从主屏幕进入 应用 标签，然后选择 小鼠腹部模式.
   5. 点击 扫描 返回主屏幕，并等待实时图像显示。
   6. 选择 B型超声模式 从以下选项中 左侧工具栏.
   7. 点击 更多对照组 查看用于图像优化的附加工具（如图像增益和深度），或调整视频采集设置（如每秒帧数）。
   8. 选择图像设置后，单击返回主界面 扫描.
5. 打开 O₂ 储液罐，将液体导向诱导室，并将流速设定为1 L/min。

3. 超声筛查小鼠的准备工作，包括脱毛

1. 将小鼠放入诱导室中。将异氟烷挥发罐设置为2%-3%（体积比），以诱导麻醉。
2. 通过夹趾无反应以及呼吸频率约为每秒1-2次来判断麻醉深度是否合适。
3. 在每只眼睛上涂抹无菌眼用润滑剂。使用合适尺寸的电动剪毛器，去除自最后一根肋骨至骨盆之间背部和腹部的毛发。
4. 在需要成像的腹侧和背侧区域涂抹一层薄薄的脱毛膏（如需要）。
5. 将小鼠放回诱导室约3-5分钟，以在脱毛膏发挥作用去除毛发的同时维持适当的麻醉深度。脱毛膏作用时间不超过4分钟时，用干净的湿纸巾轻轻擦去脱毛膏。
   ​注意：脱毛膏接触皮肤时间过长会引起刺激，可能导致皮肤损伤。

4. 腹腔注射液体以增强器官间的对比度

1. 将装有无菌等渗液体溶液（例如无菌0.9%氯化钠溶液或乳酸林格氏液）的3-10 mL注射器置于加热垫与吸水垫之间数分钟，加热至35-40 °C。若仪器无加热功能，可将一瓶超声耦合剂放在加热垫上预热。
2. 对于20-25 g的小鼠，向腹腔内注射1-2 mL溶液。
   1. 一手抓住小鼠颈背部皮肤固定，使其腹部朝上暴露。
   2. 将小鼠保持约20°倾斜，鼻部朝向地面，利用重力使腹腔器官向头侧移动。
   3. 使用细针头（25 G，5/8英寸长，结核菌素注射器），穿刺小鼠腹部右下象限的皮肤和腹壁。
   4. 在注射液体前，为避免误入血管或胃肠道，应轻轻回抽。若血液或其他物质进入注射器，应立即拔出针头，更换新的针头和注射器，并在稍不同位置重新尝试。
3. 若小鼠在注射过程中苏醒，应将其放回小型诱导室中，使用2%-3% vol/vol异氟烷进行麻醉。

5. 从背侧入路进行超声成像

1. 将小鼠仰卧位固定在加热垫上的吸水垫上（图2A-C）。
2. 将啮齿类动物鼻罩牢固地覆盖在小鼠的鼻部和口鼻部。通过鼻罩以1%-2% vol/vol的异氟烷浓度在100% O₂中维持麻醉深度。根据需要，向每只眼睛涂抹无菌眼用润滑剂。
3. 监测小鼠呼吸频率是否规律（1-2次/秒），并检查趾夹反射是否消失，以判断是否需要调整麻醉深度。
4. 在麻醉小鼠脊柱两侧、最后肋骨与骨盆之间的区域，偏离中线位置（外侧）涂抹少量预热的超声耦合剂（约0.5-1 mL）。
5. 在超声探头上涂抹少量耦合剂。
6. 将探头平行于椎骨放置，探头前端朝向头侧。探头头部设有指示标记，用于标明正确的探头方向。每次采集新的一组图像时，应记录日期、时间、动物编号、探头方向及动物体位（右侧、左侧、背侧、腹侧）。
7. 当小鼠处于仰卧位（背部皮肤接触探头）时，缓慢扫描以定位肾脏作为解剖标志（图2B 和 图3）。观察到肾脏后，将探头向尾侧移动，寻找卵巢——其为略呈高回声的椭圆形或圆形结构（图4A、B），位于强高回声的卵巢脂肪垫内，该脂肪垫的头腹侧毗邻肾脏，背外侧紧贴腹壁。
   注意：对卵巢尾侧及外侧施加压力，可使卵巢更贴近腹壁，并远离肠袢。解剖上，卵巢紧贴背侧腹壁，位于竖脊肌的腹外侧，且处于肾脏的尾侧。
8. 使用控制屏幕底部的滑块调节信号增益，以改善图像对比度。
9. 为优化肾脏成像，可用手指对对侧腹部施加压力。调整压力大小和角度，从与脊柱完全平行逐渐变为向腹侧倾斜约20°。
10. 当目标器官清晰可见时，点击保存片段 或开始录制，完成采集后点击停止录制，以保存预设帧数的图像序列。
11. 通过点击保存单帧 按钮，可从实时图像或录制视频中保存单幅图像。
12. 如需成像子宫，将探头继续向尾侧移动，直至卵巢位于视野最头侧位置。调整探头压力和角度，直至子宫结构清晰可见。
13. 对每个感兴趣器官重复进行视频和单帧图像的采集。
14. 观察子宫沿背侧腹壁纵向走行，同时可见外侧腿部肌肉（图4B）。
    注意：子宫大小及管腔直径可能随动情周期阶段和疾病状态而变化。
15. 观察组织是否存在蠕动运动，以区分肠袢与静止的子宫角。

6. 从腹侧入路采集图像

1. 将小鼠置于仰卧位，检查眼润滑是否充分，并确保其口鼻部牢固地置于鼻罩内（图2A）。
2. 在小鼠腹侧腹部涂抹少量预热的超声耦合剂（约0.5–1 mL），并将探头置于耻骨前正中线处，以识别作为低回声标志的膀胱（图5）。
   注意：若膀胱过大而影响子宫成像，可轻柔按压下腹部以排出尿液。
3. 将探头移至膀胱侧方以寻找子宫角。从动物身体一侧或双侧施加轻微指压，使子宫角进入视野。保持探头与小鼠体轴垂直，扫描腹部两侧以获取双侧子宫角的横断面图像（横截面）。旋转探头以获取矢状面图像。
4. 超声检查完成后，用纸巾将小鼠体表的耦合剂擦拭干净，并将其放回笼中恢复。小鼠通常在2–5分钟内完全清醒。待其完全清醒并能自主活动后，将其送回动物房。
   注意：可在笼子下方放置低温加热垫，以保持恢复期间的笼内温度。
5. 在实验终点或人道终点处死小鼠。理想情况下应在小鼠的居住笼内实施安乐死以减少应激；若不可行，则将小鼠放入洁净的密闭容器中。以每分钟10%–30%容器体积的流速通入加压CO₂。在观察不到呼吸运动约5分钟后，通过颈椎脱位法确认死亡。随后进行腹部剖检以收获肿瘤组织。

结果

Pax8-CreArid1a-Pten 双敲除（iPAD）转基因小鼠维持于混合遗传背景（129S、BALB/C、C57BL/6），如前所述。¹⁴所有小鼠均饲喂多西环素饲料2周以诱导Cre重组酶表达。在本课题组先前的研究中，多西环素通过灌胃给药。¹⁴然而，在本研究中，多西环素饲料诱导法效果良好，并减轻了小鼠灌胃的压力。必须确认多西环素给药方法足以诱导Cre重组酶表达，从而切除肿瘤抑制因子的DNA。Arid1a 和 Pten) 在表达Pax8的细胞中，例如子宫。使用针对ARID1a和pTEN的抗体进行免疫组织化学¹⁴ 用于检测与邻近的间质组织相比，子宫上皮细胞中是否实现了充分的肿瘤抑制蛋白缺失，如 图 6小鼠模型与肿瘤抑制基因表达调控示意图如下 图 1.

...

讨论

本方案探讨了超声在评估小鼠子宫腺癌进展过程中子宫形态学变化的应用价值。本研究通过纵向追踪小鼠子宫内膜癌的诱导过程，发现超声检测到的解剖学细节可作为大体病理和组织病理学的指标。这为开展纵向研究开辟了途径，即通过在多个时间点对较少数量的小鼠进行超声监测，来追踪小鼠子宫癌的进展。该纵向检测采用手持探头完成，无需使用轨道系统超声设备。所用的高频探头（换能器）广泛可得，使得该方法在全球多个研究机构均可重复实施。方案中的关键步骤包括根据实验所需的分辨率选择合适的探头，以及在超声成像前对小鼠进行适当的准备。

准备小鼠的关键步骤包括彻底清除研究区域的毛发以及向腹腔内注射液体。皮肤上残留的毛发可能导致超声耦合剂中产生气泡，从而在图像中形成伪影；因此，应仔细操作以确保研究区域的毛发被均匀去除。本实验选用脱毛膏作为脱毛方法，因其可在皮肤表面实现均匀脱毛。若脱毛膏在皮肤上停留时间过长（>3–4 分钟），可能会造成皮肤损伤。对于对脱毛膏较为敏感的小鼠，脱毛时间应控制在 1–2 分钟。随后，应使用一系列湿润的纸巾彻底擦拭小鼠体表，以完全清除残留的脱毛膏。在研究区域的毛发完全去除后，需向腹腔内注射无菌、温...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
<强>动物护理所用试剂与设备
啮齿类动物饲料（2018，625 多西环素）	Envigio	TD.01306	小鼠饲料
<强>超声成像所用试剂与设备
10 mL 可注射用 0.9% NaCl	Hospira, Inc	RL-7302	等渗液体
带塑料背衬的吸水垫	Daigger	EF8313	吸水垫
麻醉诱导室	哈佛仪器	75-2029	诱导室
麻醉吸收器套件，包含吸收罐、支架、管路 &和适配器	CWE, Inc	13-20000	鼻锥与管路
Aquasonic Clear 超声耦合剂（0.25 升）	帕克实验室	08-03	超声耦合剂
BD Plastipak 3 mL 注射器	BD 生物科学	309657	注射器
F/Air 活性炭吸附罐	OMNICON	80120	麻醉气体清除系统
异氟烷，USP	Vet One	502017	麻醉剂
M1050 无重复呼吸移动式麻醉机	斯克里维纳科学公司	M1050	麻醉蒸发器
MX550S，25-55 MHz 探头，15 mm，线阵	VisualSonics	MX550S	超声探头（探头）
Nair 脱毛膏 芦荟 & Lanolin 脱毛乳液 - 9.0 盎司	Nair		脱毛膏
飞利浦诺雅科多用途修剪器全能系列 7000	飞利浦北美公司	MG7750	剪刀
PrecisionGlide 25 G 1" 针	BD 生物科学	305125	针
Puralube 眼用软膏	Dechra	17033-211-38	润滑型滴眼液
Vevo 3100 成像系统	VisualSonics	Vevo 3100	超声波仪器
Vevo LAB 5.6.1	VisualSonics	Vevo LAB 5.6.1	超声分析软件
12 x 15 带罩乙烯基加热垫"	太阳光束	731-500-000R	加热垫
Wd Elements 2TB 基础存储设备	西部数据 Elements	WDBU6Y0020BBK-WESN	数据存储
<强>免疫组织化学实验所用试剂与设备
10% w/v 甲醛	Fischer Scientific	SF98-4	组织固定缓冲液
无动物源性封闭剂与稀释液，即用型	Vector Laboratories Inc.	SP5035	抗体阻断剂
带电Super Frost Plus载玻片	VWR	4831-703	组织载片
柠檬酸盐缓冲液	MilliporeSigma	C9999-1000ML	pTEN表位修复缓冲液
Cytoseal – 60	赛默飞世尔科技	8310-4	封片树脂
金封盖玻片	赛默飞世尔科技	3322	盖玻片
哈里斯改良苏木精染液	MilliporeSigma	HHS32-1L	复染缓冲液
杂交孵育箱（双室）	Fischer Scientific	13-247-30Q	熔蜡烤箱
ImmPACT DAB 底物，过氧化物酶（HRP）	Vector Laboratories Inc.	SK-4105	信号显色底物
ImmPRESS HRP 羊抗兔 IgG 聚合物检测试剂盒，过氧化物酶	Vector Laboratories Inc.	MP-7451	二抗（用于免疫组化）
Oster 5712 数字式食品蒸锅	奥斯特	5712	用于抗原表位修复的蔬菜蒸锅
兔单克隆抗体抗ARID1a	abcam	ab182560	一抗（1:1,000）
兔单克隆抗体抗PTEN	细胞信号传导	9559	一抗（1:100）
斯科茨自来水替代液	MilliporeSigma	S5134-100ML	"蓝化" 缓冲液
组织病理 IV 型盒	Fischer Scientific	22272416	组织固定盒
Trilogy 缓冲液	Cell Marque	920P-10	表位修复缓冲液（ARID1a）