背景介绍

肿瘤演进过程的多尺度动态观测是困扰癌症体内研究的主要问题。然而，如何在同一动物模型中打通全身宏观成像与细胞微观观测，兼顾多模态成像能力与细胞特异性标记，仍是一项严峻挑战。基于此，英国格拉斯哥大学的研究团队开发了一种生殖系条件性三报告基因小鼠技术用于肿瘤演进多尺度活体成像研究。该模型借助 Cre‑lox 诱导系统，在 Rosa26 安全港位点整合 mNIS‑TagRFP‑P2A‑Luc2 三套独立报告元件，可分别实现 PET、荧光、生物发光多模态信号输出。该小鼠能够特异性标记目标细胞群体，规避融合报告蛋白功能受损、本底非特异性激活等缺陷，在肝细胞癌、肺腺癌基因工程小鼠模型中，实现从全身肿瘤病灶筛查定位到肿瘤微环境细胞互作解析的跨尺度活体示踪，为肿瘤发生、转移及治疗响应的完整体内动态研究提供有力工具。

图 1｜三报告基因小鼠

内容介绍

本研究构建了Rosa26LSL‑NRL生殖系条件性三报告基因小鼠模型。该模型在 Rosa26 安全港位点插入 CAG‑LSL‑mNIS‑TagRFP‑P2A‑Luc2 转基因盒，依靠 Cre‑loxP 系统实现报告基因的时空可控激活；借助 P2A 自剪切序列，Cre 重组去除 LSL 终止元件后，可独立表达 mNIS、TagRFP、Luc2 三种报告蛋白，分别实现 PET 放射性核素成像、红色荧光成像与生物发光成像，避免融合蛋白带来的功能损伤。

研究首先通过胚胎干细胞体外实验、与不同 Cre 工具小鼠杂交，在分子、组织层面验证模型的诱导效率与多模态成像功能，证实报告系统可在多种组织稳定激活。随后将该报告小鼠分别与肝细胞癌、肺腺癌基因工程肿瘤模型杂交，开展体内功能验证。利用生物发光完成肿瘤初筛，结合 [¹⁸F]‑TFB PET/MRI 实现深部肿瘤病灶的精准识别与定量，相比生物发光，PET 可检出更多肝脏独立肿瘤病灶；再结合组织切片、活体荧光显微镜，进一步观测肿瘤内部癌细胞与微血管、免疫细胞的相互作用，实现从全身病灶筛查定位到肿瘤微环境细胞互作解析的多尺度连贯观测。

同时研究证实该报告系统不会引发显著免疫应答。该三报告小鼠可广泛用于肿瘤发生、转移、治疗响应评估，也可拓展至免疫学、发育生物学等领域，为完整解析复杂体内生物学过程提供强有力的多模态活体成像工具。

图 2｜联合 NRL 报告子与全身型 Cre 等位基因的复合小鼠可实现多尺度成像

图 3｜肝细胞癌基因工程小鼠模型 NRL‑BM（Ctnnb1^ex3/wt/Rosa26^{LSL‑MYC/LSL‑NRL}）肿瘤发生的活体多模态成像

图 4｜肺癌基因工程小鼠模型 NRL‑KP（Rosa26^LSL‑NRL/wt/Kras^{LSL‑G12D/wt}/Trp53^fl/fl）肿瘤进展的多模态成像

图 6｜肺癌模型 NRL‑KP 与肝细胞癌模型 NRL‑BM 基因工程小鼠的肿瘤多尺度成像

结论

本研究通过将 mNIS、TagRFP 与 Luc2 三种独立报告元件利用 P2A 自剪切肽串联，构建得到 Cre‑lox 调控的生殖系条件性三报告基因小鼠模型。该小鼠可实现生物发光、放射性核素 PET 以及荧光成像多模态信号输出，能够完成从全身病灶筛查定位到肿瘤微环境细胞互作解析的跨尺度活体观测。在肝细胞癌与肺腺癌基因工程小鼠模型中证实，该系统可以灵敏追踪自发性肿瘤的发生发展，区分独立肿瘤病灶，并解析肿瘤细胞与免疫、血管组分的微观相互作用。这些发现不仅为肿瘤演进的体内多尺度动态观测提供了强有力的动物工具，还为免疫学、发育生物学等领域的细胞示踪研究奠定了基础。未来的研究将进一步优化该报告系统，拓展其在药物疗效评估、转移灶动态追踪等方向的应用潜力。

参考文献：

Ximena L. Raffo‑Iraolagoitia et al. Germline conditional triple‑reporter mice for multi‑scale in vivo imaging of tumour evolution. Nature Biotechnology. 2026. 

DOI: 10.1038/s41587‑026‑03184‑3. https://doi.org/10.1038/s41587‑026‑03184‑3.

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