Apc-related models of intestinal neoplasia: a brief review for pathologists
大腸癌は欧米の癌死亡率の高い原因として知られている． 多くの病理診療所では、スクリーニングのための大腸内視鏡検査で摘出された大腸腺腫が日々の業務量の高い割合を占めており、したがって、ヒト大腸癌やその前駆病変である腺腫の形態は外科病理医にとって馴染み深いものである。
遺伝子改変マウスによる腫瘍形成モデルは、ヒト疾患のモデルとして不完全であると批判されることもあるが、特定の変異が腫瘍形成につながるかどうかの評価、化学予防研究、改変遺伝子産物の機能性の解明に有用である。 腸管新生物の遺伝子改変マウス（GEM）モデルは、科学文献に多数記載されていますが、大きく分けて5つのグループに分けられます。 Wntシグナルの変化を伴うApc関連モデル、ミスマッチ修復欠損モデル、発癌物質処理モデル、トランスフォーミング増殖因子βの変化を伴うモデル、IL10-/-マウスなどの免疫不全モデルで生じる大腸炎関連新生物の5群に大別される。 このレビューでは、腸の新生物の最初のGEMモデルの一つであるApcMin+/-マウスおよび関連モデルの病理学に焦点を当て、腸の病変の形態的特徴を、ヒトの大腸腺腫および癌との比較とともに説明することを目的とする
ヒト腸の新生物の最も広く用いられているモデルの一つは、1990年にウィリアム・ダヴの研究室で開発されたApcMin+/-モデルである (Moser et al., 1990). ApcMin+/-マウスは、腸の新生物の最初の生殖細胞変異マウスで、非常に強力な変異原であるN-エチル-N-ニトロソ尿素（ENU）への暴露によって生じたApcコドン850での常染色体優性機能喪失変異を保有している。 その後、多くの切断型変異を持つApc変異のモデルが作られた（表1）。
ヒトにおける大腸癌の最も一般的なドライバー変異が、腫瘍抑制遺伝子APCの変異なので、これらのApc関連モデルは特に有用である。 APCの不活性化、Wntシグナル伝達経路の活性化、β-カテニンの安定化、核内移行をもたらす。 ヒトのAPC遺伝子は、細胞接着や運動性、細胞周期制御、アポトーシス、シグナル伝達などに関与する213キロダルトンのタンパク質をコードしており（Boman & Fields, 2013）、その生殖細胞変異により家族性大腸腺腫症（FAP）が引き起こされます。 このがん素因症候群は、数百個の大腸腺腫が発生し、若くして腺がんに至ることが特徴である。
Genetics of APC-related animal models
Apc-related mouse modelsの多くは、切断型Apcタンパク質の発現を引き起こすApcの生殖細胞突然変異を含むように設計されている。 Apcの残りの野生型コピーの消失に伴う成長制御の喪失は、多発性腸腺腫を引き起こす。 Apc変異の特定の位置は、マウスのポリープの多発性、位置、寿命に影響を与える（McCartら、2008）。 例えば、Apc1638N/+マウスは、ApcMin/+マウスと比較して、ポリープの負荷が減少し、寿命が長くなる（Smits et al, Apc1322Tマウスでは、変異タンパク質は20アミノ酸のβ-カテニン結合／分解リピートを1つ保持している（ApcMin/+にはない）。これらのマウスの腺腫はApcMin/+マウスと比較して早期に発見され、より重度の異形成を持ち、大きい（Pollard et al.、2009年）。 例えば、Apc(Min/CKO) または Apc(1638N/CKO) を用いて段階的に Apc を欠損させると、腸に肉眼で見える新生物が生じるが、同時に欠損させると、形態学的な変化なしに陰窩分裂による隠れたクローン拡大が生じる (Fischer et al., 2012)。 ApcΔel-15マウスにおけるApc遺伝子全体の欠失は、Apc切断と比較してより迅速な腫瘍発生をもたらし、ApcMin／＋マウスと比較して生存率の低下、より重度のポリポーシス、およびより進んだ大腸腫瘍の進行を伴う（Cheung et al, 5131>
Apc変異を持つ遺伝子改変ラットモデルも利用可能であり、モデルの寿命の長さと、大腸内視鏡検査を行うことが比較的容易で、長期的な実験が可能であることに基づいて魅力的である(表2)。 最も一般的なのは、Kyoto Apc Delta (KAD) ラットと Pirc ラットである。 KADラットはENU突然変異誘発によって得られ、Apcのエキソン15のコドン2523にナンセンス変異を有し、切断されたタンパク質をもたらす。 これらのラットはホモ接合体では生存可能であり、腸の腫瘍を自然に発生させない。 腸の腫瘍を誘発するためには、アゾキシメタンとデキストラン硫酸ナトリウム（AOM/DSS）で処理する必要がある。 PircラットはENUによる突然変異誘発で作られ、ヌクレオチド3409にApc変異を有し、切断型タンパク質を生成する。 この突然変異はホモ接合体の状態で胎生致死である。
ヒトAPC 1309と相同なAPC 1311変異を持つ遺伝子改変ブタモデルが開発された。 これらの動物は、ヒトのFAPと同様に異常陰窩、単一陰窩腺腫、および多発性大腸腺腫を発症する。 大きな腺腫は高悪性度異形成の形で進行する。
Modifiers of Cancer Phenotypes
Strain differences have a significant effect on the tumor burden in the ApcMin+/- model, which is usually maintained on a C57Bl/6J background. B6 Min/+マウスをAKRや他の近交系に交配すると、F1マウスの平均腫瘍数が減少した（Shoemakerら、1997）。 修飾遺伝子座をマッピングするための戻し交配実験やその他の遺伝子解析により、Modifier of Min (Mom) 候補遺伝子が多数得られている (McCart et al., 2008)。 さらに、マウスコロニーの食事と腸内細菌は、ポリープの増殖、進行、サイズに重要な影響を与える。 例えば、高脂肪・低繊維の西洋式食事は、ApcΔ716/+マウスのポリープ数および腫瘍の進行を増加させることが示されている (Hioki et al., 1997)。
Pathology
ApcMin+/および関連モデルにおける腸病変の形態は、発症年齢、形成異常の程度、消化管内の分布は異なるが、モデル間で類似性が見られる (Table 1)。 最も早期に認識される病変は、核-細胞質比の増加と核の高色素化を伴う密集した細胞で覆われた単一の肥大した小嚢または小嚢群である（図1）。 これらの初期病変は、FAP患者にみられる小結節性大腸腺腫に類似した低悪性度の異形成病変である。 小腸では、陰窩と絨毛の接合部の増殖帯の固有層に小さな浸潤が生じる（図2）。 腺腫細胞は固有層に押し込まれ、絨毛にまで達し、正常な表面粘膜の下に腺腫上皮の二重層を形成する（Fig.3）。 大腸では、初期の腺腫は陰窩間の固有層に侵入するが、単一陰窩腺腫も確認されることがある（Oshima et al, 1997）。 ApcMin+/-および関連モデルの単一クリプト腺腫でさえ核内ベータカテニンの蓄積を示すことから、ベータカテニンの免疫組織化学は初期腺腫の同定に役立つことができる（Fig. 5131>
Apc1638N/+マウスにおける結腸粘膜の小さな腺腫、ヒト大腸腺腫に類似している。 核対細胞質比の増加や高色度で混み合ったペンシル状の核に注意
ApcMin/+マウス小腸の単一の腺腫性陰窩、絨毛への拡張嚢胞性侵入からなる
ApcMin/+および関連モデルの腺腫は、通常表面粘膜が腺腫上皮に巻き込まれているヒト大腸腺腫の場合と異なり、しばしば単層の正常上皮に覆われている
ApcMin/+および関連モデルにおけるβカテニンに対する免疫組織化学は、小さな単一クリプト腺腫を識別するのに有用である。 Wntシグナルの変化により、正常な膜状パターンが失われ、核にβカテニンが蓄積する
腺腫が成長すると、中央がくぼんだポリープ状、脚状、時にはカップ状の病変を形成する（Fig.2）。 5aおよびb）。 多くのモデルでは、腺腫は低悪性度の異形成を越えて進行することはない。 しかし、腫瘍の数が少なく寿命の長いモデルでは、すべての細胞が基底膜に接していない篩状構造を特徴とする高悪性度異形成を起こすものがある（図6）。
a ApcMin/+マウスの小腸腺腫は成長すると間質へ押し込まれる。 b Apc1638N/+マウスの結腸腺腫
Apc1638N/+腺腫における篩状構造を特徴とする高度の異形成
ApcMin+/-および関連モデルで生じる腸の新生物は複数の細胞型を含むが主に吸収型細胞および杯細胞からなる (Table 3). ApcMin+/-およびその関連モデルの小腸に生じた腺腫は、ヘマトキシリン・エオジン染色（図7）で容易に確認でき、リゾチームの免疫組織化学で強調されるパネス細胞を含んでいる。 パネス細胞は小腸腺腫の細胞の10％以下を構成することが示されている（Moserら、1992）。 マウスの結腸にはパネス細胞は存在しないが、これらのモデルの結腸腺腫ではPAS陽性を欠くリゾチーム発現細胞が同定されており、結腸病変においてもパネス細胞様の分化が示唆されている (Moser et al., 1992; Husoy et al., 2006)。 神経内分泌細胞はApcMin+/-型腺腫の細胞のごく一部であるが、その細胞型は腺腫部位の正常腸管粘膜に見られる神経内分泌細胞を反映している（Moserら、1992）。 例えば、セロトニン発現細胞はマウスの腸で最も一般的な神経内分泌細胞であり、至る所に見られる。このような細胞は小腸および結腸の病変において、ApcMin+/-腺腫細胞の最大5％を占める（Moser et al,1992）。 対照的に、PYY陽性細胞は遠位結腸の腺腫にのみ認められ、これらの細胞の正常な分布を反映している。 神経内分泌細胞は腺腫全体にびまん性に散在しており、リゾチーム陽性細胞のように小さなクラスターを形成していない (Moser et al., 1992)。 1992）。
複数の細胞タイプがApcMin/+および関連モデルの腺腫に存在している。 ここでは、散在するパネス細胞はその赤い細胞質顆粒によって識別でき、少数の杯細胞は腺腫に存在する。 優勢な細胞型は吸収細胞
マウスモデルの腸腺腫の異形成は、ヒト大腸腺腫と同じ用語（低級異形成、高級異形成、粘膜内癌）および基準を用いて等級付けすべきである (Washington et al., 2013)． ApcMin+/-マウスおよび関連モデルにおける腺腫の多くは低悪性度異形成を示すが、多くはマウスの年齢とともに徐々に大きくなり、腺腫-癌の順序で進行するものも少なくない。 侵襲性癌はまれであり、ほとんどのマウスは進行する前に貧血または腸重積で死亡する。 しかし、腺腫の少ない長寿のモデルの中には、粘膜下層に浸潤する腺癌を発症するものがある(Colnot et al., 2004; Fodde et al., 1994; Robanus-Maandag et al., 2010)。 ApcMin+/-マウスでは転移は起こらず、関連モデルでも極めて稀である(Fodde et al., 1994)。
腸の標本分析を依頼された外科病理医は、マウスモデルにおける腫瘍浸潤の評価における落とし穴に注意する必要がある。 マウスの腸の層は薄く繊細であるため、良性上皮の粘膜下層へのヘルニアは、特に直腸脱や炎症状態においてよく見られる（Boivinら、2003）（図8aおよびb）。 同様の腺腫性粘膜の変位（偽浸潤）は、ヒトの脚状大腸腺腫や深在性嚢胞性大腸炎で起こる。 ヘルニアと浸潤性腺癌を区別するためのコンセンサスガイドラインは、2000年にJackson Laboratoriesで行われたMouse Models of Intestinal Neoplasia Workshopで科学者と病理学者のパネルによって作成され（Boivin et al, 2003）、表4に要約されている。 特に炎症モデルや脱腸の部位では、浸潤癌を確実に診断することはできないかもしれず、浸潤の決定的な判断には、病変がより発達した高齢のマウスの評価が必要であろう。 ここでは、肥厚した過形成の反応性粘膜と、固有層にある線維筋の変化に注目。 ここでは、粘膜下層にヘルニア化した1個の小嚢が存在する。 丸みを帯びた陰窩の形状とその上にある陰窩との類似性に注意
固有層への浸潤は、個々の浸潤細胞を伴う角ばったクリプトプロファイルの発達によって特徴づけられ、脱落形成や炎症細胞密度の増加といった間質の変化を伴うこともある（Fig. 5131>
a 浸潤癌はより長期間のApcMin/+関連モデルで見られる可能性がある。 b Apc1638N/+マウスからのこの例では、腺癌細胞は、尖ったプロファイルを持つ小さな角張った腺として固有層に浸潤し、炎症および間質反応を誘発する
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