PDTX小鼠模型在指導(dǎo)腫瘤臨床治療中的應(yīng)用*

腫瘤是由于多種致癌因子導(dǎo)致的原癌基因和/或抑癌基因突變從而引發(fā)的異質(zhì)性疾病。這種普遍存在的異質(zhì)性通常導(dǎo)致同一種類型的腫瘤患者對某種特定的治療表現(xiàn)出不同的反應(yīng)。抗腫瘤藥物研發(fā)和最佳藥物篩選過程中，出于實踐和倫理的考慮，必須先在合適的動物模型如小鼠荷瘤模型上進(jìn)行藥物療效測試，這是抗腫瘤藥物從實驗室研究推進(jìn)到II期臨床試驗的關(guān)鍵步驟?；颊邅碓吹哪[瘤異種移植模型（patient-derived tumor xenograft model，PDTX模型）能高度保留原代腫瘤的異質(zhì)性、組織學(xué)特性、分子多樣性以及微環(huán)境，可以作為患者“替身”來研究藥物反應(yīng)。目前多種腫瘤的PDTX模型均已建立，包括頭頸部腫瘤、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤、肺癌、乳腺癌、胃癌、肝細(xì)胞癌、胰腺癌、結(jié)直腸癌、卵巢癌、前列腺癌等［1-3］。本文就PDTX小鼠模型在指導(dǎo)腫瘤臨床治療中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 PDTX模型產(chǎn)生的背景

二十世紀(jì)60年代出現(xiàn)的細(xì)胞系來源的腫瘤異種移植模型（cell line-derived tumor xenografts model，CDTX模型），是將體外培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞系注射到免疫缺陷鼠體內(nèi)而形成的一種動物模型。單一腫瘤細(xì)胞株經(jīng)過體外反復(fù)傳代，適應(yīng)了外界培養(yǎng)環(huán)境，不能預(yù)測由細(xì)胞系產(chǎn)生的遺傳變異和腫瘤異質(zhì)性，不能準(zhǔn)確判斷藥物在臨床試驗中的作用，從動物荷瘤模型到臨床腫瘤患者試驗進(jìn)行轉(zhuǎn)化的平均成功率低于 8%［4］。

分子靶向藥物有效調(diào)控腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)分子和信號通路，可作用于腫瘤細(xì)胞的多種生物學(xué)行為，如調(diào)節(jié)表皮生長因子、血管生成、細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡、關(guān)鍵酶和胰島素樣生長因子受體等［5］，但作用機制單一，對表現(xiàn)出不同生物學(xué)行為的復(fù)雜腫瘤作用有限。另外靶向藥物是“以藥物為中心”的治療模式，大多數(shù)生物標(biāo)志物的出現(xiàn)頻率較低，很多腫瘤尚未發(fā)現(xiàn)有效的生物標(biāo)志物，因此不能為大多數(shù)患者提供解決方案，并且這些生物標(biāo)志物往往是預(yù)測藥物抵抗性，而不是藥物敏感性［6］，不能直接預(yù)估其臨床療效。

為了克服這些局限性，醫(yī)學(xué)研究者們迫切需求更加精準(zhǔn)、更加全面的預(yù)測評估藥物療效的方法，PDTX模型可以解決上述部分問題。

2 PDTX模型的建立

2.1 免疫缺陷小鼠的選擇

小鼠品系不同，免疫抑制的程度不同。Nude小鼠無毛，無胸腺，缺乏成熟T細(xì)胞，B細(xì)胞和NK細(xì)胞功能正常。重度聯(lián)合免疫缺陷（severe combined immuno?deficiency，SCID）小鼠T、B細(xì)胞缺失，細(xì)胞免疫和體液免疫功能缺陷，但巨噬細(xì)胞和NK細(xì)胞功能未受影響。NOD/SCID小鼠與之相比，其巨噬細(xì)胞對人源細(xì)胞吞噬作用弱，NK細(xì)胞和結(jié)合補體的能力也較低。NSG（NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Wjl/SzJ）小鼠、NOG（NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Sug/JicTac）小鼠及擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的NCG（NOD-Prkdcem26Cd52Il2rgem26Cd22/Nju）小鼠，均無成熟T細(xì)胞、B細(xì)胞和功能性NK細(xì)胞，細(xì)胞免疫和體液免疫均存在嚴(yán)重免疫缺陷［7］，對人源細(xì)胞和組織幾乎無排斥反應(yīng)，少量細(xì)胞即可成瘤，是目前國際公認(rèn)的最適合人源細(xì)胞或組織移植的工具小鼠模型。

2.2 建模流程

對于實體瘤，將腫瘤組織剪為直徑1～5 mm大小的組織塊，然后在免疫缺陷小鼠的皮下、腎包膜或原位進(jìn)行移植。待實體瘤長至大小約200 mm3處死小鼠，取一部分腫瘤組織繼續(xù)在小鼠體內(nèi)傳代。對于血液病，則可以抽取患者骨髓或外周血，分離白血病細(xì)胞后，在免疫缺陷小鼠的皮下、腹腔、骨髓內(nèi)或者通過尾靜脈注射進(jìn)行種植［8］。腫瘤組織在小鼠體內(nèi)傳至3～5代后，小鼠基質(zhì)會逐漸替代原代腫瘤基質(zhì)，因而通常選擇PDTX模型的第三代作為患者替代研究對象，但主要是依據(jù)患者組織與小鼠腫瘤的相似性，而不是代數(shù)［9］。

2.3 建模成功率

建模的成功率是以獲得可以傳代的PDTX腫瘤為標(biāo)準(zhǔn)。Liu等［10］統(tǒng)計了537只裸鼠移植模型，其中221只首代移植成功，首代移植成功率非小細(xì)胞肺癌為54%，小細(xì)胞肺癌為60%，腸癌為69%，胃癌為25%，卵巢癌為64%，腎癌為17%，急性淋巴細(xì)胞白血病為25%。Fichter等［11］將102例肺癌標(biāo)本移植入NOD/SCID小鼠皮下，并傳代移植至裸鼠，建模成功率為25%。Fujii等［12］收集了326例患者主要是上皮細(xì)胞和間葉細(xì)胞類型的新鮮腫瘤組織，接種在NOD/SCID/γcnull小鼠皮下，建成54個可連續(xù)傳代PDTX模型，大腸癌組織建成率最高約為32%，其次是腎癌約28%，子宮腫瘤約27%。

腫瘤離體時間和種植時間是影響成功率的最重要因素［13］。惡性程度高、分化程度低的腫瘤移植成功率較高?；熐矮@取的腫瘤組織成功率優(yōu)于化療后［14］。腫瘤皮下移植成功率為40%～60%［15］，但難出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移［16］，其優(yōu)點是操作簡單，方便測量、觀察腫瘤大小。腎包膜移植成功率能達(dá)到95%以上［17］，但該方法對受體小鼠的手術(shù)損傷較大。原位移植易于局部生長和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，但需要掌握更為熟練的外科手術(shù)技巧。此外，使用激素可以增加內(nèi)分泌腫瘤移植的成功率［9］。如前列腺癌PDTX小鼠模型中，雄性NOD/SCID小鼠補充睪酮可達(dá)到38.9%的建模成功率［18］。

3 PDTX小鼠模型在指導(dǎo)腫瘤臨床治療中的應(yīng)用

3.1 藥效評估

使用PDTX模型測試化療藥物的敏感性，能篩選出療效好的藥物。Seol等［19］發(fā)現(xiàn)在腸癌PDTX模型中，奧沙利鉑比氟尿嘧啶有更強的抗腫瘤能力，兩藥聯(lián)合未表現(xiàn)出協(xié)同作用。Pan等［20］研究順鉑單藥、吉西他濱單藥及兩藥聯(lián)合治療膀胱癌時發(fā)現(xiàn)，兩藥聯(lián)合方案在PDTX模型中療效更顯著。Glaser等［21］發(fā)現(xiàn)卵巢癌PDTX模型對紫杉醇聯(lián)合環(huán)磷酰胺方案比紫杉醇聯(lián)合卡鉑方案更為敏感。耐藥現(xiàn)象的產(chǎn)生是腫瘤化療失敗的最主要原因［22］，通過建立PDTX耐藥模型，可進(jìn)行藥物篩選，提供新的給藥方案。Schott等［23］研究化療耐藥的乳腺癌PDTX模型，發(fā)現(xiàn)抑制Notch通路可減少腫瘤起始細(xì)胞的數(shù)量，γ-分泌酶抑制劑MK-0725能通過抑制該通路發(fā)揮抗腫瘤作用。

靶向治療個體差異顯著，PDTX模型可以幫助預(yù)測療效。Huynh等［24］發(fā)現(xiàn)貝伐單抗（bevacizumab）在1例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者與PDTX模型中均未改善生存期，反而使腫瘤變得更具侵略性和侵襲性。Lindberg等［25］建立某胰腺癌患者PDTX模型，發(fā)現(xiàn)帕尼單抗和曲妥珠單抗可增強患者對曲美替尼（trametinib）的療效。Chiron等［26］研究表明，阿帕西普（aflibercept）比貝伐單抗對腸癌PDTX模型表現(xiàn)出更強大的抗腫瘤作用。Bertotti等［27］對47個轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌PDTX模型應(yīng)用西妥昔單抗治療，結(jié)果顯示有效率為10.6%（5/47），疾病穩(wěn)定率為 29.8%（14/47），疾病進(jìn)展率為59.6%（28/47），這與患者臨床療效一致。

3.2 個體化治療方案的篩選

PDTX模型可為患者制定個體化治療方案，最大可能地選擇有效的藥物，節(jié)省時間和費用，尤其是當(dāng)腫瘤出現(xiàn)復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移時，更能發(fā)揮其藥物篩選的優(yōu)勢。

2011年美國霍普金斯醫(yī)學(xué)院的研究者建立了14例晚期腫瘤患者的PDTX模型［28］，給予包括63種藥物的232種治療方案，篩選出了適合12例患者的治療方案。其中1例患者在接受治療前死亡，9例患者病情緩解，2例受試者并未有明顯的療效。2013年Von Hoff等［29］為1例晚期胰腺癌患者建立PDTX模型，該試驗發(fā)現(xiàn)白蛋白結(jié)合型紫杉醇聯(lián)合吉西他濱治療效果顯著，于是將此化療方案運用于臨床，使得該患者生存期獲益。黑色素瘤10年生存率僅為10%，預(yù)后差。Einarsdottir等［30］為1例BRAF突變的晚期黑色素瘤患者進(jìn)行PDTX模型藥物篩選，表明維羅非尼+曲美替尼兩藥聯(lián)合療效較好?；颊呓邮軆伤幝?lián)合方案治療2個月后，足跟部腫瘤體積明顯退縮，且肺部轉(zhuǎn)移病灶縮小。Fichtner等［31］研究腸癌患者時發(fā)現(xiàn)，患者在未得出藥敏結(jié)果前，臨床使用氟尿嘧啶化療，肝轉(zhuǎn)移灶無好轉(zhuǎn)，更換奧沙利鉑+伊立替康方案，4年來病情穩(wěn)定，這與采用PDTX模型驗證得出的藥敏結(jié)論一致。且該研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，PDTX小鼠模型化療過程中顯示的敏感和耐藥反應(yīng)與相應(yīng)患者的臨床反應(yīng)高度的相似。美國霍普金斯醫(yī)學(xué)院有1例經(jīng)典案例［32］，為1例Ⅳ期胰腺癌患者建立PDTX模型，藥敏測試結(jié)果顯示絲裂霉素C和順鉑對該腫瘤均具有較好療效。該患者首先選擇胰腺癌一線化療藥物吉西他濱治療，后病情進(jìn)展，改用絲裂霉素C單藥化療，療效持續(xù)了22個月；后病情進(jìn)展，改用絲裂霉素C+順鉑繼續(xù)化療，腫瘤得到有效抑制，患者目前已經(jīng)生存超過6年。結(jié)果說明采用之前PDTX篩選的其他有效化療方案對復(fù)發(fā)腫瘤依然有效。

3.3 生物標(biāo)志物和作用靶點的發(fā)現(xiàn)

通過對PDTX模型的研究探索，藥物敏感性和耐藥性相關(guān)的生物標(biāo)志物和作用靶點逐漸被識別［33］。

展丙香等［34］發(fā)現(xiàn)原發(fā)性肺癌順鉑耐藥性與ER?CC1、IGFBP5的表達(dá)水平相關(guān)。Garrido-Laguna等［35］發(fā)現(xiàn)前列腺癌患者若出現(xiàn)SMAD4突變可能會導(dǎo)致腫瘤的轉(zhuǎn)移。Sugimoto等［36］在治療淋巴瘤時，發(fā)現(xiàn)還原型谷胱甘肽這一指標(biāo)可反映抗腫瘤藥物的有效性。Villarroel等［32］發(fā)現(xiàn)了在胰腺癌中失活的PALB2基因位點。Chen等［37］通過對137例患者的結(jié)腸癌PDTX腫瘤及結(jié)腸癌細(xì)胞株進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Kit配體（Kit li?gand，KITLG）可以通過自分泌和/或旁分泌信號促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增長，提出結(jié)腸腫瘤患者可能受益于受體酪氨酸激酶抑制劑。而Park等［38］在胃癌PDTX模型的實驗中發(fā)現(xiàn)，BCL2L1抑制劑可以明顯降低癌細(xì)胞的生長，提示BCL2L1可能是胃癌藥物治療的靶點。

4 PDTX模型應(yīng)用的局限

PDTX模型是基于患者來源的腫瘤組織的移植所建立的，若患者沒有手術(shù)或組織活檢的機會，則無法建立此模型。對于雙原發(fā)腫瘤、原發(fā)病灶不明的轉(zhuǎn)移瘤而言，如何選擇標(biāo)本以及模型是否能發(fā)表達(dá)腫瘤轉(zhuǎn)移的生物學(xué)行為，目前仍然沒有比較成熟的研究。因建模小鼠均無成熟免疫系統(tǒng)，PDTX模型不能用于免疫抑制劑、免疫調(diào)節(jié)劑療效的評估。PDTX造模成功率有限，且基本的造模加藥敏實驗的時間通常需6～8個月，對于腫瘤發(fā)展迅速、生存期短的患者而言，有些未能獲得藥敏結(jié)果就已經(jīng)死亡［39］。并且此研究需較多的人員、時間及經(jīng)濟投入，卻仍可能無法獲得預(yù)期臨床療效。

5 結(jié)語

PDTX模型能最大化地保留患者腫瘤的異質(zhì)性，指導(dǎo)腫瘤臨床治療?？捎糜跍y試藥物敏感性，進(jìn)行耐藥機制的研究；將患者快速分層，進(jìn)行藥物組合優(yōu)化，篩選出個體化的治療方案；測試模型中腫瘤的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，獲得腫瘤生物標(biāo)記、藥物作用靶點。但PDTX模型也有其局限性，如造模成本較高、時間較長，模型不能完全表現(xiàn)出腫瘤的生物學(xué)行為，根據(jù)模型的藥敏結(jié)果選擇藥物在實際臨床中的可行性受到限制等。相信隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，PDTX模型能克服局限，在臨床前研究中扮演越來越重要的角色，對腫瘤的精準(zhǔn)化治療發(fā)揮更大的作用。

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