周利群教授團隊首次建立上尿路尿路上皮癌類器官培養(yǎng)體系并應(yīng)用于抗腫瘤藥物篩選

2021年12月17日，北京大學第一醫(yī)院泌尿外科聯(lián)合深圳市第二人民醫(yī)院在Advanced Science期刊在線發(fā)表了標題為《Patient-derived Upper Tract Urothelial Carcinoma Organoids as a Platform for Drug Screening》的研究成果。該研究首次建立了臨床腫瘤組織來源的上尿路尿路上皮癌（UTUC）類器官培養(yǎng)體系，極大提高了腫瘤類器官建成的成功率。聯(lián)合Single-cell RNA-seq技術(shù)，該研究證明UTUC類器官可作為新型的腫瘤研究模型，針對耐藥細胞開發(fā)新型腫瘤治療策略。北京大學第一醫(yī)院泌尿外科周利群教授、李學松教授以及深圳市第二人民醫(yī)院黃衛(wèi)人研究員為本文共同通訊作者，李志超博士、徐海波博士、鞏艷青博士、陳巍博士以及詹永豪博士為本文共同第一作者。

上尿路尿路上皮癌（Upper Tract Urothelial Carcinoma，UTUC）是發(fā)生于腎盂和輸尿管的尿路上皮癌。中國UTUC患者在全部尿路上皮癌患者中占比為15%-20%，遠高于歐美患者。與下尿路（如膀胱）尿路上皮癌相比，UTUC預(yù)后更差、復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移率更高。對于進展期UTUC患者，根治術(shù)后輔助化療是其標準治療手段，然而腫瘤異質(zhì)性的存在使不同患者對化療藥物的敏感程度不同。個體化精準治療是改善腫瘤患者預(yù)后的理想治療手段，但針對UTUC的個體化精準醫(yī)療缺乏合適的臨床前藥物效果評價模型。

類器官作為一種革命性疾病模型，在干細胞與發(fā)育、再生醫(yī)學、疾病研究、藥物開發(fā)和精準醫(yī)療等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。2021年“十四五”計劃將類器官列為首批重點專項。其中，腫瘤類器官是主要的應(yīng)用分支，通過患者腫瘤細胞體外培養(yǎng)出的，與患者腫瘤高度一致的“微腫瘤”，從病理、細胞到基因，重現(xiàn)腫瘤發(fā)生、發(fā)展和治療反應(yīng)，是理想的“患者替身”。目前，常見類型腫瘤的類器官培養(yǎng)體系已經(jīng)建立，然而針對UTUC的類器官培養(yǎng)體系尚無報道。課題合作團隊基于根治性腎輸尿管切除術(shù)切除的組織樣本，對維持類器官生長所通用的生長因子及信號通路調(diào)節(jié)劑進行了篩選測試；結(jié)果表明，R-spondin1、Noggin、SB202190、EGF等常用的類器官培養(yǎng)基添加劑對UTUC類器官是非必需的，且EGF會顯著降低UTUC類器官培養(yǎng)的成功率，而EGF對于UTUC癌旁正常組織來源的類器官培養(yǎng)是必需的。課題合作團隊進一步優(yōu)化了培養(yǎng)體系，在提升UTUC腫瘤類器官培養(yǎng)效率的同時，解決了癌旁正常組織來源的類器官的污染問題。利用該體系建立的UTUC類器官能夠保持其原始腫瘤組織的病理形態(tài)結(jié)構(gòu)、基因突變特征及基因表達譜特征。

▲基于上尿路尿路上皮癌類器官探究潛在治療策略

在成功建立了UTUC類器官模型后，課題合作團隊利用模型驗證了抗腫瘤藥物的有效性，以期篩選出治療效果更優(yōu)的藥物，從而指導臨床治療。研究結(jié)果表明，不同UTUC患者來源的腫瘤類器官對于抗腫瘤藥物的敏感性存在巨大差異，且藥物篩選結(jié)果具有穩(wěn)定性及可重復(fù)性，例如FGFR3是UTUC中常見的突變基因，基于UTUC類器官的藥物篩選結(jié)果表明，含有FGFR3激活突變的腫瘤類器官對Trametinib的敏感性顯著高于FGFR3野生型的腫瘤類器官。此外，基于UTUC類器官的抗腫瘤藥物處理及scRNA-seq結(jié)果表明，UTUC類器官經(jīng)過吉西他濱處理后產(chǎn)生耐藥性，而c-Met在吉西他濱處理后的耐藥細胞中表達上升，吉西他濱聯(lián)合c-Met抑制劑卡博替尼可以有效逆轉(zhuǎn)吉西他濱耐藥，從而殺傷腫瘤細胞。

綜上所述，UTUC類器官培養(yǎng)體系的建立不僅能夠作為“腫瘤替身”進行臨床前抗腫瘤藥物的療效預(yù)測，為UTUC的個體化精準醫(yī)療提供理論依據(jù)，還可以聯(lián)合使用單細胞測序技術(shù)，研究UTUC耐藥的分子機制及開發(fā)新型的治療策略，有望為提出有效的UTUC治療策略提供理論和實驗依據(jù)。

（北京大學第一醫(yī)院）