口腔鱗狀細(xì)胞癌人源異種移植模型的研究進(jìn)展

王 寧 金武龍 彭 歆

口腔鱗狀細(xì)胞癌（簡稱：口腔鱗癌）是一種上皮來源的惡性腫瘤，常發(fā)生在舌、頰、口底、牙齦及腭部等，約占頭頸部惡性腫瘤的90%[1]。據(jù)2020 年《全球癌癥報(bào)告》數(shù)據(jù)[2]顯示，口腔鱗癌每年新發(fā)病例超過50 萬例，約2/3 伴有腫瘤的局部浸潤和區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，發(fā)病率及死亡率均較高[3]?？谇击[癌是口腔頜面部最常見的惡性腫瘤，病情發(fā)展快，大多數(shù)患者在就診時(shí)往往被確診為中晚期或已發(fā)生頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，預(yù)后較差，5 年生存率低于50%[4]。

口腔頜面部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，位置特殊，手術(shù)切除腫瘤導(dǎo)致患者語言、進(jìn)食、面形等不同程度的功能性障礙，而晚期腫瘤常侵犯顱底、頸動(dòng)靜脈等多個(gè)重要的解剖結(jié)構(gòu)，手術(shù)治療難度大，術(shù)后易復(fù)發(fā)、預(yù)后較差，常需要有效的輔助治療來提高患者的預(yù)后。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展以及相關(guān)標(biāo)志物的應(yīng)用，口腔鱗癌診斷方法日趨完善，但若想更進(jìn)一步地研究口腔鱗癌發(fā)生發(fā)展機(jī)制、腫瘤與宿主之間的相互關(guān)系以及對(duì)各種新型治療方案療效進(jìn)行評(píng)價(jià)、預(yù)測時(shí)，建立更加貼近于臨床個(gè)體化患者的腫瘤動(dòng)物模型是非常必要的。人源異種移植模型（patientderived xenograft models，PDX 模型）是指將新鮮腫瘤組織直接移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，依靠小鼠提供的環(huán)境進(jìn)行生長的動(dòng)物模型。相比傳統(tǒng)的細(xì)胞系模型、基因工程動(dòng)物模型、類器官模型等，PDX 模型是目前研究中最貼近于臨床患者的模型，有可能成為口腔鱗癌臨床前研究和藥物篩選的首選模型。本文將口腔鱗癌PDX 模型與傳統(tǒng)腫瘤動(dòng)物模型進(jìn)行比較并結(jié)合文獻(xiàn)就口腔鱗癌PDX 模型的研究進(jìn)展作一綜述。

一、口腔鱗癌PDX 模型與傳統(tǒng)腫瘤動(dòng)物模型的比較

細(xì)胞系腫瘤模型是將體外培養(yǎng)的細(xì)胞系移植到動(dòng)物體內(nèi)構(gòu)建的模型，其來源于體外培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞系，培養(yǎng)模式簡單易行，腫瘤細(xì)胞生長速率穩(wěn)定[5]，一直被用作臨床前腫瘤藥物研究的標(biāo)準(zhǔn)化工具。但隨著研究發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞系在培養(yǎng)過程中逐漸適應(yīng)了體外環(huán)境，部分遺傳物質(zhì)被篩選，造成一些不可逆的生物學(xué)特性改變，并且通過這種方式培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞還缺乏相關(guān)的基質(zhì)成分，丟失了原發(fā)腫瘤的遺傳學(xué)特性和腫瘤異質(zhì)性[6]。另有研究表明，原發(fā)腫瘤與來自該腫瘤相應(yīng)的細(xì)胞系之間也存在著較大的遺傳差異[7]。

遺傳工程小鼠模型是將一個(gè)生物體的遺傳物質(zhì)有目的地干預(yù)或改變，然后定向地整合、轉(zhuǎn)移到另一個(gè)生物體中形成模型，其來源為遺傳物質(zhì)，對(duì)研究特定基因功能具有很大的優(yōu)勢，極大地推進(jìn)了疾病機(jī)制以及功能基因組學(xué)研究的進(jìn)程，但該模型通常有特定的遺傳學(xué)特性，不能代表具有復(fù)雜遺傳特性和不穩(wěn)定基因組的人類惡性腫瘤。

PDX 模型是將新鮮的腫瘤組織直接移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，依靠小鼠提供的環(huán)境生長的動(dòng)物模型。PDX 模型是直接來源于患者的腫瘤組織，未經(jīng)體外培養(yǎng)及其他干預(yù)，完整地保存了原發(fā)腫瘤的形態(tài)結(jié)構(gòu)、分化程度、基質(zhì)成分，繼承了原發(fā)腫瘤所有的分子生物學(xué)特性[8]，與其他動(dòng)物模型相比，PDX模型在反映腫瘤異質(zhì)性方面具有很大的優(yōu)勢[9]，還能反映腫瘤細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境之間復(fù)雜的相互關(guān)系，在模擬腫瘤組織生長、轉(zhuǎn)移、血管形成以及免疫抑制等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢[10，11]。研究表明，PDX 模型在短代小鼠傳代時(shí)，在整體基因表達(dá)模式、突變狀態(tài)、轉(zhuǎn)移潛力、藥物反應(yīng)和腫瘤結(jié)構(gòu)方面具有生物學(xué)穩(wěn)定性，與細(xì)胞系移植模型相比，這些特征提供了顯著的改進(jìn)[12]。

PDX 模型的受體是具有免疫缺陷的小鼠，目前常見的主要有裸鼠、嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷小鼠（SCID）、非肥胖糖尿病/重度聯(lián)合免疫缺陷小鼠（NODSCID)、NOG 小鼠等[13]。近年來，PDX 模型逐漸成為研究腫瘤生物學(xué)和評(píng)估抗腫瘤藥物的有效工具，廣泛應(yīng)用于腫瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制研究、臨床預(yù)后預(yù)測、藥物篩選、生物標(biāo)記物開發(fā)以及腫瘤患者個(gè)體化治療等方面[14]，為多種惡性腫瘤的研究提供了一個(gè)穩(wěn)定可靠的臨床前期平臺(tái)。

二、口腔鱗癌PDX 模型的應(yīng)用

1.生物標(biāo)志物識(shí)別：據(jù)報(bào)道[15]，口腔鱗癌中5 個(gè)最常見的突變基因是TP53、FAT1、NOTCH、PIK3CA和CDKN2A。Yang 等[16]建立3 個(gè)晚期口腔鱗癌PDX模型，尋找潛在的治療靶點(diǎn)，通過對(duì)原發(fā)腫瘤及配對(duì)PDX 模型進(jìn)行全外顯子組和RNA 測序，證明了CHEK1、PIK3CA 和PIK3CD 的表達(dá)在口腔鱗癌中顯著上調(diào)。之后，對(duì)原發(fā)腫瘤及PDX 模型的轉(zhuǎn)錄組譜及轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了分析，結(jié)果提示PDX 模型重現(xiàn)了原發(fā)腫瘤相似的基因組特征，表明PDX 模型是口腔鱗癌相關(guān)的臨床前模型，并提示CHK1 和PI3K是口腔鱗癌有前途的靶點(diǎn)。

遺傳學(xué)研究報(bào)道TP53 是口腔癌中最常見的突變基因，TP53 突變是頭頸部惡性腫瘤預(yù)后不良的生物標(biāo)志物[17]。Sun 等[18]發(fā)現(xiàn)23 個(gè)口腔鱗癌PDX 模型中有17 個(gè)檢測到TP53 基因突變，NOTCH1、NOTCH2、CDKN2A 基因也常突變，這證明它們?cè)诳谇击[癌中可能代表患者間的分子異質(zhì)性，也有學(xué)者在口腔鱗癌PDX 模型中也證明了此報(bào)道[16]。另有報(bào)道表明，個(gè)性化患者的PDX 模型已被用作體內(nèi)平臺(tái)，用于測試基于患者腫瘤基因圖譜提出的治療策略[19]。

Konrad 等[20]收集89 例頭頸部鱗癌患者的115個(gè)腫瘤樣本建立了PDX 模型，大約52 個(gè)在組織學(xué)外觀上穩(wěn)定生長，其中29 個(gè)PDX 模型到達(dá)第三代后可進(jìn)行臨床前藥物敏感性篩選。通過對(duì)原發(fā)腫瘤及PDX 模型HE 染色和測序，顯示PDX 模型腫瘤與相應(yīng)患者的腫瘤特征相似，在PDX 模型中檢測到TP53 和PIK3CA 突變顯著。

Christina 等[21]通過建立大量的頭頸部鱗癌PDX模型，表明基因組中G1/S 檢查點(diǎn)通路的解除與移植相關(guān)。CCND1 和CDKN2A 基因組的改變可預(yù)測CDK4 和CDK6 抑制劑的反應(yīng)，結(jié)論支持CDK4 和CDK6 抑制劑作為頭頸部鱗癌患者的治療策略，提示利用PDX 模型確定靶向治療的潛力，這些靶向治療將使預(yù)后較差的患者受益。

護(hù)理前，兩組甲狀腺功能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；護(hù)理后，B組甲狀腺功能均低于A組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表 1。

在頭頸部鱗癌的發(fā)生發(fā)展機(jī)制中，目前公認(rèn)的PI3K 信號(hào)通路相關(guān)基因的突變、擴(kuò)增或缺失都會(huì)導(dǎo)致PI3K 通路異常激活[22]。Sun 等[18]將頭頸部鱗癌PDX 模型分為“PI3K 通路激活模型”和“PI3K 驅(qū)動(dòng)模型”，在這兩種PDX 模型上分別進(jìn)行PI3K 通路靶向藥物篩選和生物標(biāo)志物預(yù)測，另外，還將PDX 模型與遺傳類疾病相結(jié)合，通過對(duì)PDX 模型及患者對(duì)比分析，有可能為遺傳特性相似的患者提供相應(yīng)的治療。Li 等[23]成功構(gòu)建了頭頸部鱗癌PDX 模型，并進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)研究。通過反向蛋白陣列分析評(píng)估了190 個(gè)通常參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的候選總蛋白和磷酸化蛋白的表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PDX 模型中大多數(shù)蛋白質(zhì)是保守的，但有證據(jù)表明，與增殖信號(hào)相關(guān)的蛋白質(zhì)可能在構(gòu)建PDX 模型過程中被優(yōu)先選擇。然后對(duì)4778 個(gè)腫瘤標(biāo)本進(jìn)行分析并與PDX 模型比較以確定蛋白表達(dá)的一致性，結(jié)果顯示幾乎所有的PDX模型蛋白表達(dá)都聚集在頭頸部鱗癌樣本的主要分支內(nèi)，PDX 模型的整體蛋白質(zhì)譜和原發(fā)性腫瘤非常相似，這是第一次將PDX 模型與頭頸部鱗癌的蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行分析，這提示蛋白質(zhì)表達(dá)的穩(wěn)定性代表著一種有前景的臨床前模型系統(tǒng)，可用于頭頸部鱗癌機(jī)制和治療的研究。

2.化學(xué)治療：目前，以順鉑為基礎(chǔ)的化療是復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移性口腔鱗癌的標(biāo)準(zhǔn)治療方法[24]。順鉑作為口腔鱗癌的一線化療藥物，療效滿意，但副作用嚴(yán)重，因其在治療過程中產(chǎn)生耐藥及敏感性降低的現(xiàn)象在很大程度上削弱了治療效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有30%的患者最初對(duì)鉑類藥物不敏感，也有原對(duì)藥物敏感的患者經(jīng)三、四輪化療后出現(xiàn)不同程度的耐藥[25]，基于這種現(xiàn)象，探索提高口腔鱗癌對(duì)順鉑敏感性的新策略顯得尤為重要。順鉑單獨(dú)或聯(lián)合5-氟尿嘧啶和多西他賽治療是目前口腔鱗癌最常用的化療方案，但化療耐藥性是口腔鱗癌治療失敗的重要因素之一?；熌退幨怯啥喾N因素引起的，包括藥物積累減少、藥物靶點(diǎn)相互作用減少、腫瘤干細(xì)胞數(shù)量增加及自噬活性增強(qiáng)等。

Omprakash 等[26]收集了17 例未接受過化療和17 例接受新輔助化療但未有反應(yīng)的口腔鱗癌患者活檢標(biāo)本，利用裸鼠制備PDX 模型，來評(píng)估順鉑、酮咯酸鹽任一單藥及兩藥聯(lián)合使用對(duì)口腔鱗癌的影響，結(jié)果提示聯(lián)合用藥顯著抑制腫瘤生長，同時(shí)酮咯酸鹽還可恢復(fù)順鉑誘導(dǎo)化療無效的口腔鱗癌PDX模型腫瘤細(xì)胞死亡。對(duì)于復(fù)發(fā)的晚期口腔鱗癌患者，酮咯酸鹽與順鉑聯(lián)合治療值得進(jìn)一步臨床研究。

Konrad 等[21]構(gòu)建52 例頭頸部鱗癌PDX 模型，評(píng)估多西紫杉醇、卡鉑、5-氟尿嘧啶及甲氨蝶呤的治療效果，結(jié)果顯示多西紫杉醇治療效果最為顯著，即使5-氟尿嘧啶，卡鉑和甲氨蝶呤的最大耐受劑量，一般情況下單一藥物不會(huì)導(dǎo)致顯著的生長抑制。

在晚期和化療耐藥口腔鱗癌PDX 模型中，順鉑類化療藥物治療機(jī)制還需進(jìn)一步的臨床研究。

3.靶向治療：口腔鱗癌是一種侵襲性腫瘤，細(xì)胞周期失調(diào)和表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）通路擴(kuò)增被認(rèn)為是口腔鱗癌發(fā)病的關(guān)鍵因素[27]，EGFR 在90%以上的頭頸部鱗癌中過表達(dá)。西妥昔單抗，一種EGFR 抗體，是FDA批準(zhǔn)的唯一用于口腔鱗癌的分子靶向藥物[28]，然而，并不是所有患者對(duì)EGFR 靶向治療都有效，絕大多數(shù)患者對(duì)該治療隨著時(shí)間推移產(chǎn)生耐藥性[29]，這表明對(duì)具有不同遺傳和分子特征的口腔鱗癌患者，還需其他有效的靶向治療。

目前，許多靶向通路的抑制劑被評(píng)估為口腔癌的候選治療藥物，例如，palbociclib 和abemaciclib 是細(xì)胞周期相關(guān)激酶CDK4 和CDK6 的抑制劑，在頭頸部鱗癌PDX 模型中顯示出抗腫瘤作用[20]。

伊維莫司，一種靶向mTOR 信號(hào)通路的化合物，是一種新的治療選擇。PI3K/AKT/mTOR 通路的失調(diào)是頭頸部鱗癌發(fā)病機(jī)制的常見事件，但mTOR抑制劑尚未被引入臨床常規(guī)應(yīng)用[30]。Konrad 等研究表明29 例PDX 模型中20 例顯示出對(duì)依維莫司有明顯的生長抑制作用，這一進(jìn)步證明了這種化合物在頭頸部癌癥中的活性。

伊曲康唑是FDA 批準(zhǔn)的一種新型抗癌藥物[31]，已通過人體安全性測試，既往研究表明其是一種很有前途的Hh 通路拮抗劑和抗血管生成劑，并在基底細(xì)胞癌中證實(shí)了這一點(diǎn)[32]，然而，伊曲康唑在口腔鱗癌中的潛在用途尚未被研究。Ban 等[33]通過口腔鱗癌PDX 模型研究發(fā)現(xiàn)，用伊曲康唑處理過的小鼠凋亡小體是對(duì)照小鼠的2.29 倍，表明伊曲康唑能誘導(dǎo)PDX 模型腫瘤細(xì)胞凋亡；同時(shí)，PDX 模型顯示影響Hh 信號(hào)通路，這是第一個(gè)證明使用抗真菌藥物伊曲康唑作為一種新的口腔鱗癌治療選擇的可行性研究，研究結(jié)果可為進(jìn)一步研究伊曲康唑在口腔鱗癌中的應(yīng)用提供參考。

Wang 等[34]建立頭頸部鱗癌PDX 模型，研究表明雙重靶向EGFR 和HER3 優(yōu)于單獨(dú)靶向EGFR，西妥昔單抗耐藥細(xì)胞系和PDX 模型一致表明，西妥昔單抗上調(diào)HER3 和HER2/HER3 二聚體是頭頸部鱗癌耐藥EGFR 抑制的一個(gè)潛在機(jī)制，結(jié)果支持在西妥昔單抗治療失敗的患者中使用多重靶向策略可進(jìn)行進(jìn)一步的臨床研究。

4.聯(lián)合治療：越來越多的研究表明，口腔鱗癌的聯(lián)合治療效果明顯優(yōu)于單藥治療效果，Yang 等[16]通過口腔鱗癌PDX 模型，評(píng)估順鉑、CHK1 抑制劑、PI3K 抑制劑及聯(lián)合治療效果，結(jié)果顯示單藥治療只能部分抑制PDX 模型腫瘤生長，而聯(lián)合治療對(duì)腫瘤生長抑制效果顯著，研究為抑制CHK1 與抑制PI3K或順鉑聯(lián)合治療作為一種新的口腔鱗癌治療策略提供了原理證據(jù)。在鉑類和氟尿嘧啶治療的基礎(chǔ)上添加西妥昔單抗，可以改善復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移性頭頸部鱗癌患者的總生存期，EGFR 基因突變和來自HER3 和其他EGFR 家族成員的代償信號(hào)被認(rèn)為與頭頸部鱗癌對(duì)西妥昔單抗治療的敏感性有關(guān)[35]。Wang 等通過6 例頭頸部鱗癌PDX 模型研究結(jié)果提示西妥昔單抗和HER3 抑制劑聯(lián)合治療顯著抑制腫瘤生長；這是首次使用PDX 模型證明聯(lián)合EGFR 和HER3 的雙重靶向策略比單獨(dú)應(yīng)用EGFR 抑制劑治療頭頸部鱗狀細(xì)胞癌更有效。

5.其他治療：Farshad 等[36]使用口腔鱗癌PDX 模型來描述腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell，CSC）的存在和行為的差異與其腫瘤起源相關(guān)，CSC 被認(rèn)為是頭頸部鱗癌局部復(fù)發(fā)和區(qū)域擴(kuò)散的一個(gè)可能的驅(qū)動(dòng)因素[37]，Sun 等[38]成功構(gòu)建PDX 模型后進(jìn)行研究CSC在口腔鱗癌中的作用，證明c-Met 抑制劑具有優(yōu)先靶向腫瘤干細(xì)胞的治療潛力。Sun 等[18]在組織學(xué)、分子學(xué)和藥理學(xué)水平上對(duì)口腔鱗癌PDX 模型進(jìn)行了廣泛的表征，確保他們能代表臨床情況的多樣性。研究報(bào)道[39]，PDX 模型在數(shù)量上被認(rèn)為是可再生的組織資源；在質(zhì)量上，其穩(wěn)定性和臨床預(yù)測價(jià)值顯著。PDX 模型平臺(tái)可能會(huì)在一個(gè)共臨床試驗(yàn)項(xiàng)目中實(shí)施，進(jìn)行患者分層和優(yōu)化治療。

光生物調(diào)節(jié)治療（photobiological regulation therapy，PBMT) 是預(yù)防口腔黏膜炎的有效方法，然而，PBMT 對(duì)口腔鱗癌的影響尚未完全闡明。Silveira等[40]在口腔鱗癌PDX 模型中，證實(shí)了PBMT 不影響腫瘤生長、增殖和細(xì)胞周期，此外，2017 年Antunes等[41]提示PBMT 甚至可能提高放化療治療頭頸部鱗癌患者的生存率。最近的一些研究發(fā)現(xiàn)，PDX 模型是一個(gè)有前途的領(lǐng)域，通過獲得頭頸部鱗癌的擴(kuò)展，正在建立頭頸部鱗癌PDX 模型數(shù)據(jù)庫，支持基礎(chǔ)科學(xué)和臨床前研究。

三、改進(jìn)型PDX 模型

目前，PDX 模型在多種不同實(shí)體腫瘤研究中已被證明有助于預(yù)測患者化療療效和指導(dǎo)臨床治療決策。但PDX 模型也存在一些局限性：①宿主為免疫缺陷小鼠，缺失了人體免疫微環(huán)境；②平均成瘤時(shí)間較長，藥敏檢測所需時(shí)間也較長；③移植成功率通常低于50%；④隨著腫瘤的增殖和傳代，人類來源的腫瘤基質(zhì)將被鼠源組織所代替，速率約為3～5 代，5、在移植的過程中，不可避免地丟失一部分遺傳特性，對(duì)原始腫瘤的異質(zhì)性存在一定影響。

有研究者為彌補(bǔ)PDX 模型所存在的一些局限性，對(duì)PDX 模型進(jìn)行了改進(jìn)，主要有以下幾種。①M(fèi)iniPDX 模型[42]：作為PDX 模型的補(bǔ)充，是一種快速的PDX 藥敏檢測技術(shù)，最大的優(yōu)勢在于MiniPDX模型藥敏檢測試驗(yàn)只需7～10 天，明顯短于傳統(tǒng)PDX 模型藥敏檢測所需的4～6 個(gè)月，同時(shí)所需的腫瘤組織量更小、成本也更低，但是，以細(xì)胞懸液代替組織是否會(huì)破壞腫瘤微環(huán)境，使MiniPDX 與原發(fā)腫瘤在長期一致性上受到影響，有待進(jìn)一步證實(shí)。②人源化異種移植模型：以具有部分人免疫系統(tǒng)功能的小鼠建立的PDX 模型，模擬腫瘤與免疫系統(tǒng)之間的相互作用，因而能用于腫瘤免疫方面的研究，彌補(bǔ)了PDX 模型缺失人免疫微環(huán)境的不足。然而現(xiàn)有的人源化異種移植技術(shù)還不盡成熟，人源化小鼠制作復(fù)雜，建模成功率低，成本難以控制，難以應(yīng)用于臨床實(shí)際工作中。③原位人源異種移植模型：將人源的腫瘤組織移植到免疫缺陷小鼠對(duì)應(yīng)或相近的組織器官而建立的模型。優(yōu)點(diǎn)在于原位移植可以提供更加接近原發(fā)瘤的環(huán)境，有利于原發(fā)瘤的正常生長，但是由于原位移植的腫瘤多位于胸腹腔內(nèi)，傳統(tǒng)檢測手段難以觀察腫瘤的生長情況，體外測量腫瘤體積誤差相對(duì)較大，對(duì)于轉(zhuǎn)移灶的識(shí)別也存在更大的困難。另外，操作復(fù)雜，降低了原位移植模型的成功率，暫時(shí)未得到廣泛應(yīng)用。