PDTX小鼠模型在指導腫瘤臨床治療中的應用*

腫瘤是由于多種致癌因子導致的原癌基因和/或抑癌基因突變從而引發的異質性疾病。這種普遍存在的異質性通常導致同一種類型的腫瘤患者對某種特定的治療表現出不同的反應。抗腫瘤藥物研發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行藥物療效測試，這是抗腫瘤藥物從實驗室研究推進到II期臨床試驗的關鍵步驟?；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性、組織學特性、分子多樣性以及微環境，可以作為患者“替身”來研究藥物反應。目前多種腫瘤的PDTX模型均已建立，包括頭頸部腫瘤、神經膠質細胞瘤、肺癌、乳腺癌、胃癌、肝細胞癌、胰腺癌、結直腸癌、卵巢癌、前列腺癌等［1-3］。本文就PDTX小鼠模型在指導腫瘤臨床治療中的應用進行綜述。

1 PDTX模型產生的背景

二十世紀60年代出現的細胞系來源的腫瘤異種移植模型（cell line-derived tumor xenografts model，CDTX模型），是將體外培養的腫瘤細胞系注射到免疫缺陷鼠體內而形成的一種動物模型。單一腫瘤細胞株經過體外反復傳代，適應了外界培養環境，不能預測由細胞系產生的遺傳變異和腫瘤異質性，不能準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行轉化的平均成功率低于 8%［4］。

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

為了克服這些局限性，醫學研究者們迫切需求更加精準、更加全面的預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細胞，B細胞和NK細胞功能正常。重度聯合免疫缺陷（severe combined immuno?deficiency，SCID）小鼠T、B細胞缺失，細胞免疫和體液免疫功能缺陷，但巨噬細胞和NK細胞功能未受影響。NOD/SCID小鼠與之相比，其巨噬細胞對人源細胞吞噬作用弱，NK細胞和結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權的NCG（NOD-Prkdcem26Cd52Il2rgem26Cd22/Nju）小鼠，均無成熟T細胞、B細胞和功能性NK細胞，細胞免疫和體液免疫均存在嚴重免疫缺陷［7］，對人源細胞和組織幾乎無排斥反應，少量細胞即可成瘤，是目前國際公認的最適合人源細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在小鼠體內傳代。對于血液病，則可以抽取患者骨髓或外周血，分離白血病細胞后，在免疫缺陷小鼠的皮下、腹腔、骨髓內或者通過尾靜脈注射進行種植［8］。腫瘤組織在小鼠體內傳至3～5代后，小鼠基質會逐漸替代原代腫瘤基質，因而通常選擇PDTX模型的第三代作為患者替代研究對象，但主要是依據患者組織與小鼠腫瘤的相似性，而不是代數［9］。

2.3 建模成功率

建模的成功率是以獲得可以傳代的PDTX腫瘤為標準。Liu等［10］統計了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胞肺癌為54%，小細胞肺癌為60%，腸癌為69%，胃癌為25%，卵巢癌為64%，腎癌為17%，急性淋巴細胞白血病為25%。Fichter等［11］將102例肺癌標本移植入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胞和間葉細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。化療前獲取的腫瘤組織成功率優于化療后［14］。腫瘤皮下移植成功率為40%～60%［15］，但難出現遠處轉移［16］，其優點是操作簡單，方便測量、觀察腫瘤大小。腎包膜移植成功率能達到95%以上［17］，但該方法對受體小鼠的手術損傷較大。原位移植易于局部生長和遠處轉移，但需要掌握更為熟練的外科手術技巧。此外，使用激素可以增加內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小鼠補充睪酮可達到38.9%的建模成功率［18］。

3 PDTX小鼠模型在指導腫瘤臨床治療中的應用

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］發現在腸癌PDTX模型中，奧沙利鉑比氟尿嘧啶有更強的抗腫瘤能力，兩藥聯合未表現出協同作用。Pan等［20］研究順鉑單藥、吉西他濱單藥及兩藥聯合治療膀胱癌時發現，兩藥聯合方案在PDTX模型中療效更顯著。Glaser等［21］發現卵巢癌PDTX模型對紫杉醇聯合環磷酰胺方案比紫杉醇聯合卡鉑方案更為敏感。耐藥現象的產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，發現抑制Notch通路可減少腫瘤起始細胞的數量，γ-分泌酶抑制劑MK-0725能通過抑制該通路發揮抗腫瘤作用。

靶向治療個體差異顯著，PDTX模型可以幫助預測療效。Huynh等［24］發現貝伐單抗（bevacizumab）在1例膠質母細胞瘤患者與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，發現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模型表現出更強大的抗腫瘤作用。Bertotti等［27］對47個轉移性結腸癌PDTX模型應用西妥昔單抗治療，結果顯示有效率為10.6%（5/47），疾病穩定率為 29.8%（14/47），疾病進展率為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，節省時間和費用，尤其是當腫瘤出現復發轉移時，更能發揮其藥物篩選的優勢。

2011年美國霍普金斯醫學院的研究者建立了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，該試驗發現白蛋白結合型紫杉醇聯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%，預后差。Einarsdottir等［30］為1例BRAF突變的晚期黑色素瘤患者進行PDTX模型藥物篩選，表明維羅非尼+曲美替尼兩藥聯合療效較好?；颊呓邮軆伤幝摵戏桨钢委?個月后，足跟部腫瘤體積明顯退縮，且肺部轉移病灶縮小。Fichtner等［31］研究腸癌患者時發現，患者在未得出藥敏結果前，臨床使用氟尿嘧啶化療，肝轉移灶無好轉，更換奧沙利鉑+伊立替康方案，4年來病情穩定，這與采用PDTX模型驗證得出的藥敏結論一致。且該研究團隊發現，PDTX小鼠模型化療過程中顯示的敏感和耐藥反應與相應患者的臨床反應高度的相似。美國霍普金斯醫學院有1例經典案例［32］，為1例Ⅳ期胰腺癌患者建立PDTX模型，藥敏測試結果顯示絲裂霉素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，后病情進展，改用絲裂霉素C單藥化療，療效持續了22個月；后病情進展，改用絲裂霉素C+順鉑繼續化療，腫瘤得到有效抑制，患者目前已經生存超過6年。結果說明采用之前PDTX篩選的其他有效化療方案對復發腫瘤依然有效。

3.3 生物標志物和作用靶點的發現

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

展丙香等［34］發現原發性肺癌順鉑耐藥性與ER?CC1、IGFBP5的表達水平相關。Garrido-Laguna等［35］發現前列腺癌患者若出現SMAD4突變可能會導致腫瘤的轉移。Sugimoto等［36］在治療淋巴瘤時，發現還原型谷胱甘肽這一指標可反映抗腫瘤藥物的有效性。Villarroel等［32］發現了在胰腺癌中失活的PALB2基因位點。Chen等［37］通過對137例患者的結腸癌PDTX腫瘤及結腸癌細胞株進行分析，發現Kit配體（Kit li?gand，KITLG）可以通過自分泌和/或旁分泌信號促進腫瘤細胞的增長，提出結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模型的實驗中發現，BCL2L1抑制劑可以明顯降低癌細胞的生長，提示BCL2L1可能是胃癌藥物治療的靶點。

4 PDTX模型應用的局限

PDTX模型是基于患者來源的腫瘤組織的移植所建立的，若患者沒有手術或組織活檢的機會，則無法建立此模型。對于雙原發腫瘤、原發病灶不明的轉移瘤而言，如何選擇標本以及模型是否能發表達腫瘤轉移的生物學行為，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，PDTX模型不能用于免疫抑制劑、免疫調節劑療效的評估。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，對于腫瘤發展迅速、生存期短的患者而言，有些未能獲得藥敏結果就已經死亡［39］。并且此研究需較多的人員、時間及經濟投入，卻仍可能無法獲得預期臨床療效。

5 結語

PDTX模型能最大化地保留患者腫瘤的異質性，指導腫瘤臨床治療?？捎糜跍y試藥物敏感性，進行耐藥機制的研究；將患者快速分層，進行藥物組合優化，篩選出個體化的治療方案；測試模型中腫瘤的轉錄組、蛋白質組數據，獲得腫瘤生物標記、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，模型不能完全表現出腫瘤的生物學行為，根據模型的藥敏結果選擇藥物在實際臨床中的可行性受到限制等。相信隨著相關技術的進一步成熟，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，對腫瘤的精準化治療發揮更大的作用。

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