類器官模型在膀胱癌中的研究進展*

何為 應毅蝶 王茂宇 曾蜀雄 綜述 許傳亮 審校

膀胱癌（bladder cancer，BCa）是常見的惡性腫瘤之一，據統計世界范圍內每年新發BCa 例數超過57 萬，相關死亡病例超過21 萬[1]。雖約75% BCa 患者初診時為非肌層浸潤性膀胱癌（non-muscle invasive bladder cancer，NMIBC），但超過60%患者行標準治療后2 年內出現疾病復發，其中10%～20%患者可進展為肌層浸潤性膀胱癌（muscle-invasive bladder cancer，MIBC）[2]。在過去幾十年中，因BCa 的臨床管理和預后幾乎無改善，亟需完善可監測BCa 患者的藥物療效和潛在復發的方法，建立反映BCa 生物學特征的腫瘤模型，以指導臨床決策，減少治療不良反應和成本，推動新診療手段發展。本文將對類器官在膀胱癌中的優勢、建立過程和其臨床應用前景與挑戰進行綜述。

1 腫瘤模型概述

腫瘤模型是機制研究和測試新藥的重要平臺。2D 細胞系培養、腫瘤動物模型等傳統腫瘤模型在研究中的應用已非常普遍。自1907 年Wilson 發現機械分離的海綿細胞能自發形成再生組織以來，動物器官的3D 體外模型經歷了漫長的發展過程。近年，以球狀體和類器官為代表的3D 體外模型技術逐漸完善，為揭示多種腫瘤（包括BCa）的發病機制和治療靶點提供了新的有效途徑[3]。

1.1 傳統腫瘤模型

2D 細胞系培養存在長期體外維持和傳代帶來不可預測的遺傳變異，同時由于缺乏腫瘤起始細胞、缺失人類特異性腫瘤微環境和細胞外基質（extracellular matrix，ECM）等，導致其無法準確模擬人類腫瘤的異質性與復雜性[4]?；颊吣[瘤來源的異種移植模型（patient-derived xenograft，PDX）雖更加接近臨床腫瘤的實際狀態，但仍存在動物特異性變異、建模耗時、成本昂貴、倫理學擔憂等問題，限制了其在個性化醫療特別是高通量藥物篩選中的進一步應用。

1.2 3D 體外模型

3D 體外模型具有多種細胞類型和組織結構，保留了細胞間和細胞與基質相互作用，根據組裝方法可分為基于仿生支架的球體培養物、無仿生支架的球體培養物以及患者組織來源類器官（patient-derived organoids，PDO）[5]。球體通常被認為是由細胞間黏附作用形成的簡單細胞聚集體，狹義的類器官則起源于組織特異性的祖細胞或干細胞，在基質源性生長因子的作用下，具備自我更新與分化潛能，最終形成更復雜的類器官形態[6]。因在腫瘤相關研究背景中，球體與類器官通常不會行嚴格區分，本文在后續綜述時將統一使用類器官這個術語。目前，針對不同腫瘤類型的類器官培養系統已經成功建立[7]。

1.3 BCa 類器官模型

研究顯示，從活檢和手術切除的BCa 組織樣本構建類器官培養物常用的2 種方法是使小細胞簇在浮動聚集培養物中生長；使單細胞在富含層連蛋白的ECM 凝膠中生長[8]。該研究還發現，培養條件是影響BCa 類器官成功建立的關鍵因素。Pauli 等[9]研究顯示，將BCa 組織樣本酶解、離心的單細胞沉淀重懸于含腫瘤類型特異性生長因子的自制原代培養基中，并以1∶2 的體積與ECM 凝膠混合后鋪板培育，當活細胞生長為球狀結構并可傳代至少5 次視為類器官構建成功，但建模效率僅為33%（8/24）。Lee 等[3]研究顯示，使用包括木炭剝離的胎牛血清和ROCK 抑制劑等在內的培養基配方，BCa 類器官的建模效率被優化至70%。

支架對BCa 類器官培育具有重要作用。Walz 等[10]研究顯示，對天然來源ECM 凝膠支架與聚合物水凝膠支架培養下的BCa 類器官比較結果顯示，不同支架之間的類器官大小及基因譜存在顯著性差異。此外，腫瘤細胞的來源也可能會影響建模成功率。研究顯示，將尿液樣本中分離的腫瘤脫落細胞在ECM 凝膠支架中重懸培養，有效生成了尿源性的BCa 類器官，建模效率甚至略高于組織源性類器官，達到83%～85%[11]。Geng 等[12]研究發現，在BCa 類器官早期與晚期傳代培養過程中，腫瘤干細胞標志物CD24 表達水平發生改變，提示CD24 可作為細胞擴增潛力延長的指標，有望進一步提高BCa 類器官的傳代效率。

目前，BCa 類器官構建技術日益成熟，由于BCa類器官建立的影響因素復雜，實驗室間、不同實驗需求下的培養條件均可能存在較大差異，且多數詳盡的培養方案不會公開，因此BCa 類器官的建立仍然需要面臨漫長而持續的優化與標準化。

2 BCa 類器官的臨床前價值

傳統的臨床前模型通常忽略了細胞與基質之間的相互作用，因此無法準確模擬體內環境。BCa 類器官在組織學和功能方面可展現原發腫瘤的特征，以及腫瘤的異質性和形態結構，為不同目的下進行BCa 臨床前研究提供了平臺[13]。

2.1 腫瘤表型演化

類器官由表達上皮細胞黏附分子（epithelial cell adhesion molecule，EpCAM）和鈣黏蛋白E（E-cadherin）等上皮標志物的細胞組成，并能反映腫瘤細胞的不同表型[14]。無論是由細胞簇還是單細胞建立的類器官均可檢測到EpCAM 或整合素（integrin）表達。根據上皮標志物表達不同，BCa 類器官表現出基底樣或管腔樣亞型的特征，并由具有不同分化水平的細胞組成。Mullenders 等[15]研究發現，從同一患者獲得的類器官系在分化方面可能有所不同，通過RT-qPCR 檢測可確認具有清晰的管腔或基底樣亞型的不同類器官系。Lee 等[3]研究顯示，在類器官培養過程中，親本腫瘤中表現出管腔亞型易出現向基底亞型過渡的可逆跡象，其可塑性提示了某些BCa 發生進展的演化過程。將來通過對類器官的直接實驗操作、調控腫瘤的克隆演化機制有助于為揭示腫瘤的異質性提供更多線索。

2.2 腫瘤的功能通路

類器官技術成功復現了BCa 的病理特征和分子特性，是深入研究腫瘤機制的可靠工具。Yoshida 等[16]研究顯示，在類器官培養條件下，Wnt/β-catenin 信號通路激活能夠促進BCa 細胞的增殖和活力。Shen 等[17]利用類器官模型對絲氨酸代謝中的關鍵酶磷酸甘油脫氫酶（PHGDH）的生物學功能研究發現，PHGDH 可通過與PCBP2 相互作用上調SLC7A11 表達，從而抑制鐵死亡并促進BCa 發生發展。Tan 等[18]研究發現，通過對小鼠MIBC 類器官進行CRISPR-cas9 技術操作，驗證了介導SIRT1 激動劑SRT1720 對缺氧誘導因子HIF 靶基因的抑制作用，揭示了SIRT1-HIF1α 通路軸。

2.3 腫瘤免疫微環境

PDO 通常保留少部分宿主來源的免疫細胞亞群，是還原腫瘤免疫微環境的候選模型[19]。一種基于聲學液滴原理的生物打印平臺，利用聲場平緩與流體剪切力低的特點以保存液滴中細胞的高活力與基質微環境，并縮短腫瘤類器官的形成時間，將生成的類器官與自體免疫細胞共培養，可于2 天內在體外誘導大量細胞毒性T 細胞，并成功殺傷腫瘤類器官[20]。該技術允許在短時間內重塑腫瘤免疫微環境，以完善對個體患者免疫治療變異性的預測。

3 BCa 類器官的臨床應用

BCa 類器官不僅可用于了解疾病的生物學基礎，還可用于創新診療方案。目前，BCa 類器官相關的臨床研究已處于起步階段。一項單中心、開放標簽的Ⅱ期臨床試驗（NCT05024734）正在招募中，旨在應用PDO 進行藥物篩選，以指導中風險NMIBC 患者的輔助灌注治療，有望為類器官在BCa 中的應用提供更高級別的循證醫學證據[21]。而在臨床轉化上，已有研究評估了BCa 類器官的臨床應用潛力[8]。

3.1 新型腫瘤標志物

Zhang 等[22]研究顯示，尿液中的真芽孢桿菌屬（Eubacterium sp.）CAG∶581 感染加速了NMIBC 類器官增殖（P＜0.01），并通過轉錄組測序技術（RNA-Seq）檢測Eubacterium sp.CAG∶581 的下游機制，進一步的隊列研究驗證了Eubacterium sp.CAG∶581 與NMIBC 患者預后的臨床相關性，3 年受試者操作特性曲線下面積（AUROC）可達0.79，提示尿道細菌Eubacterium sp.CAG∶581 作為新型無創診斷標志物的潛力。

3.2 藥物敏感性

Thorel 等[23]研究顯示，PDX 與PDO 模型在藥物敏感性預測方面與患者真實治療反應高度一致。Minoli等[24]對2 例患者的回顧性分析發現，PDO 精準模擬了患者對藥物的實際反應，并在體外反映了腫瘤的克隆演變過程，此外，PDO 有望在易復發患者的基線階段篩選出預防復發的候選藥物。盡管如此，由于缺乏算法和軟件，對類器官生長分析仍然費力耗時。有研究提出了一個機器學習框架，利用類器官模型衍生的藥物基因組數據識別強大的藥物生物標志物，該方法準確預測了77 例行順鉑治療的BCa 患者的藥物反應[25]。Zhang 等[26]開發了一種可生成顯微圖像的BCa 類器官培養系統，并配備基于深度學習的自動圖像分割模型（ACU2Net），該模型的敏感度、特異度和F1 分數分別達到94.81%、88.50%和91.54%，可提供更準確的類器官圖像分割結果，并提高使用類器官進行藥物篩選評估的效率。

3.3 個體化治療

Murakami 等[27]研究顯示，TP53 突變BCa 的PDO對Wee1 抑制劑（MK-1 775）聯合順鉑（cisplatin，CDDP）治療更敏感，而TP53 野生型PDO 對MK-1 775單藥和聯合CDDP 治療的療效相當。Yu 等[28]研究顯示，從MIBC 的 PDO 中鑒定出嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor，CAR）的靶抗原黏蛋白1（mucin-1，MUC1），并制備針對MUC1 的CAR-T 細胞，通過PDO 與CAR-T 細胞共培養，建立一個用于評估CAR-T 細胞療效的體外平臺。Garioni 等[29]成功建立了肉瘤樣尿路上皮膀胱癌（sarcomatoid urothelial bladder cancer，SarBC）患者衍生的類器官模型（SarBC-01），該模型可長期培養，并模擬原代腫瘤的侵襲性形態、表型和轉錄特征。該研究通過對高通量藥物篩選發現，SarBC 的特異性靶向藥物包括針對糖皮質激素受體（GR）途徑的藥物，展現了類器官技術在罕見腫瘤診治中的優勢。

4 結語

類器官已成為研究BCa 腫瘤異質性、功能通路和免疫微環境的重要工具，可用于生物標志物發現、藥物篩選和個體化治療指導。但類器官技術仍面臨著建立、傳代、維護成功率低、成本高、培養條件缺乏標準化等挑戰。將類器官技術與基因編輯、微流控設備和成像技術相結合，有望克服這些局限性。此外，整合類器官平臺與大數據算法和人工智能將推動更強大的臨床預測模型的發展，拓展類器官在臨床中的應用前景。隨著對類器官的深入了解，未來可能建立大規模、可再生的類器官生物資源庫，為前沿研究提供有力支持，推動個體化治療的發展，提升患者的治療效果。

本文無影響其科學性與可信度的經濟利益沖突。