人源腫瘤組織異種移植在腦膠質瘤中的應用進展*

張學浩，徐燦，方川

（1.河北大學醫學部，河北 保定 071000；2.河北大學附屬醫院 神經外科， 河北 保定 071002）

腦膠質瘤是最常見的中樞神經系統原發性惡性腫瘤，其發病率占顱內腫瘤的50%以上。根據組織學和病理特征特點，世界衛生組織將膠質瘤分為Ⅰ～Ⅳ 級[1]。膠質母細胞瘤（glioblastoma multiforme,GBM）是最具侵襲性的原發性惡性腦腫瘤。目前治療的標準方案方案包括手術切除，其次是放化療。但這些積極的治療方案中，GBM 患者平均生存期僅為1 ～2年[2]，如此低的生存率，需要一種新的治療策略。人源腫瘤組織異種移植（patient derived xenograft,PDX）是完成這項任務的一個有價值的工具，用于預測治療結果及規劃患者的個體治療，以便為GBM 患者確定最佳的治療方案。

1 PDX 模型及復制的方法

PDX 模型是指直接將手術切除患者的新鮮腫瘤組織或細胞、活檢組織或細胞通過異位或者原位移植到免疫缺陷小鼠體內的一種異種移植模型，依賴于小鼠提供的環境[3]。PDX 的最大優點是模型保留原始腫瘤細胞的微環境，繼承原發腫瘤的所有分子生物學特性，保留腫瘤的異質性[4]。PDX 對篩選抗腫瘤藥物和預測患者療效、吸收率及副作用等也很重要[5]。目前，PDX 模型與臨床研究的相關腫瘤極為接近，模型對腫瘤臨床前期評估、治療和預后具有重要的轉化意義，有望為腫瘤患者個體化治療帶來新突破。大量研究表明，PDX 模型具有高度保真度，可保留原發腫瘤的組織病理學、遺傳特征及腫瘤異質[6]。

PDX 模型可采取原位移植腫瘤組織和異位移植腫瘤組織。①原位移植移植模型：將腫瘤組織因移植到原位，由于被移植部位與原始腫瘤所處的微環境差異小，原位移植被認為更具有移植優勢。然而，這種類型的移植對操作技能、支出及觀察腫瘤的方法有更高要求[7]。②異位移植腫瘤模型：將腫瘤組織種植入到小鼠背部皮膚下或腎包膜下，該種方法不僅可以提高腫瘤形成率，而且可以縮短腫瘤形成時間，且操作較原位移植簡單，觀察和測量更為方便[8]。

用于復制PDX 模型的小鼠根據免疫缺陷程度可以分為T 淋巴細胞缺陷小鼠（BAL B/C 小鼠）、T 淋巴細胞、B 淋巴細胞雙缺陷小鼠（SCID 小鼠）、非肥胖糖尿病T 淋巴細胞、B 淋巴細胞雙缺陷小鼠（NODSCID 小鼠）、T淋巴細胞、B淋巴細胞及NK 細胞缺陷小鼠（NSG 小鼠、NOG 小鼠）。其中，NSG 小鼠是目前國際公認的具有最高免疫缺陷程度，且最適合人細胞或組織移植的小鼠。

膠質瘤PDX 復制方法：①采用外科手術、組織及活檢等方法，采集一部分腦膠質瘤的組織標本，將其余腦膠質瘤組織置于甲醛溶液中冷凍保存，待用分析；②將采集的腦膠質瘤組織標本行去除壞死組織等預處理后，用無菌手術刀將膠質瘤組織切成小塊（1 ～3 mm3）或將組織制備單細胞懸液；③將處理好的膠質瘤組織移植到免疫缺陷小鼠中，通常將腫瘤組織移植于小鼠背部皮下；④將荷鼠置于特定的無病原體環境中，飼養荷成瘤小鼠4 ～6 個月。當腫瘤體積增加至1 ～2 cm3時處死小鼠，取出腫瘤并標記為F0；⑤重復上述步驟，將F0 代腫瘤移植于其他免疫缺陷小鼠體內，復制F1 代移植瘤小鼠，逐漸傳代移植；⑥以此為模型，進行膠質瘤方面的研究，以便為患者確定最佳的治療方案。

2 PDX 模型在腦膠質瘤中的應用及研究 進展

腦膠質瘤是最常見的中樞神經系統原發性惡性腫瘤，其中GBM 惡性程度最高。盡管有許多積極的治療方案，但是GBM 仍然是致命的腦腫瘤。為實現有針對性的治療方案，開發新的治療腦腫瘤策略是一個緊迫的任務，復制膠質母細胞瘤PDX 模型并在該PDX 中進行相應的研究必不可少。為實現更好的個性化治療策略和了解發病機制，需要從GBM 模型和足夠數量的腫瘤材料來進行詳細的分子水平和功能分析，以便為GBM 患者確定最佳的治療方案。WILLIAM 等[9]用替莫唑胺、依維莫司、索拉非尼、鹽霉素及貝伐單抗或伊立替康單藥治療5 種不同的GBM PDX 模型（每組5 只），對照組用生理鹽水處理；5 例PDX 模型中有4 例對替莫唑胺單藥敏感，只有1 例表現出內在耐藥；抗VEGF 抗體貝伐單抗治療效果良好，均為陽性；應用拓撲異構酶抑制劑伊立替康3 例有效；mTOR 抑制劑治療對2 例有效；多激酶抑制劑索拉非尼對1 例有效，而鹽霉素對所有病例均無影響；此外，所有經過實驗處理的PDX 模型都通過面板測序分析可能的相關突變，涉及48 個癌癥相關基因的212 個靶區。GUPTA 等[10]將28 例GBM PDX作為原位異種移植體（每組8 ～10 只），比較替莫唑胺與替莫唑胺/卡鉑聯合使用的療效，結果是替莫唑胺和卡鉑的聯合使用與單獨使用替莫唑胺相比較，聯合應用能延長GBM 模型的存活時間，從而進一步得出卡鉑對MGMT 啟動子甲基化的腫瘤有促進作用。KARPELMASSLER 等[11]研究表明，小分子抑制劑WP 1130（一種干擾USP9X 功能的去泛素酶抑制劑）會降低已復制成功的GBM PDX 和干細胞樣膠質母細胞瘤細胞的細胞活力，表明靶向去泛素酶治療膠質瘤可行、有效。MICHELHAUGH 等[12]復制膠質瘤和轉移性腦腫瘤（來自肺癌和乳腺癌）的移植瘤小鼠模型，用18F-FETrp 和11C-AMT 對離體1 ～7 d 荷瘤小鼠進行PET 動態掃描；比較2 種示蹤劑的生物分布和腫瘤小型單層水泡（SUVs），證明用18F-FETrp與11C-AMT 這兩種示蹤劑進行PET 掃描在小鼠模型中的生物分布的典型表現有一定的不同。因此，在腦膠質瘤方面也是一個很有價值的研究工具，用于腦膠質瘤臨床前藥物測試、新藥開發及個體化藥物篩選，也可進行分子生物學和影像學的研究。

研究發現，結直腸癌、胰腺癌患者與相應的PDX 模型對西妥昔單抗和吉西他濱表現出相同的反 應[13-15]。葛曉梅等[16]研究裸鼠皮下移植復制胃癌PDX模型，并在該模型上進行化療藥物藥效學評價，證明PDX 模型為胃癌的基礎研究和藥物開發提供更多工具。孫夢熊等[17]復制性骨與軟組織肉瘤患者來源移植瘤模型，將成瘤的PDX 小鼠分組，每組3 只。不同組別給予不同的化療藥物，根據化療藥物的特點給藥，通過T/C 計算抑制率，比較得出PDX 模型敏感藥物及不敏感藥物，并與對應的患者用藥情況進行比較，證實PDX 模型對化療的敏感性與臨床實際療效具有較好的相符合性。其中，阿帕替尼、安羅替尼、索拉菲尼及多西他賽對PDX 模型敏感，抑制腫瘤的生長。BERTOTTI 等[15]發現，表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor,EGFR）抑制劑西妥昔單抗用于47 例結腸癌PDX 模型，有效反應率為10.6%，與結腸癌患者用藥相似。因此，根據個體化PDX 模型對藥物的反應，臨床醫生可以為患者選擇并確定最佳的治療方案或對治療方案進行優化，而研究人員可以進行新藥的開發。

PDX 模型在藥物篩選研究中扮演重要角色，又有助于對腫瘤相關分子標志物的研究。ZHANG 等[18]在胃癌PDX 模型中進行西妥昔單抗實驗，約30% PDX模型腫瘤顯示部分或完全消退。從分子生物學、RNA轉錄水平、組織學水平及EGFR 途徑相關基因突變的檢查等方面，探究西妥昔單抗處理胃癌PDX 模型后EGFR 的表達水平和突變情況，發現對該藥物有反應的PDX 模型具有更高水平的EGFR 表達。方天 等[19]復制肺癌PDX 模型，用免疫組織化學方法檢測原代組織和F3 代組織標本內P63、napsinA 及TTF-1表達水平的差異性。P63 蛋白在肺鱗癌患者及其PDX模型癌細胞中強烈表達。在肺腺中極少數表達（＜5%）。Napsin A 蛋白在肺鱗癌患者及其第3 代PDX模型癌細胞中呈陰性表達，但在肺腺癌的表達與之相反。TTF-1 蛋白在肺鱗癌及腺癌患者癌細胞和其第3代PDX 模型癌細胞中表達不同，鱗癌呈陰性表達，而肺腺癌呈強陽性表達。WU 等[20]成功復制食管鱗癌PDX 模型，并證實分子靶向藥赫賽汀能抑制人表皮生長因子受體2 高表達的食管鱗癌小鼠腫瘤生長。因此，可以通過PDX 模型，評估分子生物學特性、檢測生物標志物，進行腫瘤相關分子的研究。

隨著生物庫或PDX 腫瘤生物樣本庫的建立，將使腫瘤的精準醫療將變成現實[5]?？蒲腥藛T已經利用PDX 模型驗證多種已經發現的癌癥敏感性生物標志物，如野生型KRAS 的結直腸癌及肺癌分別對西妥昔單抗和厄洛替尼敏感[8、13]。

3 PDX 模型的局限性和展望

雖然PDX 模型保留原代生物學特性、腫瘤異質性、基因組結構及藥敏反應，但是把腫瘤移植到有免疫缺陷的小鼠身上時，腫瘤的分布及特點依然與患者原始腫瘤不同；其次，人源腫瘤淋巴瘤在小鼠內形成這是PDX 模型的一個主要問題，這種現象多次被報道，其中包括前列腺癌、非小細胞肺癌、肝癌和胃癌的PDX 模型[21-24]；最后，復制和維持的成本較高，復制時間過長，復制成功率不穩定。在不同腫瘤類型中，復制PDX 模型成功率存在較大差異，通常失敗率較高，不能用于篩選免疫相關類藥物[25]。

綜上所述，近年來PDX 模型越來越被重視，雖然存在一些局限性需要進一步加以解決，但是其保存腫瘤細胞的原始微環境，繼承原發腫瘤的所有分子生物學特性并保留腫瘤異質性，優勢明顯。PDX 模型被證實是一個很有價值的研究工具，未來會在臨床前藥物測試、新藥開發、個體化藥物篩選、腫瘤相關分子標志物的研究及精準醫療等方面帶來新的突破。