杭渤，束永前，劉平，魏光偉，金健，郝文山，王培俊，李斌，毛建華

（1. 美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室，伯克利，加州94720；2. 南京卡迪奧密生物技術(shù)有限公司，南京211106；3. 江蘇省人民醫(yī)院腫瘤科，南京210029；4. 山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院，濟南250100；5. 江蘇省南京高新生物醫(yī)藥公共服務(wù)平臺有限公司，南京210032）

專家推薦

腫瘤的精準(zhǔn)醫(yī)療：概念、技術(shù)和展望

杭渤1,2，束永前3，劉平3，魏光偉4，金健1，郝文山5，王培俊2，李斌1,2，毛建華1

（1. 美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室，伯克利，加州94720；2. 南京卡迪奧密生物技術(shù)有限公司，南京211106；3. 江蘇省人民醫(yī)院腫瘤科，南京210029；4. 山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院，濟南250100；5. 江蘇省南京高新生物醫(yī)藥公共服務(wù)平臺有限公司，南京210032）

學(xué)科：醫(yī)學(xué)

推薦專家：陳廣仁編審（《科技導(dǎo)報》編輯部）

推薦論文：杭渤, 束永前, 劉平, 等. 腫瘤的精準(zhǔn)醫(yī)療：概念、技術(shù)和展望[J]. 科技導(dǎo)報, 2015, 33(15): 14-21.

·專家點評·

該文對腫瘤的precision medicine的概念，技術(shù)和意義做了全面的介紹，從概念上對precision medicine和personalized medicine進行了區(qū)分，將腫瘤的precision medicine療分為間接“生物標(biāo)志物檢測及診斷”和直接“病人源性細(xì)胞和組織在抗癌藥物直接篩選的應(yīng)用”兩類，并對其分子病理基礎(chǔ)和相關(guān)的技術(shù)做了介紹，最后作者對腫瘤的精確醫(yī)療的前景做了展望。選題新穎，敘述詳略得當(dāng)，是該領(lǐng)域一篇很好的綜述。

2011年，美國國家科學(xué)院在“邁向精準(zhǔn)醫(yī)療：構(gòu)建生物醫(yī)學(xué)研究知識網(wǎng)絡(luò)和新的疾病分類體系”報告中，對“精準(zhǔn)醫(yī)療（precision medicine）”的概念和措施做了系統(tǒng)的論述。報告探討了一種新的疾病命名的可能性和方法，該方法基于導(dǎo)致疾病的潛在的分子誘因和其他因素，而不是依靠傳統(tǒng)的病人癥狀和體征。報告建議通過評估患者標(biāo)本中的組學(xué)（omics）信息，建立新的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，以促進生物醫(yī)學(xué)研究及其與臨床研究相整合。美國總統(tǒng)奧巴馬在2015年1月20日的國情咨文中正式將“精準(zhǔn)醫(yī)療計劃”作為美國新的國家研究項目發(fā)布，致力于治愈癌癥和糖尿病等疾病，讓每個人獲得個性化的信息和醫(yī)療，從而“引領(lǐng)一個醫(yī)學(xué)新時代”。此舉措很快得到了美國政府研究機構(gòu)和醫(yī)學(xué)界的熱烈響應(yīng)，當(dāng)然也包括來自醫(yī)學(xué)界和社會的爭議。

1 精準(zhǔn)醫(yī)療與個體化醫(yī)療

1.1 定義

什么是精準(zhǔn)醫(yī)療（又稱精確醫(yī)學(xué)），其與通常所講的個體化醫(yī)療（personalized medicine）又是什么關(guān)系？精準(zhǔn)醫(yī)療就是與患者分子生物病理學(xué)特征，如基因組信息，相匹配的個體化診斷和治療策略。個體化醫(yī)療利用診斷性工具去檢測特定的生物標(biāo)志物，尤其是遺傳性標(biāo)志物，然后結(jié)合患者的病史和其他情況，協(xié)助決定哪一種預(yù)防或治療干預(yù)措施最適用于特定的患者。通俗地講，個體化醫(yī)療就是考慮患者本身的個體差異，藥物治療因人而異，為理想化的治療。而精準(zhǔn)醫(yī)療著眼于一組病患或人群，相對于個性化醫(yī)療針對個體病患的情況更為寬泛，更可行。兩者有共同的內(nèi)涵。也有醫(yī)療和研究機構(gòu)將這兩個概念放在一起，如杜克大學(xué)的“精準(zhǔn)和個體化醫(yī)療中心”。

無論是個體化或精準(zhǔn)醫(yī)療，都涉及到個性化和標(biāo)準(zhǔn)化兩個理念的平衡，這是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的必由之路。精準(zhǔn)醫(yī)療的理念是把個體化預(yù)見性治療建立在以分子生物學(xué)特征或指標(biāo)為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化方法上的。雖然目前個性化或精準(zhǔn)醫(yī)療的實踐遠(yuǎn)落后于理論，但在醫(yī)學(xué)界已創(chuàng)造了一種文化氛圍或理念轉(zhuǎn)變，即一種類型的藥物適合于所有的病患（one size fits all）的時代已經(jīng)過去，沒有什么治療是常規(guī)的（there is nothing routine)。

“精準(zhǔn)醫(yī)療”這個概念事實上已經(jīng)存在多年，而且很早就在中國的中醫(yī)實踐中體現(xiàn)。中醫(yī)對同一個病癥可以有多個不同的藥方，因為要考慮到每一個病人的不同體質(zhì)類型、心理特征和環(huán)境情況等。另外，中醫(yī)將人區(qū)分為柴胡人、半夏人等，也是基于病人的基本體質(zhì)。而如何應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來解釋中醫(yī)這些個體化對癥治療的機制和基礎(chǔ)，尤其在腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用，則是一個非常有意義，也是極具挑戰(zhàn)性的現(xiàn)代課題。

1.2 精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展

現(xiàn)代個體化醫(yī)療的時代始于21世紀(jì)初，緊隨當(dāng)時人類基因組計劃（human genome project，HGP）的完成以及在《Nature》和《Science》雜志上人類基因組信息的發(fā)表。此計劃于1990年由美國能源部（DOE）和國家衛(wèi)生研究院（NIH）啟動。本文部分筆者所在的美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）是當(dāng)時能源部進行人類基因組研究的主要基地之一。其中金健博士更是直接參與者，開發(fā)了第一代DNA測序技術(shù)。英國、日本、法國、德國和中國等相繼加入此計劃，于2003年成功完成了測定人類23對染色體的遺傳圖譜、物理圖譜和約30億個堿基對的DNA序列的目標(biāo)，被稱之為生命科學(xué)的“登月計劃”。當(dāng)時號召來自各行各業(yè)的科學(xué)家和科技特長者參與此計劃，包括遺傳學(xué)家和分子生物學(xué)家，和來自化學(xué)、物理、工程、生物信息和倫理學(xué)的科學(xué)家通力合作。人類基因組計劃無疑是走向精準(zhǔn)醫(yī)療的關(guān)鍵第一步。而今天的精準(zhǔn)醫(yī)療的實現(xiàn)，也同樣需要各類科學(xué)家和臨床醫(yī)生通力合作，應(yīng)用和開發(fā)新的理念方法和技術(shù)。

精準(zhǔn)醫(yī)療適合醫(yī)學(xué)各個學(xué)科，但基于種種原因，目前腫瘤學(xué)科是實施和加強精準(zhǔn)醫(yī)療的最佳選擇領(lǐng)域之一。本文主要圍繞腫瘤的精準(zhǔn)醫(yī)療，對其概念、技術(shù)和未來進行綜述。

2 腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療的分子病理基礎(chǔ)

癌癥是當(dāng)今危害人類健康的主要疾病。在中國，癌癥發(fā)生率正處于快速上升期，癌癥已成為第一死因。人類癌癥與環(huán)境因素息息相關(guān)，其通過基因組（genome）的異常改變而發(fā)生和演變，使細(xì)胞發(fā)生病理改變，導(dǎo)致腫瘤的無限生長和轉(zhuǎn)移。

越來越多的證據(jù)顯示，癌癥是一種復(fù)雜和多樣性疾病，患者可能表現(xiàn)出類似的癥狀，并具有相同的病理改變，卻可能由完全不同的基因變化而造成。正因為這樣的異質(zhì)性（heterogeneity），病理同類型癌癥患者對目前可用藥物的反應(yīng)率差別很大。比如對傳統(tǒng)的放療和化療，患者可能有數(shù)種截然不同的反應(yīng)。總而言之，某一特定治療往往只有一部分腫瘤患者有反應(yīng)，而問題的關(guān)鍵是我們無法預(yù)知哪些患者會受益。因為無法在治療前判斷不同腫瘤個體對藥物的敏感性和耐藥性，許多患者往往遭受不必要的和（或）損害性大（副作用）的治療。由此腫瘤精準(zhǔn)治療的概念應(yīng)運而生。

可以說，目前腫瘤精準(zhǔn)治療的主要基礎(chǔ)無疑是與腫瘤遺傳相關(guān)的易感癌基因的發(fā)現(xiàn)和在分子水平對這些基因變化的檢測，由此提供生物指標(biāo)和信息，從而達到個體化和預(yù)見性的治療。這些基因包括癌基因（oncogenes）和抑癌基因（tumor suppressor genes），而癌基因的激活和抑癌基因的失活是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵因素。目前發(fā)現(xiàn)的癌相關(guān)基因已超過400個。毛建華等也發(fā)現(xiàn)了數(shù)個癌相關(guān)基因和其功能，如AURORA-A、FBXW7、HIPK2和PTEN等，其中有的已經(jīng)被應(yīng)用于臨床實踐，如FBXW7。在腫瘤發(fā)生和發(fā)展的不同階段，這些癌相關(guān)基因的突變（mutation）、擴增（amplification）和過度表達（overexpression）以及抑癌基因的缺失（loss）和低表達（low expression）等形式特征變化與腫瘤的發(fā)生、演進和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。每個腫瘤都與特定癌基因的突變和相關(guān)信號通路的異常相關(guān)聯(lián)，而這些信息是用來確定藥物治療靶點和干擾通路的基礎(chǔ)，如同時應(yīng)用IGF-1R和ALK抑制劑的聯(lián)合靶向治療，有效提高了對含有ALK融合基因的肺癌治療效果。近年來靶向治療（targeted therapy）已經(jīng)在很多醫(yī)院開展，多個靶向治療癌癥藥物已經(jīng)在美國和歐洲上市，還有很多正處于臨床試驗階段。而很多這種靶向治療或藥物都伴隨有相應(yīng)的分子生物學(xué)標(biāo)志，即伴隨生物標(biāo)志物（companion biomarker），或相關(guān)配套診斷試驗，以確定病人對藥物反應(yīng)或發(fā)生副作用的可能性。

目前支持個體化或精準(zhǔn)醫(yī)療的理論和實踐基礎(chǔ)就是個體間在分子遺傳上的差異，后者被認(rèn)為是人類疾病易感性和藥物反應(yīng)的決定性因素。早期的例子充分證明了遺傳與腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療的關(guān)系：靶向抗癌藥物吉非替尼（Iressa）和厄洛替尼（Tarceva）最初上市時，在肺癌患者中應(yīng)用的藥品副作用雖較化療有很大提高，但藥效并不是非常顯著，僅僅作為肺癌治療的二線藥物。但其后發(fā)現(xiàn)在攜帶EGFR特定基因突變的肺癌患者中，吉非替尼和厄洛替尼治療效果優(yōu)異，現(xiàn)在已成為臨床治療這類患者的一線標(biāo)準(zhǔn)治療藥物。這證明了腫瘤基因突變與藥物和治療反應(yīng)的相關(guān)性，而根據(jù)基因突變的信息和組合來決定患者的靶向治療方案是精準(zhǔn)醫(yī)療的大方向。

近年來，毛建華等研究結(jié)果也顯示了腫瘤基因突變狀態(tài)以及在靶向治療上的成功應(yīng)用。他們首先發(fā)現(xiàn)了FBXU7為P53依賴性腫瘤抑制基因，而其功能意義在于與哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）結(jié)合并使之降解?，F(xiàn)有研究表明，mTOR在細(xì)胞的增殖、生長、分化和凋亡過程中起著中心調(diào)控點的作用。毛建華等發(fā)現(xiàn)FBXW7在多種人類腫瘤中發(fā)生突變和/或缺失，并使腫瘤細(xì)胞系對雷帕霉素治療特別敏感。正是利用此特性，匹茲堡大學(xué)腫瘤所的醫(yī)生們應(yīng)用雷帕霉素成功治療了一位具FBXW7突變的肺癌患者。此患者為EGFR和ALK野生型，應(yīng)用雷帕霉素前多種特異性療法均無法阻止其腫瘤的進展。

3 精準(zhǔn)醫(yī)療相關(guān)技術(shù)

正如它的名稱所示，精準(zhǔn)醫(yī)療需要精準(zhǔn)的診斷工具和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，例如遺傳測試、鑒定與疾病相關(guān)的藥物靶點，影像分析和選擇合適的患者做臨床試驗。筆者認(rèn)為所有能夠滿足臨床上進行個體化治療且提高療效，減少副作用的方法和技術(shù)都可以劃為精準(zhǔn)醫(yī)療的范疇，因而適用于精準(zhǔn)醫(yī)療的方法和技術(shù)并沒有什么限定。從方法學(xué)上來講可分為間接的和直接的兩大類。間接方法是指由基因（生物標(biāo)記）檢測及診斷并通過統(tǒng)計/數(shù)學(xué)信息模型選擇治療方案，生物大數(shù)據(jù)和知識背景是此方法的奠基。目前處于大數(shù)據(jù)年代，此方法也討論的最多；直接方法是指將患者腫瘤細(xì)胞或組織通過2D 細(xì)胞培養(yǎng)或3D 組織或類器官培養(yǎng)（3Dorganoid culture）或病人源性異種移植（patient- derivedxenograft，PDX）模型來進行抗癌藥物的直接篩選從而選擇最佳治療方案。

近幾年來循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumor cell，CTCs）和游移DNA（cell-free DNA）的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用為腫瘤無創(chuàng)診斷、精準(zhǔn)治療和實時療效監(jiān)控等方面提供了更便捷的途逕。目前仍然迫切需要研發(fā)可以被用來更好地預(yù)測癌癥患者對藥物反應(yīng)（敏感性或抗藥性）的新方法和新技術(shù)。

3.1 生物大數(shù)據(jù)和信息庫

近年來腫瘤分子病理、基因檢測等現(xiàn)代分子生物學(xué)領(lǐng)域的進展頗豐，臨床數(shù)據(jù)的采集和積累也突飛猛進，但對這些數(shù)據(jù)的挖掘、評估、整合和應(yīng)用還亟待加強?？上驳氖巧镄畔⒓夹g(shù)方面突飛猛進的發(fā)展，特別是在各種組學(xué)方面，為我們提供了前所未有的機會去進行大數(shù)據(jù)處理來認(rèn)識腫瘤的遺傳特征和發(fā)病分子機理，并對癌癥的個體性預(yù)防或治療帶來準(zhǔn)確且強大的指導(dǎo)。下面介紹兩個具有重要意義的癌癥基因組研究計劃：

1）癌癥基因組圖譜（the cancer genome atlas，TCGA）項目。該項目于2006年啟動，任務(wù)是創(chuàng)制33種不同癌癥基因和分子變化的綜合全景圖，以對癌癥生物學(xué)、發(fā)病分子機理和治療獲得更好地了解。此“10000個癌癥基因組計劃”已宣告完成。在數(shù)據(jù)生成方面，該項目已經(jīng)取得無可爭議的成功。

2）國際癌癥基因組聯(lián)盟（international cancer genomeconsortium，ICGC）計劃。該計劃正聯(lián)合各國科學(xué)家對癌癥基因組開展研究，繪制較為完整的人類癌癥基因圖譜，包括50種不同類型的癌癥，每種癌癥500個標(biāo)本，總共25000個癌癥患者的基因圖譜。從基因組學(xué)、表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄等方面分析癌癥的發(fā)生發(fā)展，并希望得到所有與癌癥相關(guān)的基因突變的圖譜。在此計劃中，中國負(fù)責(zé)胃癌的基因組測序，而美國負(fù)責(zé)腦癌、卵巢癌和胰腺癌等。

價值和意義：1）創(chuàng)立一個免費使用的基因組大數(shù)據(jù)。這將有助于加速癌癥研究，比如筆者利用TCGA數(shù)據(jù)總結(jié)了12個癌基因在中國8大常見腫瘤中的突變率，可以清楚看出這些基因在不同癌癥的突變情況以及不同基因在同一癌癥的突變組合圖譜。每種癌癥都是不同的。就RAS基因來說，在約30%的非小細(xì)胞肺癌、50%的結(jié)腸癌、10%的胃癌發(fā)現(xiàn)其突變激活；2）用于精準(zhǔn)醫(yī)療。數(shù)據(jù)被用來將癌癥基因組學(xué)和臨床更好的整合，直接鑒定基因型—臨床表型的相關(guān)性，開發(fā)更好的計算模型，從而選擇最佳治療方案；3）基因大數(shù)據(jù)用來尋找新的基因突變并開發(fā)相應(yīng)的新藥，即新的靶向治療藥。比如，治療慢性髓樣白血病的一線藥物格列維克（Gleevec）為人類歷史上第一個成功研制的小分子靶向藥物并首個被批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床。此病的發(fā)生是由于兩個不同的染色體斷裂且重新配對形成所謂的“費城染色體”（Philadelphia chromosome），其結(jié)果是形成了BCR/ABL融合基因及相應(yīng)的具有高激酶活性的融合蛋白，構(gòu)成疾病的重要發(fā)生機制。格列維克能夠靶向抑制BCR-ABL，從而有效治療此型白血病。另1例是幾年前發(fā)現(xiàn)IDH1和IDH2基因在許多癌癥發(fā)生突變，生物醫(yī)藥公司（包括諾華Novartis）開發(fā)了針對IDH1和IDH2突變的靶向治療藥物，現(xiàn)在已經(jīng)處于臨床試驗階段。

3.2 癌癥組學(xué)類技術(shù)

主要包括基因組學(xué)（genomics）、蛋白組學(xué)（proteinomics）、代謝組學(xué)（metabolomics）、轉(zhuǎn)錄組學(xué)（transcriptomics）、RNA組學(xué)（RNomics）、脂類組學(xué)（lipidomics）、免疫組學(xué)（immunomics）和糖組學(xué)（glycomics）等。

毋庸置疑，基因組學(xué)或基因突變及其檢測方法研究已成為生物學(xué)研究和臨床精準(zhǔn)醫(yī)療的熱點和基礎(chǔ)。癌相關(guān)基因變化的形式主要有點突變、小缺失、插入、染色體易位或逆轉(zhuǎn)、雜合性喪失、擴增、甲基化及染色體非組蛋白改變等。精準(zhǔn)醫(yī)療并不單純是DNA測序，如針對人類表皮生長因子受體2（HER-2）狀態(tài)的檢測方法包括傳統(tǒng)免疫組化和熒光原位雜交（FISH）。癌基因和抑癌基因的激活和失活有多種表現(xiàn)形式，其中基因產(chǎn)物過度表達為重要形式之一，可表現(xiàn)為mRNA和蛋白質(zhì)量的增加，此外，基因擴增可表現(xiàn)為基因拷貝數(shù)的增加，這些基因表達的異常，均可加以檢測并作為靶向藥物的生物標(biāo)志物。

1）生物芯片技術(shù)（microarray）。把生物信息片段或成分打印在支持介質(zhì)表面的微陣列雜交技術(shù)，可以說是產(chǎn)生大數(shù)據(jù)的首個高通量生物技術(shù)?，F(xiàn)有的芯片包括DNA、RNA、蛋白質(zhì)、糖分子、甲基化、細(xì)胞和組織等類型。隨著第二代測序技術(shù)的問世，某些類型芯片如DNA芯片已逐漸被冷落，但因其技術(shù)和分析工具的成熟性，仍有臨床精準(zhǔn)醫(yī)療應(yīng)用的價值。而且，此技術(shù)在生物感測器（biosensor）等方面的開發(fā)和應(yīng)用前途無量。另外改造的液相芯片（見Panomics和NanoString技術(shù)）為此技術(shù)增加了新的活力并可廣泛應(yīng)用于精準(zhǔn)醫(yī)療。

2）第二代測序技術(shù)（next-generation sequencing，NGS）。一個能生成高達500千兆堿基數(shù)據(jù)（gigabases）的大規(guī)模平行測序技術(shù)。該技術(shù)是TCGA和ICGC繪制完整的人類癌癥基因圖譜的主要工具，可以檢測單核苷酸變異、插入或缺失、拷貝數(shù)異常、結(jié)構(gòu)變異、基因融合、甲基化及表達。第二代測序在科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域迅速獲得認(rèn)可，已成為一個重要研究平臺。

因為第二代測序的樣品制備過程非常復(fù)雜并且生成的序列數(shù)據(jù)難處理，對將其應(yīng)用于臨床基因診斷帶來許多障礙。

3）Panomics技術(shù)。該技術(shù)是Luminex公司研制出的后基因組時代技術(shù)平臺，是在流式細(xì)胞技術(shù)、ELISA技術(shù)和芯片技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的液相芯片技術(shù)平臺。它運用branchDNA信號放大技術(shù)捕獲目標(biāo)RNA信號，可進行3～80個基因的同時定量分析的大樣本驗證檢測，效果特異、靈敏，可應(yīng)用于腫瘤診斷、精準(zhǔn)治療和預(yù)后評估，尤其為復(fù)雜的多因性疾病診斷、制定個性化治療方案提供了極大便利。如在乳腺癌個體化治療靶標(biāo)檢測上的使用，通過檢測乳癌組織中14種基因mRNA表達水平和CYP2D6基因的多態(tài)性，篩選最適合的化療藥物，確定適用的靶向藥物。

4）NanoString技術(shù)。該技術(shù)是繼生物芯片和二代測序技術(shù)后在基因表達譜分析上展示出強大應(yīng)用前景的新液相芯片技術(shù)。其核心技術(shù)是nCounter分析系統(tǒng)，是直接對基因表達進行多重計數(shù)的全新數(shù)字式技術(shù)，利用分子條形碼和單分子成像來檢測及統(tǒng)計每一個反應(yīng)體系中特定轉(zhuǎn)錄本的數(shù)量，表現(xiàn)出極高的靈敏度、精確度和重復(fù)性。該技術(shù)無需使用酶，無需反轉(zhuǎn)錄，也不需要做PCR擴增，即可進一步減少誤差的產(chǎn)生，因此nCounter在表達譜定量分析領(lǐng)域具有無可比擬的優(yōu)勢。應(yīng)用領(lǐng)域包括基因表達譜研究（800個基因分析通量）、小RNA分析、拷貝數(shù)多樣性分析和幫助二代測序進行后期驗證。

3.3 病人源性直觀抗癌藥物篩選

隨著生物技術(shù)的發(fā)展和成熟，以及可靠的組學(xué)數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)的大量積累，上述的精準(zhǔn)醫(yī)療間接方法得以在臨床實施。但是由于此方法是基于生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)及其在腫瘤發(fā)生中的功能及機理的認(rèn)知，加上大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的關(guān)聯(lián)模型的建立，因此在可靠性和重復(fù)性方面具有很大的挑戰(zhàn)性，從而目前應(yīng)用上有其局限性。鑒于上述原因，筆者提出了利用病人源性細(xì)胞和組織來直接篩選抗腫瘤藥物的精準(zhǔn)醫(yī)療方法理念，作為對組學(xué)方法的驗證和擴展。尤其是通過病人源性3D組織或類器官培養(yǎng)和異種移植PDX模型進行抗癌藥物的直接篩選已開始受到重視。

1）二維（2D）細(xì)胞培養(yǎng)。作為最早的藥物篩選模型仍然被廣泛使用于醫(yī)藥行業(yè)。2D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可適用于各種類型的細(xì)胞，人類腫瘤細(xì)胞很適合于在人為控制的實驗室條件生長和維護。然而，在含高水平血清的二維培養(yǎng)平皿中即便是原代細(xì)胞的培養(yǎng)，代表著一種過度簡單化和脫離機體的生物學(xué)系統(tǒng)。這些細(xì)胞在保存其來源組織的基因型和表型等方面，具有其局限性。

2）體外組織培養(yǎng)（histoculture）?；驹戆ò┙M織的活檢、將活組織塊在特定培養(yǎng)介質(zhì)中三維生長、抗癌藥物的加入和療效評估。后者可通過不同的腫瘤化療藥敏試驗進行，如常見的四甲基偶氮唑鹽比色法（MTT法）。此培養(yǎng)法能夠保持腫瘤的組織病理和細(xì)胞微環(huán)境（microenvironment）等特性，更接近體內(nèi)的環(huán)境生長條件，不失為一種快速、簡易篩選抗癌藥物的體外方法。

3）病人源性異種移植。它是直接將患者的臨床癌癥組織轉(zhuǎn)移到裸鼠中建立的動物模型。腫瘤組織能保留患者完全相同的遺傳和形態(tài)學(xué)的特征，為藥物篩選和新藥開發(fā)提供了很具預(yù)測力的個性化抗癌藥物療效檢測平臺。但此法周期長，成本昂貴，缺少關(guān)鍵的免疫因素影響，而且很難高通量。

4）三維類器官培養(yǎng)（3D organoid culture）。腫瘤患者對抗癌療法，如化療的臨床反應(yīng)有很大的個體差異，其原因被認(rèn)為除遺傳差異和腫瘤異質(zhì)性外，機體和腫瘤之間形成的微環(huán)境也很關(guān)鍵。越來越多的證據(jù)表明，腫瘤的發(fā)展和對治療的反應(yīng)是由腫瘤微環(huán)境進行調(diào)控的。在此領(lǐng)域中有不少研究顯示細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）可作為人類癌癥臨床結(jié)果的預(yù)測。三維類器官培養(yǎng)模型近年來得到了生物醫(yī)藥界的關(guān)注。部分筆者所在的勞倫斯伯克利國家實驗室為乳腺癌類器官培養(yǎng)的發(fā)源地之一。與二維細(xì)胞培養(yǎng)的方法相比，三維類器官的組織結(jié)構(gòu)與它們起源的組織樣本高度相似。該模型具有基質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能，后者能影響腫瘤組織和結(jié)構(gòu)、治療反應(yīng)、多細(xì)胞耐藥（MCR）和藥物滲透等。尤其是該模型能提供腫瘤微環(huán)境，因此可以用來更加準(zhǔn)確地篩選抗腫瘤等藥物。

另外，最近有報道，利用循環(huán)腫瘤細(xì)胞進行類器官培養(yǎng)以及藥物反應(yīng)試驗。雖然目前有一些類器官培養(yǎng)的報道問世，但其在臨床上的應(yīng)用受限于對培養(yǎng)類器官的精確定量和高通量的樣本和數(shù)據(jù)處理。有的研究已在進行這方面的嘗試?？傊?，3D類器官腫瘤模型為臨床提供了一條令人興奮的新途徑來制定精準(zhǔn)醫(yī)療的方案。

4 腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療的展望

人類基因組圖譜，包括癌癥基因組圖譜，對于癌癥的精準(zhǔn)醫(yī)療具有決定性意義?；蚪M學(xué)作為臨床學(xué)科的時代已經(jīng)來臨。但也看到，雖然近幾年來在腫瘤分子病理、基因檢測等現(xiàn)代分子生物學(xué)領(lǐng)域的進展頗豐，臨床數(shù)據(jù)的采集和積累也突飛猛進，但是將這些數(shù)據(jù)和成果以及它們的系統(tǒng)整合應(yīng)用于醫(yī)療實踐才剛剛開始，例如腫瘤靶向治療伴隨基因診斷的臨床開展在中國還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

基因組測序新技術(shù)的發(fā)展會使測序更快、更高通量、成本更低，如第三代測序技術(shù)。另外，新技術(shù)的開發(fā)和最新進展將影響此領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，例如，基因組編輯工具（如CRISPR-Cas9）提供了前所未有的能力，以快速的、可擴展的和更具成本效益的方式，來研究遺傳變異，而且有應(yīng)用于臨床治療的潛能。

精準(zhǔn)醫(yī)療的組學(xué)方法（即間接方法）緊密依賴于臨床相關(guān)測試的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)管理和分析、相關(guān)模型的建立。因此從標(biāo)本采集、實驗操作程序、分析中質(zhì)控、分析結(jié)果報告規(guī)范化，到診斷指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，都需要建立完整的一系列的質(zhì)量保證，這樣才能對腫瘤的診斷和臨床治療方案的選擇提供有意義的指導(dǎo)。否則，任何環(huán)節(jié)的差錯都可能影響精準(zhǔn)醫(yī)療的精確性。最近中國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會發(fā)布的《腫瘤個體化治療檢測技術(shù)指南（試行）》就是為了實現(xiàn)以上所述規(guī)范化的目的。在某種程度上，直接方法程序簡單直觀，可以避免操作上誤差，但也需要規(guī)范化。

精準(zhǔn)醫(yī)療應(yīng)該與精準(zhǔn)預(yù)防、精準(zhǔn)診斷、精準(zhǔn)預(yù)后，甚至精準(zhǔn)毒理等共同實施，因為它們是通過遺傳特性有機結(jié)合在一起的。另外，腫瘤的治療涵蓋多學(xué)科多技術(shù)，如腫瘤免疫治療，包括腫瘤疫苗、抗體導(dǎo)向治療、CAR-T細(xì)胞療法、免疫檢驗點療法和小分子抑制劑等近年來備受關(guān)注，是繼靶向治療后腫瘤治療領(lǐng)域的又一革新，對于未來的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)一定會有重要影響。由于受篇幅限制，本文不再詳述。

在此認(rèn)為有以下幾點在精準(zhǔn)和個體化醫(yī)療的有效實施中起關(guān)鍵性作用。

1）了解癌癥發(fā)生的分子機制，決定哪種療法或綜合療法可以應(yīng)用，包括藥物的聯(lián)合，如前述的IGF-1R和ALK抑制劑的聯(lián)合靶向治療。

2）確定與癌癥演變和對藥物反應(yīng)/復(fù)發(fā)相關(guān)的分子改變和相應(yīng)的生物標(biāo)志物。

3）尋找與藥物安全和耐受相關(guān)的生物標(biāo)志物，以便選擇最安全的治療方法和正確劑量。

4）鑒于癌癥的復(fù)雜性（遺傳突變的多樣性和組合的多重性），尋找臨床驗證的合適人數(shù)是關(guān)鍵。藥物效能可能僅僅在一類患者亞群中明顯，而不是在所有人群中。

5）通過更好地了解有反應(yīng)和無反應(yīng)患者的分子生物學(xué)特性來拯救“失敗”的藥物。

6）組學(xué)數(shù)據(jù)的管理、臨床資料的精確性以及檢測程序的規(guī)范化。

隨著生物高科技的突飛猛進，從精準(zhǔn)醫(yī)療的技術(shù)層面來看，其在臨床上的應(yīng)用正日趨成熟。無可非議，精準(zhǔn)醫(yī)療能提高臨床治療質(zhì)量，降低醫(yī)療費用，如美國基因健康公司（Genomic Health Inc）的Oncotype DX多基因檢測可確定乳腺癌患者是否需要接受化療。因該技術(shù)能夠大大降低醫(yī)療費用，而被美國保險公司接受為常規(guī)的臨床檢測。盡管精準(zhǔn)醫(yī)療旨在為每位患者量身定制治療方案，從而建立一個健康世界，醫(yī)學(xué)界以及社會上對精準(zhǔn)醫(yī)療仍存有爭議，比如其對倫理，法律，財政以及社會問題的潛在影響。推廣精準(zhǔn)醫(yī)療的最大的挑戰(zhàn)可能來自臨床和保險業(yè)的接受性、個人信息保護和經(jīng)濟層面。美國醫(yī)院和保險業(yè)對OncotypeDX檢測的接受就花費了5年左右的時間。而一些低成本，對大眾廣泛有效的治療措施仍然會是主要途經(jīng)。

精準(zhǔn)醫(yī)療的實施如何與中國的醫(yī)療體制改革體系相結(jié)合，例如在提升全民醫(yī)療福利、疾病早期診斷、合理配置醫(yī)療資源、有效控制醫(yī)保費用等方面依然任重道遠(yuǎn)。精準(zhǔn)醫(yī)療的光明前景需要患者、醫(yī)療服務(wù)人員、保險業(yè)者，甚至政府和投資人等利益相關(guān)者一起提高認(rèn)識，共同努力。

責(zé)任編輯：吳曉麗

摘編自《科技導(dǎo)報》2015年33卷15期：14-21，圖、表、參考文獻已省略。