左爭輝，馬春曉

(河南大學(xué)人民醫(yī)院/鄭州大學(xué)人民醫(yī)院/河南省人民醫(yī)院 神經(jīng)外科，河南 鄭州 450003)

腦膠質(zhì)瘤是神經(jīng)外科最常見的惡性腫瘤，發(fā)病率占顱內(nèi)腫瘤的50%左右。世界衛(wèi)生組織根據(jù)組織病理學(xué)特點將膠質(zhì)瘤分為4級，其中，膠質(zhì)母細胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)的惡性程度最高和侵襲性最強，現(xiàn)階段被認為是一種涉及細胞代謝功能失調(diào)的疾病，其生存期短，中位生存期為14.6個月[1]，目前最佳的治療方案是在安全范圍內(nèi)最大程度的手術(shù)切除腫瘤聯(lián)合術(shù)后的放化療，這只能在一定程度上減緩復(fù)發(fā)，延長生存期，GBM死亡率并沒有顯著下降，僅約17%的GBM患者生存期超過2 a[2]。由于腫瘤錯綜復(fù)雜的生物學(xué)特性，現(xiàn)階段對腫瘤認識不夠透徹，以及臨床前模型的局限性，從而導(dǎo)致了新型治療藥物在臨床研究中的成功率較低。為更有效的治療膠質(zhì)瘤，需要尋找新的治療手段。隨著人源異種移植模型(patient derived xenograft，PDX)在其他腫瘤研究中取得的進展，膠質(zhì)母細胞瘤PDX模型可能為實現(xiàn)精準個體化治療及聯(lián)合治療提供了新方案和新策略。

1 PDX模型的建立及優(yōu)勢

1.1 免疫缺陷小鼠的概念免疫缺陷小鼠是指一種或者多種免疫系統(tǒng)組成成分缺陷的小鼠。歷史上，第一只免疫功能低下的小鼠是由Grist于1962年發(fā)現(xiàn)的，因為發(fā)現(xiàn)時身體無皮毛，所以被稱為“裸鼠”，因“裸鼠”缺乏免疫器官，所以又被稱為免疫缺陷小鼠。隨著基因編輯技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多品種的免疫缺陷小鼠被研發(fā)出來。根據(jù)缺乏的免疫細胞不同，分為T淋巴細胞缺陷小鼠(BALB/C小鼠)；T、B淋巴細胞雙缺陷小鼠(SCID、NOD-SCID小鼠)；T、B淋巴細胞及NK細胞缺陷小鼠(NSG、NOG小鼠)。其中，NSG小鼠免疫缺陷程度最高，無免疫因素方面的影響，移植成功率最高[3]，被選定為最適合建立模型的小鼠。1969年，人類歷史上首次將結(jié)腸癌腫瘤移植到裸鼠體內(nèi)并獲得成功，至此，人類將各種類型的腫瘤組織移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，建立了多種PDX腫瘤模型。

1.2 PDX模型建立方式PDX模型是將患者的腫瘤組織直接移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)而建立的人源異種模型。由于人類與動物之間種屬的差異，建立異種移植模型有兩種方式[3-4]：一是原位移植腫瘤模型，是指將腫瘤手術(shù)切除后直接移植到模型相應(yīng)的位置，這種移植方式對改變原始腫瘤所處的免疫環(huán)境影響小，更適合腫瘤的生長，但是，這種移植模型對實驗操作技術(shù)要求高，成功率低；二是異位移植腫瘤模型，即將腫瘤組織移植到小鼠背部皮膚下或腎包膜下，這種方式對技術(shù)要求低，操作方便，而且可以縮短腫瘤形成時間，提高腫瘤形成率。

1.3 PDX模型的優(yōu)勢PDX將剛手術(shù)切除的新鮮腫瘤組織直接接種至免疫缺陷小鼠體內(nèi)，用小鼠代替患者，依靠小鼠提供的微環(huán)境，模擬腫瘤在患者體內(nèi)生長的過程，因此能更好地保留腫瘤的重要生物特征。與體外細胞系相比，PDX不僅少了細胞系傳代過程，而且增加了體內(nèi)環(huán)境的影響。PDX模型保留原始腫瘤細胞的微環(huán)境及腫瘤的異質(zhì)性[5]，打破了傳統(tǒng)腫瘤離體模型固有的局限性，更能模擬腫瘤在體內(nèi)的生長過程和腫瘤微環(huán)境，這是迄今為止與原發(fā)腫瘤最為相似的體內(nèi)動物模型[6]。因此，PDX模型是目前最切合實際且最理想的原發(fā)瘤體替代者，并且在新型藥物研發(fā)、臨床前藥物試驗、個體化藥物篩選、腫瘤相關(guān)分子標(biāo)志物的研究及精準醫(yī)療等方面帶來新的突破，為膠質(zhì)瘤患者確定最佳的治療方案[7-8]。用小鼠替代患者去測試不同藥物的治療效果，從中挑選出最有效的治療方案，可避免無效療法帶來的治療延誤和毒副作用以及經(jīng)濟上的浪費。

1.4 PDX模型在其他腫瘤方面的應(yīng)用目前，PDX模型在治療胰腺癌、胃癌、肝癌及血液病方面的研究已取得非常好的結(jié)果。Hidalgo等[9]研究指出PDX模型在治療難治性晚期癌癥方面作用顯著，他們從14例晚期癌癥患者中切除腫瘤，立即移植到免疫缺陷小鼠中生長，并在232種治療方案中篩選出63種藥物治療，利用異種移植模型篩選出了12例患者的有效治療方案，除1名患者在接受治療前死亡，其余11名接受了17項前瞻性指導(dǎo)治療，其中15種治療方案獲得成功。Elena Garralda團隊將二代測序技術(shù)和PDX模型結(jié)合起來，根據(jù) PDX的測序結(jié)果選擇最有效的個體化藥物，在基因方面尋找治療方案，結(jié)果顯示25例實體瘤患者中的14例接受了個性化治療，11例得到了持久的部分緩解[10]。PDX模型在卵巢癌免疫治療研究中，利用患者匹配的PDX模型，發(fā)現(xiàn)自體腫瘤反應(yīng)腫瘤浸潤淋巴細胞(tumor infifiltrating lymphocytes，TIL)給藥可減少腫瘤負擔(dān)和增加生存率，為評估患者特異性T細胞對免疫治療的反應(yīng)提供了獨特的平臺[11]。

2 膠質(zhì)母細胞瘤PDX模型應(yīng)用研究

2.1 PDX模型在膠質(zhì)母細胞瘤中的應(yīng)用研究近年來，膠質(zhì)母細胞瘤的治療面臨困境，隨著PDX模型在血液病、胃癌及卵巢癌等腫瘤方面獲得的成就，PDX模型在膠質(zhì)母細胞瘤治療方面成為研究的焦點。有研究[12]指出，小鼠腦內(nèi)接種腫瘤組織后腫瘤形成快，成瘤率高，腫瘤對周圍正常組織有浸潤性生長，并伴有新生血管的形成，其生物學(xué)特性與人腦膠質(zhì)瘤較為接近，適合用來研究腦膠質(zhì)瘤的發(fā)病機制和治療方法，但模型與患者腫瘤的重要分子特征相似程度尚不清楚。最新研發(fā)出的一項膠質(zhì)母細胞瘤PDX模型[13]，可將腫瘤細胞注射到玻璃體腔內(nèi)，這種PDX 模型的成功建立為模擬腫瘤的生物學(xué)行為提供了更為簡單有效的方法。Brown等[14]建立了20個惡性膠質(zhì)瘤PDX模型用于分析蛋白質(zhì)組學(xué)，分析了包括表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)在內(nèi)的幾種蛋白質(zhì)的表達和活性，結(jié)果顯示EGFR具有高活性的小鼠是一種很好的臨床前模型，可以為EGFR具有高活性腫瘤的部分GBM患者提供治療方法，這在膠質(zhì)瘤的靶向治療方面找到了可用的工具。在很多繼發(fā)性GBM中TP53普遍表達，而TP53突變和非功能性p53可能表現(xiàn)出特定的輔助治療易患性和不同的術(shù)后結(jié)果，Radaelli等[15]通過建立移植模型研究證實，這種表達模式在移植模型中也同樣表達，因此小鼠模型可作為臨床前研究的有力工具，用于測試TP53突變設(shè)計的新型輔助治療方案的可行性。Grobben等[16]的研究顯示，小鼠腦內(nèi)的人異種移植腫瘤細胞和人腦神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞同大多數(shù)腫瘤細胞相同，一般均圍繞著血管和神經(jīng)纖維生長和遷移，并且血管周圍生長的普遍為神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞，其表現(xiàn)為親內(nèi)皮基底膜的性質(zhì)，提示腦膠質(zhì)瘤細胞生長、成瘤與內(nèi)皮細胞有緊密聯(lián)系。Chen等[17]最新研究利用膠質(zhì)瘤PDX模型進一步證實了通過抑制生物鐘相關(guān)蛋白CLOCK和趨化因子OLFML3的功能可以抑制小膠質(zhì)細胞的浸潤和膠質(zhì)瘤干細胞(GSCs)的干性，研究結(jié)果顯示荷瘤小鼠的生存期明顯的延長。Fadi等[18]最近將建立的人源膠質(zhì)母細胞瘤器官(glioblastoma organoids，GBOs)移植到成年小鼠大腦中，GBOs表現(xiàn)出對周圍組織的快速浸潤，并且保留了膠質(zhì)母細胞瘤的異質(zhì)性和許多關(guān)鍵特征，因此可以快速研究制定患者的精準治療策略，能夠及時對個性化治療反應(yīng)做出測試，在膠質(zhì)母細胞瘤的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化型研究方面有廣泛的應(yīng)用。

2.2 PDX模型在膠質(zhì)母細胞瘤免疫治療研究中的應(yīng)用PDX模型聯(lián)合嵌合抗原受體T(chimeric antigen receptor transduced T，CAR-T)細胞治療癌癥成為近年來腫瘤免疫治療的新方法。有研究指出，CAR-T細胞能顯著增強抗腫瘤作用，特別是對B細胞惡性腫瘤療效尤其顯著[19]。在一項膠質(zhì)母細胞瘤的PDX動物模型研究中，EGFR Ⅲ型突變體(EGFRvⅢ)的CAR-T治療產(chǎn)生了非常有希望的結(jié)果，它抑制了小鼠顱內(nèi)腫瘤的生長，目前正在對膠質(zhì)母細胞瘤患者進行臨床試驗[20]。有研究[21-22]利用小鼠異種移植模型，發(fā)現(xiàn)在膠質(zhì)母細胞瘤中與單獨靶向表皮生長因子受體2(HER2)的CAR-T細胞相比，通過雙特異性T細胞聯(lián)合靶向HER2 和白介素13受體α2的策略在清除腫瘤細胞方面顯示出更高的效率和更少的抗原逃逸變體。Wing等[23]將溶瘤病毒與過繼性CAR-T細胞結(jié)合，提高了PDX小鼠腫瘤模型的抗腫瘤效果，延長了其存活率，為實體瘤免疫治療研究提供了新的策略。Lee等[24]利用PDX小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)自然殺傷細胞(natural killer cells，NK)失活可導(dǎo)致GBM遠處轉(zhuǎn)移，將NK細胞經(jīng)靜脈或瘤內(nèi)移植入原位GBM模型，可誘導(dǎo)腦內(nèi)GBM細胞凋亡。因此，通過補充腦內(nèi)NK細胞來治療GBM可能是一種極具潛力的免疫治療策略。

3 PDX模型的局限性與未來展望

就現(xiàn)階段對膠質(zhì)瘤的研究而言，PDX是重現(xiàn)膠質(zhì)細胞瘤病灶特征的較好的動物模型，能很好的保留原發(fā)腫瘤部位的特異性。但由于種屬的不同，腫瘤的生長特點及侵襲性與原始腫瘤不盡相同，而且不同部位的腫瘤組織，模型移植成功率也不同，胃腸道腫瘤的移植成功率較高，而乳腺癌的移植成功率較低[25]。建立PDX所花費的時間較長，成本較高，移植成功率不確定，很難完整的復(fù)制患者數(shù)據(jù)[26]。另外，PDX模型造血細胞和免疫細胞的平衡與人類也不同，藥物分布和代謝的速率不同，以及腫瘤生長速率比大多數(shù)癌癥患者要高[27]，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性和可重復(fù)性，國際社會平臺的標(biāo)準化對于建立PDX模型和管理分子譜數(shù)據(jù)至關(guān)重要[28]。隨著研究的深入和國際合作的加強，以上這些問題有望逐步得到解決。

雖然有很多問題亟需解決，但PDX模型保留腫瘤形態(tài)和遺傳穩(wěn)定性，保留原發(fā)腫瘤的所有分子生物學(xué)特性及其腫瘤異質(zhì)性的優(yōu)勢不可否認，這在人類膠質(zhì)瘤研究中效益突出[29]。模型的腫瘤組織與原發(fā)組織相比，其獨特的表達特征和表達穩(wěn)定性證實了PDX小鼠模型在膠質(zhì)瘤研究中的有效性和實用性。另外，由于免疫系統(tǒng)在腫瘤防治中的重要作用，未來可以利用基因編輯重建小鼠免疫系統(tǒng)，用以研究膠質(zhì)母細胞瘤等惡性腫瘤的免疫治療。

4 小結(jié)

總之，PDX模型作為研究腫瘤治療的強大工具，有助于對研發(fā)出的新型藥物的敏感性和耐藥性進行預(yù)測[30]，可精確模擬原始腫瘤的生物學(xué)行為和個體化治療，也可以篩選抗腫瘤藥物，預(yù)測藥物療效、藥物吸收率等，為腫瘤研究和藥物研發(fā)提供獨特的平臺，是我們研究膠質(zhì)母細胞瘤及其他腫瘤的重要工具。