楊濤,陳濤,劉禮鑫,劉康,夏術(shù)森

637000 四川 南充,川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 胃腸外二科(楊濤、陳濤、劉禮鑫、夏術(shù)森);637000 四川 南充,南充市中心醫(yī)院 組織工程與干細(xì)胞研究所(劉康)

胃癌是一種消化道常見(jiàn)的惡性腫瘤,其發(fā)病率與死亡率高,預(yù)后差,是全球人類(lèi)生命健康安全的主要威脅之一[1]。胃癌發(fā)病率在全球癌癥發(fā)病率中位居第5名,是全球第4大癌癥相關(guān)死亡原因[2]。在我國(guó)癌癥發(fā)病率中胃癌發(fā)病率位居第2名,死亡率居于第3位[3]。一項(xiàng)研究表明,僅2020年,全球就有770 000人死于胃癌[4]。目前胃癌的治療是以手術(shù)為主的綜合性治療,化療是其治療的重要組成部分。但由于大多數(shù)患者在就診時(shí)已是中晚期,加之腫瘤對(duì)化療藥物產(chǎn)生耐藥性等原因,導(dǎo)致胃癌患者總體預(yù)后不佳,給人民生命健康及社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成沉重負(fù)擔(dān)。因此對(duì)于胃癌發(fā)生、發(fā)展機(jī)制的研究及藥物精準(zhǔn)化治療迫在眉睫?；颊邅?lái)源的腫瘤類(lèi)器官(patient-derived organoid,PDO)保留了原腫瘤的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可反映出原腫瘤的特異性,并且PDO模型還具有遺傳穩(wěn)定性,因此可用來(lái)評(píng)估患者對(duì)臨床治療的特異性反應(yīng)[5],進(jìn)而為患者的個(gè)體化治療方案提供依據(jù)[6]。PDO因其獨(dú)特的特點(diǎn),可在臨床工作前進(jìn)行藥物實(shí)驗(yàn),避免了復(fù)雜且耗時(shí)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。這大大地促進(jìn)了腫瘤患者個(gè)體化治療方案的實(shí)施,在臨床治療及科學(xué)研究方面具有重要意義。本文就胃癌類(lèi)器官的建立及其當(dāng)前的研究進(jìn)展,結(jié)合胃癌類(lèi)器官的特點(diǎn)為胃癌的個(gè)性化治療提供新的研究思路。

1 類(lèi)器官概述

過(guò)去胃癌的研究模型包括標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞系模型、動(dòng)物模型、人源腫瘤細(xì)胞系移植模型及人源腫瘤組織異種移植模型等。二維培養(yǎng)的細(xì)胞系模型因獲取方便、培養(yǎng)過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低廉等特點(diǎn),已廣泛運(yùn)用于各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。但在連續(xù)的傳代和外界刺激因素的作用下,其染色體發(fā)生變異,原癌特性喪失,并且缺乏原癌組織的三維結(jié)構(gòu),導(dǎo)致無(wú)法表達(dá)出原癌組織的結(jié)構(gòu)特性[7]。動(dòng)物模型組織結(jié)構(gòu)與人器官結(jié)構(gòu)差異過(guò)大,并且無(wú)法模擬疾病的轉(zhuǎn)化發(fā)生過(guò)程,極大地限制了其在科研工作中的運(yùn)用及價(jià)值[8]。腫瘤異種移植模型是將腫瘤細(xì)胞或組織植入小鼠體內(nèi),盡可能地模擬了原發(fā)腫瘤在生理狀態(tài)的腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)中的變化。但由于物種及遺傳信息的差異,研究中無(wú)法準(zhǔn)確還原腫瘤在人體內(nèi)的相互作用情況,并且構(gòu)建模型難度較大,花費(fèi)較高,極大地限制了其在研究中的運(yùn)用[9]。類(lèi)器官是干細(xì)胞在三維空間結(jié)構(gòu)中的特定培養(yǎng)體系下自我驅(qū)動(dòng)組裝形成的可在體外增殖、分化的3D結(jié)構(gòu)的細(xì)胞復(fù)合體,其細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能及基因組特性與原組織器官高度一致,因此常常用于器官的發(fā)育、腫瘤的發(fā)病機(jī)制、藥物篩選與開(kāi)發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域的研究。但是由于類(lèi)器官的培養(yǎng)過(guò)程較復(fù)雜,培養(yǎng)周期較長(zhǎng)且成本較高,其在科研中的應(yīng)用受限。不過(guò)隨著培養(yǎng)技術(shù)的進(jìn)步,類(lèi)器官的培養(yǎng)及在科研方面的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛。類(lèi)器官的干細(xì)胞主要來(lái)源于多能干細(xì)胞(pluripotent stem cells,PSC)和器官限制性成體干細(xì)胞(organ-restricted adult stem cells,ASCs),其中前者包括多能誘導(dǎo)干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞。PSC的分化方向具有不確定性,因此PSC來(lái)源的類(lèi)器官可以根據(jù)研究人員的需要,在培養(yǎng)時(shí)通過(guò)添加不同組織類(lèi)器官培養(yǎng)所需的生長(zhǎng)因子或抑制劑來(lái)誘導(dǎo)干細(xì)胞沿著類(lèi)似于器官發(fā)生發(fā)育的方向發(fā)生逐步分化,最終分化成研究人員所需的類(lèi)器官用于實(shí)驗(yàn)。PSC來(lái)源的類(lèi)器官的培養(yǎng)過(guò)程較復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成本高并且成功率較低,主要用于研究器官生成與組織發(fā)育。ASCs來(lái)源的類(lèi)器官通常直接取自已分化的人體組織或患者的病變組織,通過(guò)添加能夠維持組織正常信號(hào)調(diào)控的生長(zhǎng)因子,使其發(fā)展成為類(lèi)器官。ASCs來(lái)源的類(lèi)器官培養(yǎng)周期短、培養(yǎng)過(guò)程簡(jiǎn)單并且成功率高,通常用于組織生物學(xué)的研究,是目前最常用的類(lèi)器官培養(yǎng)方式[10]。PDO可以較好保留來(lái)源腫瘤組織的異質(zhì)性,成為腫瘤相關(guān)研究可靠的研究模型。因此胃癌患者來(lái)源的類(lèi)器官在我們探索胃癌的發(fā)病機(jī)制、研究胃癌基因變化特點(diǎn)、胃癌患者治療藥物的研發(fā)、胃癌患者個(gè)體化治療等領(lǐng)域有著重要的價(jià)值[11-12]。

2 胃癌類(lèi)器官的建立

患者來(lái)源的胃癌類(lèi)器官的培養(yǎng)是將手術(shù)切下的腫瘤組織、內(nèi)鏡獲取的腫瘤組織或轉(zhuǎn)移的腫瘤組織放入到消化培養(yǎng)基中消化,獲取胃癌干細(xì)胞,當(dāng)在鏡下可觀察到單個(gè)的細(xì)胞或小細(xì)胞團(tuán)時(shí)終止消化[13-14],避免因過(guò)度消化導(dǎo)致細(xì)胞活性降低。將獲取的干細(xì)胞與基質(zhì)膠按一定比例混合重懸,然后加入含有各種生長(zhǎng)因子的培養(yǎng)基[15-16]。經(jīng)過(guò)3～4天時(shí)間,發(fā)展成由胃干細(xì)胞、黏液細(xì)胞、主細(xì)胞、壁細(xì)胞和內(nèi)分泌細(xì)胞所包圍的球囊結(jié)構(gòu)。類(lèi)器官通過(guò)不斷地增殖與傳代,用于相應(yīng)的試驗(yàn)檢測(cè)或者冷凍備用[17]。目前胃癌類(lèi)器官還可通過(guò)小鼠來(lái)建立。Seidlitz等[18]構(gòu)建了不同亞型的胃癌轉(zhuǎn)基因小鼠,經(jīng)過(guò)培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)來(lái)源于不同基因亞型的小鼠胃癌類(lèi)器官對(duì)不同藥物有明顯的耐藥性,這說(shuō)明了小鼠胃癌類(lèi)器官用于醫(yī)學(xué)研究是具有可行性,同時(shí)也證明了胃癌類(lèi)器官的來(lái)源可以是多樣化的(圖1)。

圖1 胃癌類(lèi)器官是干細(xì)胞在三維培養(yǎng)環(huán)境中培養(yǎng)形成的球囊狀結(jié)構(gòu)

3 胃癌類(lèi)器官的應(yīng)用

目前胃癌類(lèi)器官主要應(yīng)用領(lǐng)域包括探究胃癌的發(fā)病機(jī)制、臨床用藥指導(dǎo)、模擬TME、藥物篩選與開(kāi)發(fā)(圖2)。

圖2 胃癌類(lèi)器官的常見(jiàn)應(yīng)用領(lǐng)域包括基礎(chǔ)研究和作為臨床疾病模型

3.1 探索胃癌的發(fā)生機(jī)制

探索在腫瘤發(fā)生過(guò)程中起到關(guān)鍵作用的基因及其功能,對(duì)于揭示胃癌的發(fā)生有非常重要的意義。過(guò)去一般通過(guò)細(xì)胞系或轉(zhuǎn)基因小鼠來(lái)研究腫瘤相關(guān)基因及其功能。轉(zhuǎn)基因小鼠試驗(yàn)一般花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)、成本高,并且無(wú)法進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn),試驗(yàn)過(guò)程很難把控。腫瘤細(xì)胞系試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)化的細(xì)胞系,細(xì)胞基因構(gòu)成復(fù)雜且有大量的變異基因,難以分離出單個(gè)基因進(jìn)行研究,因此不太適用于腫瘤發(fā)生機(jī)制的研究。但腫瘤類(lèi)器官可彌補(bǔ)以上不足,用于研究腫瘤的發(fā)生機(jī)制。國(guó)內(nèi)研究學(xué)者[19]通過(guò)胃癌腹水成功建立腹水來(lái)源的胃癌類(lèi)器官,發(fā)現(xiàn)胃癌患者腹水的上清液可以激活腹水來(lái)源的胃癌類(lèi)器官和胃癌細(xì)胞的Wnt/β-catenin信號(hào)通路,且胃癌類(lèi)器官的生長(zhǎng)與Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活呈正相關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)Wnt信號(hào)存在時(shí),Axin/APC/GSK-3β復(fù)合物將會(huì)被Dishevelled 蛋白所抑制,使得β-catenin無(wú)法被磷酸化降解,非磷酸化β-catenin將被轉(zhuǎn)運(yùn)入核,調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。根據(jù)STAT3激活可增加β-catenin在細(xì)胞核中的定位,因此推斷出STAT3信號(hào)通路與Wnt/β-catenin信號(hào)通路可能在促進(jìn)胃癌細(xì)胞的生存和轉(zhuǎn)移過(guò)程中起協(xié)同作用。日本學(xué)者[20]通過(guò)基因技術(shù)結(jié)合人胃上皮類(lèi)器官探究了胃癌發(fā)生過(guò)程中有關(guān)基因的影響。CDH1又名上皮細(xì)胞鈣粘連素,是一種重要的細(xì)胞黏附相關(guān)基因,在維持上皮形態(tài)功能方面具有重要意義,除此之外還發(fā)揮抑癌基因功能。研究者采用 CRISPR-Cas9技術(shù)將CDH1基因敲除后,發(fā)現(xiàn)正常胃類(lèi)器官由“管狀”變?yōu)椤皩?shí)心球狀”,這與人類(lèi)低分化彌漫型胃癌組織學(xué)形態(tài)類(lèi)似。除此之外,細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)能力在CDH1基因敲除后明顯增強(qiáng),這也符合彌漫型胃癌中的癌細(xì)胞的特征。為了進(jìn)一步研究,研究者敲除了CDH1下游基因CTNNA1,類(lèi)器官的變化與CDH1基因敲除后的變化一致,最終證實(shí)了CDH1基因在胃癌的發(fā)生中起到關(guān)鍵作用。除此之外,有研究通過(guò)構(gòu)建胃癌類(lèi)器官,并在胃癌類(lèi)器官中過(guò)表達(dá)環(huán)狀RNA NRIP1(circRNA NRIP1,circNRIP1)。發(fā)現(xiàn)circNRIP1通過(guò)吸附miR-149-5p來(lái)調(diào)節(jié)胃癌細(xì)胞中AKT1的表達(dá),進(jìn)而調(diào)節(jié)胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲行為。當(dāng)circNRIP1在人胃癌組織中顯著上調(diào)時(shí),circNRIP1吸附 miR-149-5p 促進(jìn)胃癌細(xì)胞中AKT1的表達(dá),導(dǎo)致胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力增強(qiáng)。并且還發(fā)現(xiàn)circNRIP1可以通過(guò)胃癌細(xì)胞之間的外泌體通訊傳播,并且外泌體circNRIP1可以進(jìn)一步促進(jìn)體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移。這表明circNRIP1在胃癌的發(fā)生和向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的過(guò)程中起到重要的促進(jìn)作用,提示circNRIP1在未來(lái)可能成為治療胃癌的重要靶點(diǎn),為胃癌的治療提供了新的思路[21]。綜上所述,胃癌類(lèi)器官用于胃癌發(fā)病機(jī)制的研究是具有重要價(jià)值的。

3.2 胃癌類(lèi)器官用于臨床用藥指導(dǎo)

日本學(xué)者利用胃癌類(lèi)器官詳細(xì)地研究了EGFR通路[20],證明了EGFR通路在臨床治療中的意義。EGFR是重要的腫瘤通路,具有靶向治療價(jià)值。研究者通過(guò)構(gòu)建胃癌類(lèi)器官,發(fā)現(xiàn)單個(gè)ERBB3或PTEN突變的胃癌類(lèi)器官在沒(méi)有生長(zhǎng)因子EGF和FGF10的環(huán)境中無(wú)法生長(zhǎng),但是ERBB2或ERBB3擴(kuò)增的胃癌類(lèi)器官則可以在沒(méi)有EGF和FGF10的環(huán)境中生長(zhǎng)。使用ERBB激酶抑制劑處理后,發(fā)現(xiàn)大部分ERBB基因擴(kuò)增型胃癌類(lèi)器官的增殖受到抑制。除此之外,一些ERBB基因組沒(méi)有發(fā)生改變且能在缺乏EGF和FGF10的環(huán)境中生長(zhǎng)的胃癌類(lèi)器官,它們卻對(duì)ERBB激酶抑制劑敏感。通過(guò)基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),可能是因?yàn)檫@些類(lèi)器官能夠自分泌 Epireg-ulin的原因,導(dǎo)致了這一現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn),MET擴(kuò)增的胃癌類(lèi)器官對(duì)MET抑制劑克唑替尼敏感。德國(guó)學(xué)者根據(jù)全基因組測(cè)序所得的基因突變及藥物靶點(diǎn)信息研究發(fā)現(xiàn),ERBB2擴(kuò)增的類(lèi)器官對(duì)抗ERBB2抗體曲妥珠單抗反應(yīng)良好;c-KIT基因突變的類(lèi)器官對(duì)伊馬替尼較為敏感;CDKN2A缺失的類(lèi)器官則對(duì)靶向細(xì)胞周期的CDK4/6抑制劑palbociclib明顯耐藥[12]。香港的學(xué)者通過(guò)培養(yǎng)對(duì)5-氟尿嘧啶和順鉑具有耐藥性的胃癌類(lèi)器官進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)RNA編輯酶1(ADAR1)在胃癌類(lèi)器官中上調(diào),增加了SCD1 mRNA穩(wěn)定性,而SCD1會(huì)促進(jìn)脂滴的形成,減輕化療誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,并通過(guò)增加 β-連環(huán)蛋白的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)自我更新,從而對(duì)5-氟尿嘧啶和順鉑產(chǎn)生抗性。揭示了ADAR1/SCD1軸可作為預(yù)測(cè)化療預(yù)后效果的指標(biāo),這可為臨床患者篩選敏感化療藥物提供新的思路[22]。Steele等[6]建立了7例胃癌患者來(lái)源的類(lèi)器官, 基因測(cè)序結(jié)果顯示胃癌患者來(lái)源類(lèi)器官的基因組信息與原腫瘤組織高度相似。采用臨床常用化療藥物表阿霉素、奧沙利鉑以及5-氟尿嘧啶等對(duì)構(gòu)建的胃癌類(lèi)器官進(jìn)行干預(yù), 并將干預(yù)結(jié)果與患者本人對(duì)這幾種化療藥物的治療效果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)果走向基本一致。除此之外,另有研究表明患者的放化療反應(yīng)與腫瘤類(lèi)器官對(duì)化療藥物的反應(yīng)是高度匹配的,準(zhǔn)確性為84.43%,敏感性為78.01%,特異性為91.97%。這些研究表明類(lèi)器官可以預(yù)測(cè)腫瘤特異性反應(yīng)的強(qiáng)度[23],證明了患者來(lái)源的胃癌類(lèi)器官可幫助臨床醫(yī)生預(yù)測(cè)患者個(gè)體對(duì)化療藥物的敏感性,進(jìn)而為患者制定更加有效的個(gè)體化治療方案,提高治療的針對(duì)性,最大限度地延長(zhǎng)患者的生存期[24-25],這對(duì)胃癌患者的治療具有非常積極的作用。以上研究結(jié)果充分表明胃癌類(lèi)器官可在臨床治療工作中起到重要的指導(dǎo)作用。

3.3 探索胃癌與TME之間的聯(lián)系

TME是指腫瘤的發(fā)生、生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移時(shí)所處的內(nèi)外環(huán)境,主要由腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等組成,與腫瘤發(fā)生、發(fā)展以及藥物反應(yīng)密切相關(guān)[26]。二維培養(yǎng)的細(xì)胞系無(wú)法表征腫瘤細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)及聯(lián)系,無(wú)法模擬出TME在腫瘤發(fā)生、生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移過(guò)程中所發(fā)揮的作用。腫瘤動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚰M出TME,但是難以對(duì)微環(huán)境中某單一因子進(jìn)行調(diào)控,并且物種差異過(guò)大[27],故在研究TME方面存在缺陷。已知細(xì)胞程序性死亡受體1(programmed cell death protein-1,PD-1)和程序性細(xì)胞死亡配體1(programmed cell death ligand 1,PD-L1)之間的相互作用可以抑制CD8+細(xì)胞毒性T細(xì)胞的增殖、存活及其功能。癌細(xì)胞通過(guò)表達(dá)與免疫細(xì)胞上的PD-1相互作用的PD-L1來(lái)逃避免疫監(jiān)視,進(jìn)而導(dǎo)致癌細(xì)胞增殖。Chakrabarti等[28]通過(guò)將免疫細(xì)胞與小鼠來(lái)源的胃癌類(lèi)器官進(jìn)行共培養(yǎng)模擬胃癌微環(huán)境,研究PD-1與PD-L1之間的相互作用。最終目標(biāo)是使腫瘤類(lèi)器官/免疫細(xì)胞共培養(yǎng)作為臨床前模型來(lái)預(yù)測(cè)個(gè)體患者的免疫治療效果。眾所周知,胃癌是由多種因素作用下導(dǎo)致的惡性疾病,其中幽門(mén)螺桿菌(Helicobacterpylori,HP)感染被認(rèn)為是誘導(dǎo)胃癌發(fā)生的首要獨(dú)立危險(xiǎn)因素[29]。經(jīng)典的散發(fā)性胃癌致病學(xué)說(shuō)認(rèn)為,HP感染胃黏膜后可引起慢性胃炎、胃黏膜萎縮、腸上皮化生,最終導(dǎo)致胃癌的發(fā)生。過(guò)去的細(xì)胞系實(shí)驗(yàn)無(wú)法培養(yǎng)出胃壁細(xì)胞和黏液腺細(xì)胞,而HP感染后主要病理改變?yōu)楸诩?xì)胞脫落,因此過(guò)去的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗y以用于探索HP感染胃粘膜導(dǎo)致胃癌發(fā)生的具體過(guò)程。胃類(lèi)器官可彌補(bǔ)細(xì)胞系的不足,為研究HP感染導(dǎo)致胃癌發(fā)生提供有效研究模型。研究人員將HP微注射入胃類(lèi)器官空腔中,模擬胃感染HP后宿主細(xì)胞與細(xì)菌間的相互作用,成為揭示HP誘發(fā)胃黏膜免疫炎癥反應(yīng)、腺體萎縮機(jī)制以及炎癌轉(zhuǎn)化過(guò)程演變規(guī)律的有力工具[30-31]。另有研究表明,只有一小部分感染了HP的人會(huì)發(fā)生胃癌,這可能是由于遺傳因素和/或宿主、微生物和環(huán)境決定因素之間的特定相互作用導(dǎo)致的結(jié)果。研究人員通過(guò)利用胃類(lèi)器官與HP共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)攜帶毒力因子的細(xì)胞毒素相關(guān)基因a(cagA)的HP菌株與缺乏cagA基因的HP菌株相比,會(huì)極大地增加胃癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。其可能的原因是CagA與ASPP2(p53-2的凋亡刺激蛋白)的結(jié)合會(huì)使感染的細(xì)胞易于失去其細(xì)胞極性并獲得由CagA與Par1b的相互作用促進(jìn)的EMT樣表型,最后導(dǎo)致胃癌的發(fā)生[32]。綜上,胃癌類(lèi)器官用于探索胃癌與TME之間的關(guān)系以及揭示HP感染在胃癌發(fā)生過(guò)程中所導(dǎo)致的病理變化是具有重要意義的。

3.4 藥物篩選與開(kāi)發(fā)

過(guò)去藥物篩選主要通過(guò)傳統(tǒng)腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)和人源腫瘤異種移植(patient-derived tumor xenograft,PDTX)。傳統(tǒng)的二維腫瘤細(xì)胞無(wú)法模擬出腫瘤組織結(jié)構(gòu)與TME的動(dòng)態(tài)變化,缺乏機(jī)體與細(xì)胞之間的相互作用,其數(shù)據(jù)可靠性不高。PDTX可以模擬出機(jī)體與細(xì)胞間相互作用過(guò)程,但是構(gòu)建模型過(guò)程復(fù)雜,耗時(shí)長(zhǎng),成本高,并且存在物種差異,限制了其在藥物篩選領(lǐng)域的使用。腫瘤是一種復(fù)雜且高異質(zhì)性的疾病,因此建立生理、病理以及臨床藥物反應(yīng)層面與腫瘤患者相近的模型, 對(duì)于藥物潛在效果的評(píng)估以及對(duì)患者自身救治的有效性等至關(guān)重要[33]。PDO可保留腫瘤的遺傳信息特點(diǎn)及生理、病理特異性,因此腫瘤類(lèi)器官可以更準(zhǔn)確地反映出這些癌癥的遺傳特征來(lái)彌合體外和體內(nèi)模型之間的差距[34],建立大型腫瘤類(lèi)器官生物庫(kù)作為活體生物庫(kù)并結(jié)合藥物篩選可能是未來(lái)腫瘤新的治療策略[35]。除此之外類(lèi)器官構(gòu)建時(shí)間短、花費(fèi)低,有效性高,并且適合基因操作,是大規(guī)模高通量藥物篩選及新藥開(kāi)發(fā)的理想模型[36]。Seidlitz等[12]將5-氟尿嘧啶、奧沙利鉑、伊立替康、多西他賽和表柔比星分別作用于胃癌類(lèi)器官,并記錄了胃癌類(lèi)器官對(duì)每種藥物的反應(yīng)情況。發(fā)現(xiàn)ERBB2基因擴(kuò)增的1例 PDO僅在高濃度時(shí)對(duì)5-氟尿嘧啶顯示出反應(yīng),且僅對(duì)伊立替康無(wú)抗性,在其他藥物作用下時(shí)無(wú)明顯反應(yīng),表現(xiàn)出明顯的抗性。Li等[37]用惡性腹腔積液腫瘤細(xì)胞建立了11個(gè)胃癌轉(zhuǎn)移的胃癌類(lèi)器官,用奧沙利鉑、5-氟尿嘧啶、順鉑、多西他賽、 伊立替康、表柔比星和紫杉醇對(duì)胃癌類(lèi)器官進(jìn)行藥物篩選,每種藥物以6個(gè)不同濃度進(jìn)行作用,測(cè)試藥物的半數(shù)抑制濃度,判斷藥物的敏感性。結(jié)果顯示,對(duì)于胃癌惡性腹腔積液和胃癌轉(zhuǎn)移性疾病都能成功地用類(lèi)器官進(jìn)行藥物篩選。另有研究人員通過(guò)將胃癌類(lèi)器官與免疫細(xì)胞共培養(yǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)抑制HER2過(guò)表達(dá)導(dǎo)致PD-L1表達(dá)減少,可以減少腫瘤細(xì)胞免疫逃避。結(jié)果證明了靶向HER2的藥物可以通過(guò)降低PD-L1的表達(dá)從而創(chuàng)造一個(gè)有利于腫瘤免疫治療的環(huán)境[38]。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用腫瘤類(lèi)器官進(jìn)行藥物篩選對(duì)于腫瘤患者的個(gè)性化治療具有重要價(jià)值。

4 胃癌類(lèi)器官的優(yōu)缺點(diǎn)

胃癌類(lèi)器官相較于其他研究模型而言,其主要的優(yōu)點(diǎn)在于其具有前瞻性、精準(zhǔn)性及高效性。類(lèi)器官作為近10年來(lái)最熱門(mén)的醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域之一,科研人員對(duì)其進(jìn)行了大量的研究,使其成為臨床前腫瘤相關(guān)研究的理想模型,已有大量研究人員通過(guò)培養(yǎng)胃癌類(lèi)器官用于揭示胃癌發(fā)生的機(jī)制及制定個(gè)體化的治療方案。另外胃癌具有高度異質(zhì)性,不同患者對(duì)同一藥物的敏感性不同并且患者經(jīng)過(guò)藥物治療后會(huì)對(duì)之前敏感的藥物產(chǎn)生耐藥性,因此治療前對(duì)患者進(jìn)行藥物敏感性測(cè)試是非常有意義的。傳統(tǒng)的藥物篩選方式因其自身缺陷導(dǎo)致篩選出的藥物價(jià)值低且成本高昂,除此之外測(cè)試周期也很長(zhǎng),導(dǎo)致臨床運(yùn)用受到極大的限制。胃癌類(lèi)器官作為藥物篩選模型,不但建模時(shí)間短,并且準(zhǔn)確性高,能表現(xiàn)出患者對(duì)藥物的真實(shí)反映,在精準(zhǔn)醫(yī)療方面具有極高的價(jià)值。

雖然胃癌類(lèi)器官這項(xiàng)新興技術(shù)相較于傳統(tǒng)的細(xì)胞系模型和動(dòng)物模型有一定優(yōu)勢(shì),但是也存在一些不足之處。主要的不足之處包括類(lèi)器官的培養(yǎng)方式及技術(shù)問(wèn)題、共培養(yǎng)問(wèn)題、微環(huán)境組成問(wèn)題等。第一,目前對(duì)于胃癌類(lèi)器官的培養(yǎng)方式及后期類(lèi)器官質(zhì)量評(píng)估方面國(guó)內(nèi)外沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致不同實(shí)驗(yàn)室有不同的標(biāo)準(zhǔn),使得后期的研究結(jié)果存在偏差。除此之外,與其他腫瘤不同,胃癌類(lèi)器官的培養(yǎng)成功率相對(duì)較低,在胃癌類(lèi)器官的既往文獻(xiàn)報(bào)道中成功率較高的也僅僅只有50%左右[39];第二,由于胃癌類(lèi)器官主要由主細(xì)胞、壁細(xì)胞、干細(xì)胞及多種內(nèi)分泌細(xì)胞所構(gòu)成,缺乏神經(jīng)、血管及機(jī)體內(nèi)的免疫細(xì)胞和寄生細(xì)菌,在探究胃癌細(xì)胞與TME間的相互作用時(shí)需進(jìn)行共培養(yǎng),由于培養(yǎng)體系存在差異,進(jìn)行共培養(yǎng)時(shí)不同培養(yǎng)體系間存在干擾。除此之外將胃癌類(lèi)器官與TME共培養(yǎng)時(shí)間是有限的,如何解決共培養(yǎng)間的干擾和長(zhǎng)期培養(yǎng)問(wèn)題是亟待解決的;第三,目前類(lèi)器官技術(shù)難以完全重現(xiàn)機(jī)體內(nèi)部復(fù)雜的生理調(diào)控過(guò)程[40],如何培養(yǎng)出具有血管、神經(jīng)系統(tǒng)的形體更大、結(jié)構(gòu)功能更復(fù)雜的胃癌類(lèi)器官也是亟待解決的問(wèn)題。但隨著生物技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,我們可以通過(guò)三維生物打印技術(shù)利用各種生物材料來(lái)完成人類(lèi)設(shè)計(jì)的三維骨架的構(gòu)建[41]。因此,3D生物打印技術(shù)可以人為控制類(lèi)器官的3D結(jié)構(gòu),這為未來(lái)類(lèi)器官的運(yùn)用提供了技術(shù)支持。

5 展 望

胃癌類(lèi)器官可以在體外模擬出胃癌在體內(nèi)的動(dòng)態(tài)病理變化。通過(guò)向胃癌類(lèi)器官空腔中注射HP,模擬出宿主細(xì)胞與寄生細(xì)菌間的相互作用,在探究HP在胃癌發(fā)生過(guò)程中所扮演的角色方面有重要意義。胃癌類(lèi)器官不但具有保留原癌的特異性,并且能夠維持基因組的穩(wěn)定性,因此可作為探究胃癌的發(fā)病機(jī)制,篩選個(gè)體化治療藥物,模擬機(jī)體內(nèi)TME的重要工具,為臨床的靶向治療及精準(zhǔn)治療提供有效的指導(dǎo)意義。此外,胃癌類(lèi)器官的構(gòu)建成本低并且能夠大規(guī)模培養(yǎng),在高通量藥物篩選方面具有難以比擬的優(yōu)勢(shì),這在解決臨床耐藥問(wèn)題及新藥研發(fā)方面具有重要價(jià)值。當(dāng)然,胃癌類(lèi)器官也有不足之處,相信隨著技術(shù)的成熟完善,在腫瘤機(jī)制的研究及指導(dǎo)精準(zhǔn)治療領(lǐng)域胃癌類(lèi)器官將得到廣泛的應(yīng)用。

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