[摘" "要]" "近年來類器官培養(yǎng)（organoid culture）技術在前列腺癌研究中，特別是在藥物篩選、精準醫(yī)療和基因組學研究等方面扮演著關鍵角色。類器官培養(yǎng)能模擬腫瘤復雜的病理環(huán)境，從而提高藥物篩選的效率和精準度，有助于個性化治療的實施。此外，類器官培養(yǎng)技術在研究前列腺癌發(fā)生和發(fā)展機制中展現(xiàn)出良好潛力。然而，類器官培養(yǎng)技術仍面臨一些挑戰(zhàn)，如缺乏合適的腫瘤微環(huán)境基質和微血管網(wǎng)絡支持、培養(yǎng)成分不明確等問題，需要進一步研究和改進。本文對類器官培養(yǎng)技術在前列腺癌研究中的進展及未來展望進行了系統(tǒng)綜述。

[關鍵詞]" "前列腺癌;類器官培養(yǎng);藥物篩選;精準治療;基因組學

[中圖分類號]" "R737.25 [文獻標志碼]" "B [DOI]" "10.19767/j.cnki.32-1412.2024.02.005

[文章編號]1006-2440（2024）02-0131-04

前列腺癌是男性泌尿生殖系統(tǒng)的主要惡性腫瘤，美國男性患病率最高，約為29%[1]，國內前列腺癌患病率呈逐年上升趨勢。前列腺癌的治療包括手術切除、放射治療和雄激素剝奪治療（androgen deprivation therapy，ADT）等。雖然ADT初期有效，但長期應用患者可能發(fā)展為去勢抵抗性前列腺癌（castration-resistant prostate cancer，CRPC），生存率僅2～3年[2]。因此，亟需深入研究前列腺癌致病原因和尋找更有效的治療方法。

近年來類器官培養(yǎng)（organoid culture）技術備受關注，被評選為2013年十大突破技術。Hans Clever教授在2009年首次提出類器官培養(yǎng)技術，成功建立了腸類器官體外培養(yǎng)系統(tǒng)[3]。該技術模擬人體器官結構及微環(huán)境，有望為前列腺癌研究和治療提供更精準和個性化的方案。本文重點闡述類器官培養(yǎng)技術的優(yōu)勢及其在前列腺癌藥物篩選、精準治療和基因組學中的應用。

1" "類器官培養(yǎng)技術與傳統(tǒng)技術比較

1.1" "腫瘤細胞系" "優(yōu)點：（1）易于復制腫瘤細胞，幾乎可無限增殖，相較于其他方法，培養(yǎng)和操作更簡便;（2）適用于廣泛的生物學實驗，并可用于高通量藥物篩選等大規(guī)模實驗，提高實驗效率。缺點：（1）構建腫瘤細胞系的成功率較低，代表性不足，尤其對于原發(fā)性和發(fā)展慢的腫瘤難以體現(xiàn)特征[4];（2）2D細胞系培養(yǎng)模式無法還原細胞與周圍組織微環(huán)境之間復雜的相互作用。

1.2" "患者來源的異種移植物（patient-derived tumor xenograft，PDX）" "優(yōu)點：（1）PDX成功率較高，不易發(fā)生基因突變;（2）能更準確反映腫瘤細胞與周圍環(huán)境的相互作用[5]。缺點：（1）PDX連續(xù)傳代成功率很低，對人源性腫瘤組織的要求較高[6];（2）PDX與親代腫瘤是否具有相似性必須經(jīng)過復雜嚴格的測定;（3）人源腫瘤和移植受體之間的配體受體關系并不完全吻合，如HGF-MET[7]。

1.3" "類器官培養(yǎng)技術" "類器官培養(yǎng)技術是一種生物工程技術，通過體外3D培養(yǎng)，模擬出與真實器官相似的微型組織結構和功能。前列腺類器官在體外能準確模擬前列腺細胞的發(fā)生和分化，表現(xiàn)出類似前列腺的上皮腺腔結構，長期培養(yǎng)的前列腺類器官具有良好的遺傳穩(wěn)定性。前列腺類器官可以從健康人或小鼠的前列腺組織中發(fā)育，也可以從原發(fā)或轉移性病變中發(fā)育，具有與腫瘤相似的分子改變，包括雄激素受體，有利于個性化體外研究[8]。人類細胞系和異種移植模型的數(shù)量有限，限制了在前列腺癌中的研究范圍，而類器官培養(yǎng)技術具有良好的應用前景。

2" "類器官培養(yǎng)技術在前列腺癌研究中的應用

2.1" "藥物篩選" "CAO等[9]運用PDX衍生的類器官培養(yǎng)進行藥物篩選，相較于傳統(tǒng)PDX模型，衍生類器官在高通量藥物篩選中的效率更高，更易進行基因修飾，為研究提供了更靈活的工具。CHOO等[10]為前列腺癌的藥物篩選提供新的途徑，將患者腫瘤組織移植到免疫功能缺陷小鼠體內，建立可連續(xù)移植的PDX，然后進行PDX再消化，最終利用ENR或ENR-2培養(yǎng)基培養(yǎng)前列腺類器官。這種方法將自動化高通量測定與類器官培養(yǎng)技術結合，提高了藥物篩選的效率。

VAN HEMELRYK等[11]開發(fā)一種用于處理前列腺癌和前列腺癌異種移植類器官（prostate cancer xenograft-derived organoids，PDXO）的中通量藥物測試臨床前程序，該程序基本要素包括類器官培養(yǎng)技術使用、Y-27632因子持續(xù)存在、長時間藥物接觸和驗證實驗結果的專用指標，為藥物測試和個性化治療提供了有益參考。該研究為了限制數(shù)據(jù)量，每孔只選擇一定數(shù)量的視野進行成像，可能會導致取樣偏差，影響對類器官大小的估算。選擇終點測量而不是活體類器官跟蹤，可能低估類器官細胞的死亡率，但仍能觀察到細胞抑制作用和細胞毒性作用。此外，使用核染色驗證培養(yǎng)物是否受到污染，為整合多種類型細胞的復雜體外三維模型進行藥物測試提供了新的希望，有助于更深入理解抗腫瘤藥物反應和腫瘤微環(huán)境的作用。目前，在系統(tǒng)評估藥效及研究前列腺癌耐藥分子機制方面，前列腺癌類器官被認為是一種有廣闊前景的模型系統(tǒng)[12-13]。

2.2" "精準治療" "多項研究強調前列腺癌類器官在精準醫(yī)學、個性化治療中的重要作用，是前景廣闊的體內或體外模型，為預測臨床結果提供良好參考[14-19]。TANG等[20]開發(fā)了由患者活檢產(chǎn)生的類器官培養(yǎng)生物庫，旨在研究轉移性CRPC。與原始活檢組織相比，這些培養(yǎng)的類器官含有更高比例的腫瘤細胞。根據(jù)轉錄組特征，將CRPC患者分為4個亞型，有助于臨床治療決策。CHAN等[21]致力于研究前列腺癌譜系可塑性的分子機制，在CRPC患者類器官培養(yǎng)物中應用抑制劑干預后，JAK和FGFR表達上調，證明前列腺癌譜系可塑性依賴于JAK/STAT和FGFR通路的激活，為前列腺癌的治療提供了新視角。山奈酚通過減少脂多糖誘導的前列腺類器官中線粒體活性氧的產(chǎn)生來減輕線粒體損傷。

有學者利用前列腺類器官培養(yǎng)技術研究山奈酚對細胞應激的保護作用。LEE等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在LPS誘導炎癥后，前列腺類器官中環(huán)氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）、誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、促炎細胞因子NF-κB及ROS水平升高，而山奈酚處理則可逆轉這一現(xiàn)象，證明山奈酚能減少線粒體活性氧的產(chǎn)生，對細胞具有應激保護作用，為測定新型化合物的抗炎癥活性提供了有效的評估平臺。另一項研究利用類器官培養(yǎng)實驗監(jiān)測生長因子對LSCmed細胞（一種特殊的前列腺上皮細胞）生長的調控，結果發(fā)現(xiàn)EGFR、MET和IGF-1R是LSCmed細胞的調控因子，與雄激素環(huán)境無關[23]。這些研究表明類器官可能為開發(fā)前列腺癌的精準治療提供有力支持。

2.3" "基因組學" "轉基因小鼠模型在前列腺癌基因組學研究中具有重要作用，但存在價格昂貴、耗時長等缺點，前列腺類器官培養(yǎng)技術已成為體外研究前列腺癌基因組學的有力工具。LuCaP PDX模型（異種移植）包含雄激素受體擴增、PTEN基因缺失和TP53基因缺失等遺傳改變，在ADT和多西紫杉醇治療中展現(xiàn)出分子異質性，為研究提供了豐富信息[24]。對未接受過內分泌治療的前列腺癌（hormone-naive prostate cancer，HNPC）PDX進行去勢治療后，會逐漸轉變?yōu)镃RPC，生長因子受體結合蛋白10（GRB10）在HNPC轉變?yōu)镃RPC發(fā)生前和發(fā)生期間表達顯著增加[25]。CHUA等[26]從去勢抵抗性Nkx3.1陽性細胞建立了前列腺癌類器官模型，其中包含腺內和基底細胞。通過基因操作刪除PTEN和激活KRASG12D，導致前列腺癌類器官中AR信號通路激活，表明PTEN缺失和KRAS激活在前列腺癌發(fā)展中具有關鍵作用。JIN等[27]應用糖皮質激素誘導3D培養(yǎng)的良性增生前列腺細胞出芽和分支，旨在確定前列腺增生的早期事件，為揭示前列腺增生的分子機制提供有效途徑。前列腺類器官培養(yǎng)技術能在體外進行慢病毒與CRISPR系統(tǒng)的基因遺傳操作，從而在研究前列腺癌相關基因中發(fā)揮重要作用[28]。另外，正常組織來源的類器官基因信息相對更穩(wěn)定，可用作研究腫瘤突變驅動前列腺癌發(fā)生的模型[29]。

3" "不足與挑戰(zhàn)

類器官培養(yǎng)技術也存在一些不足，如缺乏合適的微環(huán)境和微血管網(wǎng)絡支持、培養(yǎng)成分作用不明確、需長期培養(yǎng)、繁殖困難以及生物庫代表性不足等[9]。另外，類器官培養(yǎng)結合PDX模型移植成本高、耗時長，需要免疫缺陷小鼠，過程較復雜。目前建立患者來源的前列腺癌類器官的成功率較低，約為20%，可能與培養(yǎng)樣本的不同來源和內在特征有關，改善不同來源前列腺癌標本的培養(yǎng)條件可能有助于提高成功率。

類器官培養(yǎng)觀察方法較復雜，目前難以大規(guī)模推廣。在藥物篩選方面，雖然類器官培養(yǎng)物能較好代表實體瘤復雜的三維生理學，但培養(yǎng)方法、類器官大小、藥物濃度、藥物暴露時間和讀數(shù)等細節(jié)均可能影響藥物篩選結果。例如，類器官三維支架可能降低對基于紫杉類藥物化療和抗雄激素治療的敏感性[30]。因此，應用類器官培養(yǎng)技術進行藥物篩選時需要考慮這些細節(jié)，改進版類器官共培養(yǎng)技術有助于提高研究結果的準確性和可靠性。

4" "展" " " 望

類器官培養(yǎng)技術作為一種體外疾病模型展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。前列腺癌類器官培養(yǎng)相較于傳統(tǒng)2D培養(yǎng)系統(tǒng)具備清晰的三維結構，表現(xiàn)出遺傳穩(wěn)定性和異質性，具有適應大規(guī)模研究等特點，為深入了解前列腺癌的生理病理提供重要途經(jīng)，在研究前列腺癌發(fā)展過程、精準治療以及藥物篩選等方面展現(xiàn)出巨大的發(fā)展空間。

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（本文編輯" "趙喜）

* [基金項目] 國家自然科學基金（81874171）。

** [通信作者] 董福祿，E-mail：fldste@163.com

[引文格式]馮沛達，李峰，董福祿. 類器官培養(yǎng)技術在前列腺癌研究中的應用與進展[J]. 交通醫(yī)學，2024，38（2）：131-134.