基于PDX模型的胃癌個體化治療研究進展*

胃癌是全球范圍內常見的惡性腫瘤之一，超過一半的年新發(fā)病例發(fā)生在東亞地區(qū)，中國占全球發(fā)病率的42%。中國早期胃癌的發(fā)現(xiàn)率較低，超過60%患者確診時即為進展期胃癌，胃癌已成為嚴重影響人類健康的常見惡性腫瘤［1］。內科藥物治療是晚期患者的主要治療方法，能延長患者總生存期（overall survival，OS）并改善癥狀，但晚期胃癌一線治療尚缺乏全球統(tǒng)一的標準方案，二線治療可延長OS，多線治療尚無共識。常用的藥物治療方案，如氟尿嘧啶類聯(lián)合鉑類或紫杉醇的兩藥和三藥方案客觀緩解率約30%～40%，中位OS為7.9～14.1個月，化療療效已到達平臺期［2］。胃癌個體化治療的進程顯得緩慢，以驅動基因為基礎的胃癌分子靶向治療研究成功的較少。研究提示胃癌是一種異質性較大的腫瘤，不同類型胃癌的遺傳學背景不同，癌癥和腫瘤基因圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）分子分型利用基因組學方法研究胃癌的綜合分子特征，建立4個獨立隊列的分子分型體系，為將來的臨床和轉化研究提供依據(jù)和框架［3］。腫瘤治療模式正在向精準、個體化改變，其主要內涵是根據(jù)患者的異常特征，為患者選擇有效的治療方案。胃癌分子標志物基礎研究還遠落后于乳腺癌、肺癌等，從而導致胃癌臨床治療療效欠佳，患者預后差。目前，缺乏快速有效的篩選與驗證平臺是腫瘤分子標志物研究的瓶頸所在。

腫瘤動物模型是抗腫瘤藥物臨床前療效和毒性評價的有效工具，也可以用于藥物療效相關預測分子標志物的篩選。人源腫瘤異種移植瘤（patient derived tumor xenograft，PDX）模型，即以患者手術切除或活檢的原代腫瘤組織在免疫缺陷小鼠體內建立動物移植瘤模型。這種模型已在非小細胞肺癌［4］、結直腸癌［5］等腫瘤有13%～90%的植入成瘤率，僅乳腺癌因激素環(huán)境植入成瘤率在20%左右［6］，多數(shù)腫瘤在50%以上［7］。PDX模型較傳統(tǒng)的細胞系接種模型更能反映人類腫瘤的生物學特征，與其他研究類似，本研究團隊發(fā)現(xiàn)此模型不僅保留和來源腫瘤組織相似的增殖和組織病理學特征，而且在基因突變、蛋白分子表達等分子特征與來源腫瘤具有高度的一致性［8-12］。PDX模型已在多種類型的腫瘤中被證實是研究腫瘤生物學及評價抗腫瘤藥物療效的有效平臺，包括評估新的抗腫瘤藥物及臨床前藥物組合的療效、生物標志物的鑒定及耐藥機制研究等［13-14］。

1 臨床前藥物療效評估

PDX模型已用于多種靶向藥物包括新的抗腫瘤藥物和多種藥物組合的療效評估。本研究團隊致力于研究抗血管藥物及其他小分子藥物療效評估，通過在PDX 上的療效評估，發(fā)現(xiàn)阿帕替尼［11］、FP3［11，15］等新型抗血管藥物在腸癌中的潛在應用價值；同時還評估了聯(lián)合靶向VGEF及Met藥物在甲胎蛋白AFP分泌型胃癌中的治療價值［16］；探討了基于胃癌PDX模型的貝伐單抗類似物IBI305對胃癌二線治療的藥效學影響。以一線耐藥的胃癌患者腫瘤樣本為模型樣本，構建相應的胃癌二線治療PDX模型，分別觀察新藥IBI305對紫杉醇和伊立替康藥效和增敏作用的研究正進行中。其他研究如新的HER2靶向藥物DS-8201a［17］、貝伐單抗和西妥昔單抗聯(lián)合治療［18］、抗HER3抗體（1A5-3D4）聯(lián)合抗HER2抗體曲妥珠單抗［19-20］，證實PDX模型藥物療效評估與臨床患者療效評估結果高度一致?；蚪M特征明確的PDX模型庫能夠更系統(tǒng)地應用于腫瘤生物學研究和抗腫瘤藥物療效評估［21］。高通量分析腫瘤標本基因組改變能揭示與胃癌發(fā)生發(fā)展相關的驅動基因和信號通路，這些與胃癌發(fā)生發(fā)展相關的基因組數(shù)據(jù)通過臨床前模型的藥物驗證可進一步轉化為潛在的臨床藥物分子靶點，指導臨床的精準治療。Park等［22］通過高通量測序對103例胃癌患者進行新治療靶標分析，DNA拷貝數(shù)變化（copy number alteration，CNA）、全外顯子組突變分析發(fā)現(xiàn)兩個新的治療靶點BCL2L1和DLC1；18.4%的胃癌患者存在抗凋亡基因BCL2L1的擴增，PDX臨床前藥物驗證發(fā)現(xiàn)BCL2L1抑制劑可以明顯降低BCL2L1擴增患者癌細胞的生長，與其他藥物聯(lián)合治療時能發(fā)揮協(xié)同抗腫瘤作用。研究還發(fā)現(xiàn)另一個潛在的藥物分子靶點DLC1突變，約10.9%的胃癌病例存在DLC1突變，激活Rho-ROCK信號通路能刺激DLC1突變細胞生長，使這些細胞更易受ROCK抑制劑的影響。高通量基因分析聯(lián)合PDX庫即基因組定義的PDX庫在篩選胃癌潛在藥物靶標的作用已被證實，臨床研究和基于PDX模型的聯(lián)合臨床研究可進一步明確藥物靶標的確切療效和可能的耐藥機制，為胃癌患者提供更有效的精準治療。

目前國際上已經(jīng)建立PDX生物庫，并且已經(jīng)開始嘗試建立合作網(wǎng)絡化PDX生物銀行，整合PDX模型和基因組測序數(shù)據(jù)，提供可再生資源用于轉化研究［7］。EurOPDX庫是目前已成功建成的最大PDX生物庫，擁有1 500個PDX模型，涵蓋了絕大部分腫瘤類型，旨在發(fā)展建立有臨床信息的PDX生物庫［7］；諾華公司建立了上千例PDX模型的生物庫用于臨床前藥物驗證等研究，該研究共建立含有1 075種PDX模型的生物庫，其中包含多種驅動突變，通過體內復合篩選實驗評估了6種腫瘤對62種治療藥物的反應，并建立起基因型和藥物反應之間的關聯(lián)［23］。另外美國的杰克遜實驗室、美國國家癌癥研究所（National Cancer Institute，NCI）均擁有超過300個PDX模型。這些模型將幫助醫(yī)學研究者們更好地研究癌癥的遺傳復雜性、評估某些治療方式的臨床潛力，提高預測臨床試驗反應的能力。

2 生物標志物鑒定與耐藥機制研究

通過二代測序、原位雜交和免疫組織化學等方法分析胃癌PDX模型的基因組變化和分子譜，篩選具有明確生物標志物特征的PDX模型，是生物標志物和耐藥機制研究的有效臨床前模型。Chen等［24］對50個胃癌PDX模型進行了二代測序，分析胃癌基因分子譜，結果發(fā)現(xiàn)每個PDX模型均具有獨特的分子標志，而其中MAPK、ErbB、VEGF、mTOR和細胞周期信號傳導途徑是所有胃癌PDX模型中具有特征性的生物標志，其變異在50個PDX模型中反復出現(xiàn)，這些特征性的分子標志物可能是胃癌發(fā)生發(fā)展的主要分子事件，與胃癌治療療效、復發(fā)轉移及預后等密切相關。為了證實上述假設，該研究進一步對分子標志物EGFR、MET、CCNE1與胃癌治療療效的相關性進行研究，結果發(fā)現(xiàn)沃利替尼在含MET和磷酸化MET（pMET）過表達的PDX模型中表現(xiàn)出強的抗腫瘤活性。EGFR單克隆抗體BK011和西妥昔單抗能抑制EGFR擴增的PDX模型腫瘤生長。阿法替尼抑制具有EGFR擴增，EGFR過表達或HER2擴增的PDX模型的腫瘤生長。阿帕替尼在具有高微血管密度的PDX模型中更敏感。CDK1/2/9抑制劑AZD5438在CCNE1拷貝數(shù)較高的兩種模型中具有優(yōu)異的抗腫瘤活性。Wang等［16］成功建立了32個胃癌PDX模型，使用免疫組織化學和熒光原位雜交，評估Her2、cMet和FGFR2在這些PDX組織中的蛋白質水平和（或）基因擴增，并評估這些分子標志物與靶向抑制劑的相關性，結果發(fā)現(xiàn)克唑替尼和AZD4547（一種選擇性FGFR激酶抑制劑）僅在具有cMet和FGFR2擴增的PDX模型中發(fā)揮顯著的抗腫瘤作用。

抗HER2單克隆抗體曲妥珠單抗治療已在HER2陽性的胃癌患者中被證實是至關重要的，然而臨床治療反應率有限，并非所有HER2陽性胃癌患者都能從曲妥珠單抗治療中獲益［25］?；谖赴㏄DX模型的生物標志物和耐藥機制研究是探索曲妥珠單抗耐藥生物標志物的有效工具。Shin等［26］建立了5例HER2陽性胃癌患者的PDX模型，包括2例HER2（+++）和2例HER2（++）。曲妥珠單抗耐藥的HER2陽性胃癌患者中大部分患者高表達HER3，曲妥珠單抗單藥治療能抑制HER3的磷酸化，但對其信號通路活性影響較小，從而導致曲妥珠單抗單藥耐藥。而曲妥珠單抗和拉帕替尼的聯(lián)合治療能明顯提高療效，其主要機制是與拉帕替尼聯(lián)合時，曲妥珠單抗阻止了HER3/EGFR的再激活，并延長對ERK/AKT的抑制［19-20］。

3 人-鼠聯(lián)合臨床試驗

人-鼠聯(lián)合臨床試驗（co-clinical trials）是整合PDX模型/庫臨床前實驗和患者Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗的精準治療研究［27-28］。一項與Ⅱ期臨床試驗聯(lián)合進行的人-鼠聯(lián)合臨床試驗研究結果表明，通過比對PDX模型和臨床患者藥物療效發(fā)現(xiàn)dovitinib在PDX模型和患者Ⅱ期臨床試驗中的療效評價高度一致，通過突變和全基因組拷貝數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)FGFR途徑中18種關鍵信號傳導成分的轉錄激活可以預測dovitinib的敏感性［29］。目前人-鼠聯(lián)合臨床試驗項目僅在少數(shù)腫瘤中報道，如肺癌［30-31］、口腔癌［32］等，尚缺乏胃癌研究的相關報道。這些為數(shù)不多的人-鼠聯(lián)合臨床試驗已經(jīng)證實使用聯(lián)合臨床實驗能最大限度地減少大量患者試驗所需的成本和時間，提供了一個有效的平臺來實時研究靶向治療療效預測性生物標志物，進一步指導精準治療。

4 結語

PDX模型來源于不同遺傳背景的患者，保留了腫瘤個體差異特征，若建立一定數(shù)量的單一類型腫瘤PDX模型體系，在一定程度上可以代表該腫瘤的患者群體。目前已有多個胃癌PDX模型庫［16，23-24，26］，涵蓋了常見的病理類型、甲胎蛋白AFP分泌型及HER2陽性胃癌，為胃癌精準研究提供了有利平臺，然而目前胃癌PDX庫的PDX數(shù)量較少，尚不能滿足人-鼠聯(lián)合臨床試驗的需求，因此需要建立更大樣本量的胃癌PDX庫。

PDX模型的藥物反應性與臨床患者一致性高，可預測臨床治療結果、臨床前藥物評估、分子標志物的篩選鑒定和耐藥機制研究、生物治療和個體化治療策略的研究。胃癌PDX模型臨床病理和分子特征已被證實與臨床患者高度一致［8］，被廣泛用于評估藥物療效如靶向VGEF及Met藥物［16］，沃利替尼［24］和克唑替尼［18］等，胃癌PDX模型已成為藥物療效評估等的有效模型，目前利用胃癌PDX模型預測抗胃癌藥物療效的相關研究較少，需要更大樣本量的胃癌PDX模型及人-鼠聯(lián)合臨床試驗評估其價值。

PDX模型的不足是缺乏免疫系統(tǒng)而受限于免疫治療相關研究，免疫重建的人源化PDX小鼠模型是有效的解決方案?；蚬こ绦∈竽Ｐ停╣enetically engineered mouse model，GEMM）有完整的免疫系統(tǒng)，但投資高、產(chǎn)出低?！邦惼鞴佟保╫rganoid）和“類腫瘤”（tumouroid）的迷你腫瘤模型近期也已應用于測試多種腫瘤用藥，能減少實驗動物的需求數(shù)量。隨著PDX模型不斷改進，與腫瘤類器官等其他模型作用互補，將進一步發(fā)展基于腫瘤生物模型的精確醫(yī)療，為腫瘤個體化研究邁出堅實的一步。