肝膽腫瘤模型與精準(zhǔn)藥物篩選新技術(shù)

劉 壯，高 棟

細(xì)胞生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市分子男科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，上海 200031

1 基于個(gè)性化病理模型的藥物篩選技術(shù)

肝膽腫瘤是臨床最致命的腫瘤之一，但目前針對(duì)患者選擇特異性藥物缺乏明確依據(jù)，腫瘤位點(diǎn)檢測(cè)又常因?yàn)槠洚愘|(zhì)性受到影響，因此，建立可靠的、可用的體外篩選模型至關(guān)重要。肝的人體腫瘤組織小鼠移植(patient-derived xenografts,PDX)模型是一種傳統(tǒng)的個(gè)性化病理模型，具有特異性強(qiáng)、與臨床效果一致性高等優(yōu)勢(shì)。因此，借助PDX模型進(jìn)行精準(zhǔn)的藥物篩選在當(dāng)前廣泛應(yīng)用。

PDX模型是將取自臨床患者的手術(shù)或者穿刺取得的腫瘤組織直接異位移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)而建立的動(dòng)物病理模型[1]。相較于其他類型動(dòng)物模型，PDX模型可以更大程度上有效反映人類原發(fā)腫瘤的微環(huán)境，即細(xì)胞組成(如淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及其他各類細(xì)胞等)以及細(xì)胞外基質(zhì)，能夠更好地展現(xiàn)腫瘤細(xì)胞與周圍基質(zhì)之間的密切聯(lián)系和相互作用，在模擬人體腫瘤組織微環(huán)境的重構(gòu)及血管的生成、腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展甚至腫瘤的轉(zhuǎn)移逃逸等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[2-3]。同時(shí)，由于PDX模型能夠保留原代腫瘤的遺傳學(xué)特征(特異性突變、基因組整體特性等)，因而可作為篩選抗癌藥物、評(píng)價(jià)藥物的臨床療效及檢測(cè)藥物毒性有效工具[4]，作為一類特異性的模型，其還可準(zhǔn)確反映不同個(gè)體腫瘤間和腫瘤內(nèi)的異質(zhì)性[5]，在藥物效能研究、患者治療后臨床效果及預(yù)后預(yù)測(cè)等方面優(yōu)勢(shì)明顯[6]。PDX模型還能夠保留不同患者原代腫瘤的特性并可在免疫缺陷小鼠上對(duì)原代腫瘤進(jìn)行傳代，可作為腫瘤個(gè)性化治療的研究標(biāo)本[7]。因此，肝細(xì)胞癌PDX模型在藥物和生物標(biāo)志物篩選及聯(lián)合臨床試驗(yàn)中顯示出作為臨床前模型的優(yōu)勢(shì)。

PDX模型多用于肝細(xì)胞癌的發(fā)病機(jī)制并據(jù)此進(jìn)行藥物篩選的研究。Kissel等[8]以瑞戈非尼和索拉非尼為模型藥物，比較了H129小鼠肝癌模型和PDX模型對(duì)抗腫瘤藥物的敏感性差異。Lv等[9]利用肝癌細(xì)胞系和PDX模型評(píng)價(jià)了維他命C通過(guò)SVCT-2對(duì)肝細(xì)胞癌的抑制作用。Matsuki等[10]應(yīng)用2個(gè)PDX模型證實(shí)了新型分子靶向藥物侖伐替尼具有通過(guò)抑制 FGF信號(hào)通路活性抑制肝細(xì)胞癌的增殖、轉(zhuǎn)移及侵襲等作用。PDX模型廣泛用于肝細(xì)胞癌的臨床前抗腫瘤藥物療效方面的研究，一些臨床前抗腫瘤藥物療效評(píng)估的效應(yīng)也依賴于PDX模型，能夠?qū)Ω渭?xì)胞癌的臨床治療提供指導(dǎo)，同時(shí)對(duì)于新藥的研發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。目前，索拉非尼是抗肝細(xì)胞癌的一線藥物，以索拉非尼為代表的分子靶向藥物在進(jìn)展期肝細(xì)胞癌治療中發(fā)揮了重要作用，其抗癌機(jī)制是通過(guò)抑制多種絲氨酸/蘇氨酸和受體酪氨酸激酶，從而抑制腫瘤血管生成和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡等方面發(fā)揮作用，進(jìn)而達(dá)到有效殺傷腫瘤細(xì)胞的目的[11]。雖然索拉非尼能夠顯著延長(zhǎng)部分肝細(xì)胞癌患者的生存期，但還存在未能抑制的信號(hào)通路，如磷化硫醇3-激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路[12]，這些信號(hào)通路反過(guò)來(lái)能夠促進(jìn)索拉非尼耐藥細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活，從而出現(xiàn)更加難以克服的耐藥現(xiàn)象。研究者利用PDX模型對(duì)索拉非尼的抗癌機(jī)制以及在抗癌過(guò)程中可能會(huì)影響其作用的生物標(biāo)志和信號(hào)通路進(jìn)行了深入研究，同時(shí)也對(duì)開(kāi)發(fā)其他抗肝細(xì)胞癌的藥物和成分展開(kāi)了研究。Wu等[13]通過(guò)建立PDX模型證實(shí)了利用CDK1抑制劑阻斷CDK1/PDK1/β-Catenin信號(hào)通路能夠增強(qiáng)索拉非尼的抗腫瘤應(yīng)答。利用PDX模型研究[14]發(fā)現(xiàn)，抑制胰島素樣生長(zhǎng)因子受體1的活性能夠顯著增強(qiáng)索拉非尼抑制肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的作用。Liang等[15]應(yīng)用PDX模型驗(yàn)證pERK是評(píng)價(jià)索拉非尼治療肝細(xì)胞癌時(shí)一項(xiàng)顯著的生物標(biāo)志物。當(dāng)索拉非尼通過(guò)RAF/MEK/ERK通路發(fā)揮作用時(shí)，pERK會(huì)出現(xiàn)顯著下調(diào)。通過(guò)構(gòu)建肝細(xì)胞癌PDX模型研究索拉非尼耐藥組與敏感組中DKK1的表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)通過(guò)降低DKK1表達(dá)可增強(qiáng)索拉非尼的敏感性[16]。PDX模型因保留患者腫瘤的分子特性和異質(zhì)性，能夠再現(xiàn)患者的藥物敏感性特征，被廣泛應(yīng)用于肝細(xì)胞癌臨床前藥物敏感性研究。許多研究發(fā)現(xiàn)，PDX模型對(duì)抗癌藥物的反應(yīng)與提供腫瘤樣本的實(shí)際患者反應(yīng)相似[17]。因此，PDX模型有助于測(cè)試某些藥物的治療反應(yīng)，并且可以從異種移植組織獲得治療后數(shù)據(jù)[18]。Wang等[19]利用PDX模型證實(shí)納米藥物SN38治療肝細(xì)胞癌的作用，研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的藥物遞送結(jié)構(gòu)可以更好地對(duì)肝腫瘤進(jìn)行殺傷。Gu等[20]開(kāi)展了臨床前研究分析65個(gè)PDX模型基因表達(dá)的差異以及包括索拉非尼等藥物在內(nèi)的PDX對(duì)藥物反應(yīng)性。Xin等[21]利用PDX模型得到LIXC002、LIXC003、LIXC004、LIXC006、LIXC011、LIXC012以及CPL0903在內(nèi)的7種新的人來(lái)源肝細(xì)胞癌細(xì)胞系，并對(duì)每個(gè)細(xì)胞系的藥物敏感特性進(jìn)行檢測(cè)分析對(duì)比。可以預(yù)見(jiàn)的是，在肝膽腫瘤治療的層面，PDX模型仍然具有巨大的發(fā)展前景和應(yīng)用潛力。

生物學(xué)基礎(chǔ)研究和疾病診療應(yīng)用研究均離不開(kāi)合適的研究模型。經(jīng)典的二維(2D)培養(yǎng)人源細(xì)胞模型極大的促進(jìn)了生物學(xué)基礎(chǔ)研究和疾病診療應(yīng)用研究的進(jìn)展，但是這種模型同時(shí)也存在嚴(yán)重缺陷。2D細(xì)胞培養(yǎng)往往細(xì)胞類型單一，不能全面反映細(xì)胞在體內(nèi)的特征，難以反映特異性與個(gè)性化的特點(diǎn)[22-24]。類器官模型是近年來(lái)新出現(xiàn)的生物學(xué)研究模型，兼具2D細(xì)胞培養(yǎng)的簡(jiǎn)單操作特性和PDX模型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征，是極佳的生物學(xué)基礎(chǔ)研究和疾病診療應(yīng)用研究模型。類器官是由不同譜系來(lái)源的細(xì)胞，在三維培養(yǎng)條件下自發(fā)形成類似體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的多細(xì)胞團(tuán)，具有自更新和自組織能力，并可以在一定程度上維持其來(lái)源組織的生理結(jié)構(gòu)和功能[25]，是開(kāi)展腫瘤生物學(xué)和干細(xì)胞生物學(xué)研究的有力工具。類器官模型在研究組織構(gòu)建與再生，疾病發(fā)生、發(fā)展和治療等方面都具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，例如能夠長(zhǎng)時(shí)間體外增殖，很好地保持了組織生理和病理狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞異質(zhì)性[25-28]，適用于大規(guī)模的藥物篩選[25,28]，在新型藥物的篩選中有著廣闊的應(yīng)用前景。

腫瘤異質(zhì)性是指在同一腫瘤組織內(nèi)部或者不同的腫瘤來(lái)源的組織之間存在著的遺傳及病理差異[29]，這種特性是臨床治療腫瘤需要考慮的關(guān)鍵因素。肝癌在腫瘤的發(fā)生機(jī)制、臨床患者的組織形態(tài)、腫瘤微環(huán)境，以及遺傳分子特異性層面均表現(xiàn)出高度異質(zhì)性[30]，因此迫切需要開(kāi)發(fā)出能穩(wěn)定維持腫瘤細(xì)胞體內(nèi)特征的肝癌研究模型用于肝癌的個(gè)體化精準(zhǔn)診療研究。原發(fā)性肝癌主要包括肝細(xì)胞癌、肝內(nèi)膽管癌、混合型肝細(xì)胞癌-膽管癌3種亞型。2017年，Broutier等[31]利用肝癌患者臨床腫瘤切除組織生成了3種原發(fā)性肝癌類器官，該模型較好地保留了原發(fā)腫瘤的組織學(xué)結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)和基因組特征，并在相同培養(yǎng)基條件下長(zhǎng)期傳代仍可保留不同腫瘤組織結(jié)構(gòu)和亞型。異種移植試驗(yàn)表明，原發(fā)性肝癌類器官的成瘤潛能、病理學(xué)特性和轉(zhuǎn)移能力在體內(nèi)均可以得到很好地保存。此外，該研究團(tuán)隊(duì)還將原發(fā)性肝癌的類器官作為生物標(biāo)記物鑒定和藥物篩選模型，用其篩選得到了ERK抑制劑SCH772984作為潛在的原發(fā)性肝癌治療藥物。2018年，另有研究團(tuán)隊(duì)[32]從肝癌組織穿刺活檢材料中成功構(gòu)建類器官，與2017年的研究相比，該研究擴(kuò)大了肝癌類器官建立的來(lái)源。這是由于手術(shù)切除是少數(shù)肝癌早期或非肝硬化患者的治療選擇，這些患者通常未接受全身治療，因此只能在一定程度上反映原發(fā)性肝癌的特性，而對(duì)于其他進(jìn)展階段的肝癌患者，則無(wú)法有效地代表。該研究在構(gòu)建體外類器官的過(guò)程中使用了肝癌的液體活檢材料，其可取材于接受全身治療的中晚期腫瘤患者。因此，該研究中活檢材料衍生的類器官有助于研究者建立一個(gè)反映肝細(xì)胞癌全譜的動(dòng)態(tài)生物樣本庫(kù)，可以包括各種臨床信息，如治療反應(yīng)、耐藥性發(fā)展和生存預(yù)后等數(shù)據(jù)，從而更好地幫助醫(yī)生確定個(gè)性化治療方案。

2019年，Erlangga課題組[33]報(bào)導(dǎo)了一種利用環(huán)化重組cre-lox系統(tǒng)、RNA干擾和定期間隔短回文重復(fù)序列相關(guān)蛋白9(CRISPR/cas9)與肝臟類器官相結(jié)合的技術(shù)，建立了一個(gè)易于處理的小鼠膽管細(xì)胞癌類器官模型，然后將其移植到免疫能力強(qiáng)的同基因小鼠體內(nèi)。組織學(xué)上，腫瘤顯示細(xì)胞角蛋白19陽(yáng)性的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，周圍有促結(jié)締組織增生的基質(zhì)即人類乳腺癌的典型特征。該成果加深了人們對(duì)于膽管細(xì)胞癌類器官的生理病理學(xué)的理解。

2016年，Takai等[34]研究證實(shí)在多孔海藻酸鹽支架中的肝細(xì)胞性肝癌細(xì)胞可以產(chǎn)生類似于體內(nèi)腺上皮的許多特征的類器官球狀體，例如腺泡的形態(tài)發(fā)生和EPCAM的頂端表達(dá)模式。EPCAM是一種肝干/祖細(xì)胞標(biāo)記物，在具有干細(xì)胞性特征的肝細(xì)胞癌亞群中高度表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活是肝癌球狀體形成和腺泡結(jié)構(gòu)維持的必要條件，而Wnt/β-catenin信號(hào)通路是肝癌細(xì)胞保持細(xì)胞干性的重要途徑。同時(shí)該研究還證實(shí)，與傳統(tǒng)的二維培養(yǎng)相比，體內(nèi)培養(yǎng)的EPCAM(+)肝癌細(xì)胞對(duì)TGFβ誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化更為敏感，具有更高的致瘤性和轉(zhuǎn)移潛能。此外，EPCAM(+)球體中的肝癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的抵抗力強(qiáng)于2D培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞。以海藻酸鹽為載體的器官型培養(yǎng)系統(tǒng)是一種有前途的、可靠的、簡(jiǎn)便易行的系統(tǒng)，可用于肝癌關(guān)鍵信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的鑒定和分子藥物靶點(diǎn)的篩選。

2019年，Cao等[35]研究發(fā)現(xiàn)可以從小鼠原發(fā)性肝腫瘤中建立腫瘤類器官。該研究從129個(gè)肝組織/腫瘤中，成功培養(yǎng)出91個(gè)細(xì)胞株。這些類器官可以在體外長(zhǎng)期培養(yǎng)，約20%在免疫缺陷小鼠移植后形成腫瘤，證實(shí)了其致瘤性和自我更新特性。來(lái)自腫瘤類器官的單個(gè)細(xì)胞具有高效的類器官啟動(dòng)效率，而來(lái)自癌細(xì)胞的單個(gè)類器官能夠啟動(dòng)小鼠的腫瘤，表明腫瘤類器官中的啟動(dòng)細(xì)胞增多。此外，這些類器官在一定程度上概括了肝癌患者在表型、癌細(xì)胞組成和治療反應(yīng)方面的異質(zhì)性。這些模型系統(tǒng)將為推進(jìn)肝癌(干細(xì)胞)生物學(xué)、藥物開(kāi)發(fā)和個(gè)體化醫(yī)學(xué)方面的研究提供巨大的機(jī)會(huì)。

2019年，Li等[36]報(bào)道了27個(gè)可以體外培養(yǎng)的肝癌類器官，同時(shí)對(duì)包括色瑞替尼等在內(nèi)的129個(gè)肝癌特異性抑制劑或者廣靶腫瘤抑制劑進(jìn)行了藥物篩選，證實(shí)了不同患者來(lái)源的類器官模型對(duì)藥物的敏感性有差異，發(fā)現(xiàn)包括伊沙佐米在內(nèi)的7個(gè)泛腫瘤抑制劑對(duì)肝細(xì)胞癌具有顯著的抑制效果，彰顯了肝細(xì)胞癌類器官在篩選臨床藥物方面的巨大潛力。2021年，該課題組[37]同樣利用來(lái)自肝癌患者的40例腫瘤類器官模型進(jìn)行了藥物篩選工作，發(fā)現(xiàn)高三尖杉酯堿具備潛在的有效抑制肝癌類器官的潛能，從“老藥新用”的角度為臨床肝細(xì)胞及膽管細(xì)胞癌的治療提供了新的選項(xiàng)，揭示了肝腫瘤類器官的培養(yǎng)可以對(duì)藥物進(jìn)行有效的甄別和篩選。在不久的將來(lái)，肝膽腫瘤類器官模型將會(huì)向著更大規(guī)模，更高的覆蓋度以及更加精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)藥物響應(yīng)的方向發(fā)展，在輔助臨床的治療中發(fā)揮更大的作用。

2 基于特異靶點(diǎn)的藥物篩選技術(shù)

前文討論的是針對(duì)個(gè)性化模型開(kāi)展的藥物篩選新技術(shù)，而對(duì)藥物具體作用的機(jī)制，則并不完全了解。實(shí)際上，肝膽腫瘤患者往往有著同樣的特異性突變，這些突變也可以作為藥物靶向設(shè)計(jì)的靶點(diǎn)。針對(duì)這些癌癥特異的敏感位點(diǎn)，也衍生出了對(duì)應(yīng)的藥物篩選技術(shù)。

2.1 基于大規(guī)模測(cè)序數(shù)據(jù)分析的腫瘤敏感位點(diǎn)預(yù)測(cè) 隨著測(cè)序技術(shù)的突飛猛進(jìn)，特別是第二代測(cè)序技術(shù)的廣泛發(fā)展及應(yīng)用，已提出肝細(xì)胞癌的分子亞型為增殖、非增殖型，并在多項(xiàng)研究超過(guò)1500個(gè)樣品測(cè)序后，確定了肝細(xì)胞癌的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，這些關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素也具有成為藥物靶點(diǎn)的巨大潛力[38]。

2.2 基于靶向藥物位點(diǎn)的藥物篩選技術(shù) 肝細(xì)胞癌是公認(rèn)的最耐化療的腫瘤之一。2007年之前一直缺少系統(tǒng)治療晚期腫瘤患者的推薦藥物，全身化療藥物如多柔比星或奧沙利鉑添加5G氟尿嘧啶/亞葉酸鈣方案在臨床試驗(yàn)中也未顯示出生存益處[39-41]。目前，內(nèi)科精準(zhǔn)治療主要體現(xiàn)在分子靶向藥物和免疫治療，以及目前在各個(gè)領(lǐng)域研究較熱門(mén)的腸道菌群應(yīng)用。單克隆抗體和酪氨酸激酶抑制劑可對(duì)潛在靶點(diǎn)進(jìn)行精確治療，如高焦點(diǎn)擴(kuò)增成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子或血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A等[42]分子靶向治療多靶點(diǎn)酪氨酸激酶抑制劑的系統(tǒng)治療是一種可以確切治療各種晚期腫瘤的方法。采用新一代測(cè)序技術(shù)分析基因組揭示了人類肝細(xì)胞癌腫瘤內(nèi)和腫瘤間的異質(zhì)性，并提供了有效抵抗腫瘤細(xì)胞的多個(gè)靶點(diǎn)。索拉非尼是美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于晚期肝細(xì)胞癌標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)治療的口服多酪氨酸激酶抑制劑[43]，通過(guò)選擇性抑制血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體、血小板源性生長(zhǎng)因子受體(PDGFR)阻斷腫瘤血管的生成，同時(shí)通過(guò)阻斷RAF/MEK/ERK信號(hào)通路抑制腫瘤細(xì)胞增殖。歐洲多中心隨機(jī)SHARP研究(Ⅲ期臨床試驗(yàn))[44]顯示，索拉非尼治療的晚期肝細(xì)胞癌患者的中位總生存期從7.9個(gè)月延長(zhǎng)至10.7個(gè)月。FISH分析顯示，攜帶血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A擴(kuò)增的肝細(xì)胞癌患者對(duì)索拉非尼明顯敏感。ARAO等[45]研究顯示，索拉非尼治療組的部分患者腫瘤明顯縮小。最近，經(jīng)動(dòng)脈放療栓塞vs索拉非尼的Ⅲ期試驗(yàn)未達(dá)到主要終點(diǎn)，兩者治療效果對(duì)比尚不明確[46]。2017年4月，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)瑞戈非尼可在索拉非尼治療晚期肝細(xì)胞癌進(jìn)展時(shí)應(yīng)用，索拉非尼序貫瑞戈非尼療法可能對(duì)于晚期肝細(xì)胞癌患者是一個(gè)很好的選擇。在多項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，3種系統(tǒng)性藥物在晚期肝細(xì)胞癌治療中均顯示出生存益處，包括一線治療藥物索拉非尼和樂(lè)伐替尼，以及二線治療藥物瑞戈非尼。2018年，美國(guó)臨床腫瘤學(xué)會(huì)消化腫瘤研討會(huì)報(bào)道第二、三線治療的第4種靶向藥物——卡博替尼治療晚期肝細(xì)胞癌效果優(yōu)于安慰劑，患者總生存期也從8個(gè)月提高到10.2個(gè)月[47]。在不久的將來(lái)，基于靶點(diǎn)的藥物篩選策略將朝著3個(gè)方向發(fā)展：(1)尋找肝膽腫瘤的敏感突變位點(diǎn)，為新一代藥物的設(shè)計(jì)提供新的靶標(biāo)；(2)從多位點(diǎn)多種藥物聯(lián)合治療的策略解決患者治療的復(fù)雜性問(wèn)題；(3)進(jìn)一步揭示“一次突變”背景下，腫瘤可能產(chǎn)生的“二次突變”進(jìn)而抵抗藥物治療的分子機(jī)制，為進(jìn)一步靶向和治療肝膽腫瘤提供依據(jù)。

3 基于人工智能和大數(shù)據(jù)整合分析的新型藥物篩選技術(shù)

隨著信息時(shí)代下計(jì)算機(jī)分析能力的突飛猛進(jìn)，人工智能也越來(lái)越多地被應(yīng)用到了現(xiàn)實(shí)生活中，腫瘤藥物篩選便是其未來(lái)主要發(fā)展方向之一。當(dāng)前，人工智能已經(jīng)可以借助腫瘤患者全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，結(jié)合患者體內(nèi)外的病理模型和藥物敏感性的數(shù)據(jù)，對(duì)患者的治療提供全方位、多層面的藥物治療指導(dǎo)。

Yao等[48]構(gòu)建了一個(gè)緊密連接的深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Densely Connected Deep Neural Networks)，使用13個(gè)最常用的肝功能檢測(cè)指標(biāo)和人口信息進(jìn)行肝臟疾病篩查。在一個(gè)包含76 914個(gè)樣本的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行測(cè)試，ROC曲線下面積為0.8919，隨機(jī)曲線下面積為0.8790，邏輯模型曲線下面積為0.797。結(jié)果表明，該模型的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法，深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的性能優(yōu)于DNN(深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))模型。α胎兒蛋白是目前唯一用于肝癌篩查的血液標(biāo)志物，但其敏感度和特異度均很低，臨床應(yīng)用受限。對(duì)此，Tao等[49]開(kāi)發(fā)了一種基于體細(xì)胞拷貝數(shù)畸變的機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)模型，用于HBV感染者早期肝癌的非侵入性檢測(cè)。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的獨(dú)立驗(yàn)證，該模型表現(xiàn)出穩(wěn)健的預(yù)測(cè)性能，2個(gè)驗(yàn)證組的ROC曲線下面積分別為0.920和0.812。由于早期診斷的復(fù)雜性，大多數(shù)肝癌患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已進(jìn)入晚期，尤其是肝硬化患者。經(jīng)過(guò)Signal課題組[50]和其他機(jī)構(gòu)的研究，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以提高肝硬化患者分層的準(zhǔn)確性，并能準(zhǔn)確地識(shí)別肝癌高?；颊摺＠硐氲母伟╊A(yù)后的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是盡早發(fā)現(xiàn)疾病，以上2種方法的結(jié)合，為改善肝癌患者的預(yù)后提供了一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)。肝癌的預(yù)后很大程度上取決于核分級(jí)和微血管位置[51]。Cucchetti等[52]開(kāi)發(fā)了一種全新的算法系統(tǒng)，可以根據(jù)非侵入性變量預(yù)測(cè)腫瘤分級(jí)和微血管的位置信息。與傳統(tǒng)的模型相比，其可以根據(jù)術(shù)前變量更準(zhǔn)確地識(shí)別肝癌腫瘤分級(jí)和微血管的位置信息，并調(diào)整治療計(jì)劃和預(yù)后的判斷。Xu等[53]提出一種結(jié)合大規(guī)模臨床和影像學(xué)的計(jì)算方法，特別是增強(qiáng)CT的影像學(xué)特征，來(lái)預(yù)測(cè)肝癌患者的核分級(jí)和微血管的位置和預(yù)后，為基礎(chǔ)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。該模型在訓(xùn)練和驗(yàn)證集中的ROC曲線下面積為0.909，在測(cè)試集中的ROC曲線下面積為0.889。同一類型報(bào)告的ROC曲線下面積為0.806[54]和0.918[55]。這些結(jié)合的人工智能方法可以加強(qiáng)與患者關(guān)于治療方案的溝通，并指導(dǎo)臨床管理人員使用更好的降低復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的藥物。人工智能輔助臨床治療腫瘤已經(jīng)開(kāi)始在手術(shù)中應(yīng)用，而受制于目前臨床患者信息及藥物數(shù)據(jù)的不完善和不全面的問(wèn)題，目前利用人工智能預(yù)測(cè)藥物的策略尚未展開(kāi)大規(guī)模的應(yīng)用，但隨著測(cè)序活動(dòng)的推進(jìn)和數(shù)據(jù)庫(kù)的進(jìn)一步完善，人工智能在這個(gè)基礎(chǔ)上可以獲得進(jìn)一步的訓(xùn)練，其預(yù)測(cè)患者對(duì)藥物反應(yīng)的能力將大大提升，將更好地為臨床治療提供依據(jù)。相信，基于人工智能和大數(shù)據(jù)整合分析的新型藥物篩選技術(shù)在未來(lái)必將會(huì)大放異彩。

總結(jié)當(dāng)前的肝膽腫瘤藥物篩選模型(表1)，可見(jiàn)隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新興技術(shù)開(kāi)始在肝膽腫瘤的藥物篩選領(lǐng)域嶄露頭角，腫瘤的診斷及治療正在完成從整體性治療到“個(gè)性化”及“精確化”治療的升級(jí)或轉(zhuǎn)變，可以預(yù)見(jiàn)的是，以類器官的培養(yǎng)為代表的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)技術(shù)將會(huì)在未來(lái)更加精準(zhǔn)有效地輔助臨床的治療。

表1 肝膽腫瘤模型與精準(zhǔn)藥物篩選新技術(shù)

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：劉壯負(fù)責(zé)撰寫(xiě)論文，文獻(xiàn)篩選，整理數(shù)據(jù)和修改論文；高棟負(fù)責(zé)擬定寫(xiě)作思路，指導(dǎo)撰寫(xiě)論文及并最終定稿。