Pegylated recombinant canine human uricase (Shandong New Time Pharmaceutical)

2018年，Science发表题为Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers的突破性研究，首次建立转移性结直肠癌（mCRC）、胃食管癌（mGOC）等胃肠癌的患者来源类器官（PDO）活库，证实PDO可忠实复现原发肿瘤的组织学、基因组特征及治疗反应，其预测临床疗效的灵敏度达100%、特异性93%，解决了转移性胃肠癌缺乏精准体外模型的难题，为个性化治疗决策与药物研发提供核心工具。   01 一图速览   02 研究背景 转移性胃肠癌（包括结直肠癌、胃食管癌）是全球高发恶性肿瘤，治疗手段虽涵盖化疗、靶向治疗、抗血管生成治疗等，但患者个体差异极大——同一方案对部分患者疗效显著，对另一部分则完全无效。长期以来，临床缺乏能快速、精准预测疗效的工具： 1.治疗试错成本高：医生多依赖经验选择方案，患者常需经历2-3线无效治疗后才更换方案，延误最佳治疗时机且增加副作用风险； 2.模型无法满足需求：传统2D细胞系在培养中丢失肿瘤异质性与微环境依赖特征，难以模拟临床治疗反应；PDX模型虽能保留部分特征，但建立周期长达3-6个月，远滞后于临床治疗决策窗口（通常1-2个月）； 3.转移性病灶模型空白：此前胃肠癌PDO研究多聚焦原发性肿瘤，而转移性病灶因经历治疗筛选，基因组与异质性更复杂，其PDO建立难度大，且能否预测疗效尚未得到验证。 4.在此背景下，团队聚焦“转移性胃肠癌”这一临床难点，旨在建立能匹配临床节奏、精准预测疗效的PDO模型。   03 实验设计思路 团队采用“模型建立-特征验证-疗效匹配”的三阶逻辑，构建从实验室到临床的转化链条： 1.转移性胃肠癌PDO活库建立 样本选择：收集71例转移性胃肠癌患者的110份活检样本，涵盖肝、腹腔、淋巴结等转移灶，患者均接受过多线治疗（化疗/靶向治疗），病情复杂； 培养优化：针对转移灶样本肿瘤细胞比例低、易被stroma细胞（即肿瘤组织内非肿瘤部分）污染的问题，优化消化与筛选流程，最终70%的合格样本（肿瘤细胞比例≥2+）成功建立PDO，且可连续传代、长期冻存； 多时间点采样：对部分患者进行序贯活检，在治疗基线（BL）、最佳疗效（PR/SD）、疾病进展（PD）阶段分别建立PDO，捕捉肿瘤进化特征。 2.PDO特征保真验证 组织学验证：通过H&E染色、IHC检测（结直肠癌标志物CDX-2、胃食管癌标志物CK7），确认PDO保留原发肿瘤的生长模式（如弥漫型/肠型胃食管癌特征）； 基因组验证：用NGS检测151个癌症相关基因，对比PDO与原发肿瘤的突变、拷贝数变异，验证其基因组一致性； 稳定性验证：对PDO进行5-13代连续培养，检测突变、拷贝数及基因表达变化，确认其长期培养后特征稳定。 3.疗效预测验证 体外药敏实验：用55种临床常用药物（如紫杉醇、西妥昔单抗、瑞戈非尼、TAS-102）对PDO进行3D药敏筛选，计算半数生长抑制浓度（GI₅₀），定义敏感/耐药阈值； 临床匹配：将PDO药敏结果与患者实际临床治疗反应（按RECIST标准评估PR/SD/PD）进行对比，计算预测准确性； 体内验证：对依赖肿瘤微环境的药物（如抗血管生成药瑞戈非尼），建立PDO-xenograft模型，通过CD31染色、MRI检测血管密度，模拟临床疗效。   04 关键结果与解读 1.转移性胃肠癌PDO高保真复现肿瘤特征 组织学一致性：PDO与原发肿瘤的生长模式、细胞形态高度相似——结直肠癌PDO保留腺管结构，胃食管癌PDO可区分弥漫型与肠型特征，IHC标志物（CDX-2/CK7）表达模式完全一致； 基因组保真度：PDO与原发肿瘤的基因突变重叠率达96%，包括KRAS、BRAF V600E、ERBB2扩增等关键驱动事件，拷贝数变异（CNA）相关性R²=0.97；且PDO能捕捉肿瘤时空异质性，同一患者不同转移灶、不同治疗阶段的PDO，其基因组特征存在差异，与临床肿瘤进化规律一致； 长期稳定性：PDO连续传代5-13代后，基因突变、拷贝数及基因表达仍保持稳定（R²≥0.96），可满足长期实验需求。 2.PDO精准预测临床治疗反应 化疗疗效预测：对紫杉醇敏感的胃食管癌患者，其基线PDO的GI₅₀值显著低于耐药患者（相差4倍），且PDO在治疗进展后（PD）会获得紫杉醇耐药表型，与患者临床反应完全匹配；细胞周期分析显示，敏感PDO经紫杉醇处理后出现G2期阻滞与凋亡，而耐药PDO无明显变化； 靶向治疗预测：西妥昔单抗（抗EGFR单抗）敏感的结直肠癌患者，其PDO均为KRAS/BRAF野生型，且药敏结果与临床疗效一致；更重要的是，1例KRAS野生型但临床耐药的患者，其PDO也表现为西妥昔单抗耐药，证实PDO可弥补单纯基因组检测的局限性； 预测准确性：综合所有治疗方案，PDO预测临床疗效的灵敏度达100%、特异性93%、阳性预测值88%、阴性预测值100%，远优于传统预测手段。 3.PDO-xenograft模拟抗血管生成治疗反应 瑞戈非尼疗效匹配：瑞戈非尼是转移性结直肠癌的三线治疗药物，其疗效依赖肿瘤血管生成。临床中敏感患者的PDO-xenograft模型，经瑞戈非尼治疗后血管密度（CD31⁺）显著降低，与患者DCE-MRI检测的血流变化一致；而耐药患者的PDO-xenograft无明显血管抑制； 耐药机制揭示：耐药患者的PDO-xenograft以“血管共生”（vesselco-option）模式生长，无需新生血管即可获取营养，这一机制与临床瑞戈非尼耐药特征完全吻合，为逆转耐药提供新靶点。 4.捕获肿瘤异质性与治疗进化 intra-patient异质性：1例对TAS-102（结直肠癌三线化疗药）呈混合反应的患者，其肝转移灶不同segment的PDO药敏差异显著（GI₅₀相差8倍），敏感PDO的TK1（TAS-102作用靶点）表达显著高于耐药PDO； 治疗诱导进化：对接受瑞戈非尼治疗的患者，其基线PDO对瑞戈非尼敏感，而进展期PDO则表现为耐药，PDO-xenograft模型进一步证实，进展期PDO的血管抑制反应完全消失，与患者临床治疗进化一致。   05 论文图片解读 图1PDO的组织学与基因组特征验证 BL=基线；SD=疾病稳定；PD=治疗后/疾病进展；CISH=显色原位杂交。 （A）展示转移性结直肠癌（mCRC）PDO培养物相差显微镜图像，及类器官与匹配患者活检样本的H&E染色对比。 （B）转移性胃食管癌（mGOC）PDOs保留弥漫型和肠型生长模式。 （C）mGOC PDOs及亲本组织活检中存在ERBB2扩增与过表达。 （D）左：PDOs中高频突变和/或拷贝数改变基因的热图；右：韦恩图显示PDOs与亲本组织活检96%的突变重叠率。 （E）下游通路分析：ERBB2扩增与非扩增PDOs经拉帕替尼、BRAF抑制剂、AKT抑制剂处理后的靶点结合情况。 （F）双PI3K/mTOR抑制剂GDC-0980对携带PIK3CA突变（H1047R）的患者R-009 PDOs呈剂量依赖性作用，含PIK3CA扩增的PDO应答明显，无扩增的PDO无应答。 （G）PDOs中RB1扩增与药物筛选中对CDK4/CDK6抑制剂哌柏西利的应答相关。 图2PDO预测化疗与靶向治疗疗效 （A）从mGOC患者F-014肝转移灶（下图红圈）序贯活检样本构建PDOs：基线时（F-014BL）对紫杉醇初始应答，后续疾病进展（F-014PD）。紫柱为总肿瘤体积（按RECIST1.1标准），红柱为用于构建PDOs的目标转移灶体积。 （B）对比F-014基线和疾病进展PDOs、临床紫杉醇原发耐药（F-015）及获得性耐药（F-012）患者PDOs对紫杉醇的存活率。 （C）F-014基线（BL）与疾病进展（PD）PDOs经紫杉醇处理后的细胞周期分析。 （D）F-014基线（BL）PDOs对紫杉醇呈剂量依赖性DNA损伤，同一患者疾病进展（PD）PDOs无此效应。体现耐药机制与 DNA 损伤修复相关。 （E）从西妥昔单抗（抗EGFR单克隆抗体）治疗患者的基线和疾病进展活检样本构建PDOs，体外经西妥昔单抗处理。重现临床治疗后的耐药变化。 （F）基线和疾病进展PDOs、匹配活检样本（肿瘤）及原发肠癌（存档样本）的分子分析；箭头指示两名患者BRAF和KRAS分别存在克隆或亚克隆突变。分子特征随疾病进展保持同步变化。 图3PDO-xenograft模拟瑞戈非尼治疗反应 （A）转移性结直肠癌（mCRC）患者接受瑞戈非尼治疗，基线、PR/SD期及PD期活检显示，治疗15天DCE-MRI功能参数下降，与CD31染色微血管变化及临床获益相关。 （B）量化CD31⁺血管评估瑞戈非尼对PDO小鼠异种移植物的微血管影响，数据来自原发耐药（R-009）和长期应答（R-005）患者。 （C）长期应答者（R-005）PDO异种移植物小鼠经瑞戈非尼处理后血容量分数（fBV）降低。印证药物对肿瘤血管的抑制作用。 （D）动物实验设计：用患者R-011治疗前（BL）和治疗后（PD）的PDO建立肝原位异种移植物，小鼠随机分对照组（溶剂）和治疗组（瑞戈非尼）处理10天，后续分组织病理学分析和长期存活监测队列。 （E）患者BL、SD及PD期活检CD31免疫染色显示，瑞戈非尼治疗初期肿瘤微血管减少。 （F）展示R-011BL和PD期PDO异种移植物的CD31免疫染色代表性图像。 （G）Kaplan-Meier生存曲线显示R-011BL和PD期PDO异种移植物小鼠经瑞戈非尼或溶剂处理后的存活情况。 图4PDO捕获肿瘤异质性 （A）从对TAS-102呈混合应答的患者（R-019）构建PDOs：2段转移灶治疗后快速进展，5段转移灶维持稳定（CT扫描中白色箭头示转移灶；柱状图为指定转移灶治疗前后测量值）。 （B）患者R-019（TAS-102混合应答）的基线和治疗后（PD）多区域PDOs的体外剂量-应答曲线。 （C）TAS-102耐药（2段）和敏感（5段）PDOs中胸苷激酶1（TK1）免疫组化（IHC）表达。TK1 表达可能与药物敏感性相关。 （D）TAS-102应答与耐药患者PDOs的细胞存活率（左）和TK1mRNA表达（右）。印证 TK1 表达与 TAS-102 敏感性的关联。   06 小结：这篇研究为何成为个性化治疗的“里程碑”？ 1.理论革新 首次证实转移性胃肠癌PDO可忠实复现肿瘤异质性与治疗反应，突破了“转移性病灶模型难建立、难预测”的认知，明确PDO是研究肿瘤进化与耐药机制的理想工具； 揭示单纯基因组检测不足以预测疗效，PDO的功能药敏实验可弥补其局限性（如KRAS野生型但西妥昔单抗耐药的患者，PDO可精准识别）。 2.技术奠基 建立转移性胃肠癌PDO标准化培养流程，样本成功率达70%，解决了转移灶样本肿瘤细胞比例低、易污染的技术难题； 开发“PDO体外药敏+PDO-xenograft体内验证”的双重体系，既满足快速临床决策（体外实验2-3周），又能模拟抗血管生成等依赖微环境的药物疗效，填补了单一模型的缺陷。 3.应用铺路 临床决策：为化疗耐药的转移性胃肠癌患者提供精准治疗方案筛选（如TAS-102敏感人群识别），减少试错治疗； 药物研发：为胃肠癌新药临床试验提供患者分层工具，提高临床试验成功率； 机制研究：通过序贯PDO模型，可动态追踪治疗诱导的肿瘤进化，揭示耐药机制（如瑞戈非尼耐药的血管共生机制），为逆转耐药提供新靶点。 未来研究可进一步扩大PDO活库规模，纳入更多癌种亚型与治疗方案，同时结合单细胞测序、空间转录组等技术，深入解析肿瘤异质性与疗效的关联，推动PDO模型更广泛地应用于临床。 撰文 赖灿睿 审核 王子贤 排版 黄若琪 点击阅读原文，了解更多