汪庚明，張 雷，孫 謙，周 燕

（1. 蚌埠醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院腫瘤放療科；2. 蚌埠醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院胸外科，安徽 蚌埠 233004）

頭頸部鱗狀細胞癌（Head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）是全球第六大常見惡性腫瘤，每年新發(fā)病例超過55 萬［1］。HNSCC 對患者飲食、呼吸及語言功能會造成直接影響。頭頸部解剖復(fù)雜且特殊，血供及淋巴引流豐富，易發(fā)生轉(zhuǎn)移，預(yù)后欠佳。而在我國，頭頸部腫瘤的發(fā)病率接近135.1/10 萬［2］。類器官是應(yīng)用體外3D 培養(yǎng)技術(shù)建立的小型組織，與對應(yīng)的器官擁有類似的空間組織及功能，從而提供一個高度生理相關(guān)系統(tǒng)［3-4］。由此可見，類器官技術(shù)在腫瘤的機制研究、干細胞研究、精準治療等方面應(yīng)用前景廣闊。近年來，有關(guān)各類惡性腫瘤類器官的報道很多，但在頭頸部惡性腫瘤中類器官的研究較少，本文就類器官的研究進展及其在頭頸部腫瘤中的應(yīng)用進行綜述。

1 類器官技術(shù)的研究進展

類器官是一種微型的組織器官類似物，它在結(jié)構(gòu)和功能上都與體內(nèi)相應(yīng)器官有很大程度的相似。目前，多種類型類器官如腦、肺、胃腸道和肝腎等在體外已成功培養(yǎng)形成，其巨大的潛力得到了越來越多的開發(fā)。

1.1 腫瘤研究模型目前，腫瘤研究中最常用的模型有人源腫瘤細胞系異種移植（Cell derived xenograft，CDX）和人源性腫瘤組織異種移植（Patient-derived xenografts，PDX）。CDX 具有模型細胞系容易獲得、建模成本低等優(yōu)勢，但是研究者逐漸發(fā)現(xiàn)人源腫瘤細胞系經(jīng)長期體外培養(yǎng)后，其腫瘤細胞生物學行為及基因譜表達水平、腫瘤異質(zhì)性等都與原始腫瘤組織存在較大差異，從而在預(yù)測臨床藥效等方面不甚理想［5］。PDX 具有較高的瘤內(nèi)異質(zhì)性且保留了腫瘤間質(zhì)和干細胞成分，是較為接近人體實際情況的模型，從而提高了臨床結(jié)果的可預(yù)測性［6］。但PDX 建模難度高、構(gòu)建時間長且成功率不穩(wěn)定，隨著傳代次數(shù)的增加，腫瘤微環(huán)境也會逐漸被小鼠細胞外基質(zhì)所取代，因此傳代次數(shù)有一定限制。類器官是應(yīng)用體外3D 培養(yǎng)技術(shù)建立的小型組織［3］，其結(jié)構(gòu)和功能上類似于源器官。類器官具有以下特性：（1）含一個自我更新干細胞群［7］，組織內(nèi)部實現(xiàn)自我更新；（2）細胞自組裝特性［8］；（3）生理活性［3］；（4）保持遺傳穩(wěn)定。由于以上特點，類器官能夠很好的模擬腫瘤的生物學特性、發(fā)展過程等，從而應(yīng)用于腫瘤的個體化治療等方面。

SATO T 等［9］最早從癌癥組織中建立類器官。他們以小鼠小腸培養(yǎng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對小鼠和人結(jié)腸培養(yǎng)系統(tǒng)進行了優(yōu)化。將Wnt3A 與生長因子聯(lián)合應(yīng)用于小鼠結(jié)腸隱窩，使其無限期擴張，培養(yǎng)了小鼠Apc 缺陷性腺瘤、人類結(jié)直腸癌細胞和來自Barrett食管區(qū)域的人類化生上皮。BOJ SF 等［10］從正常和腫瘤性的小鼠和人胰腺組織建立了類器官模型。PAULI C 等［11］培養(yǎng)多種不同腫瘤的類器官模型，成功率達到39%。癌癥患者來源的腫瘤類器官的建立被認為是一項重大突破。

1.2 類器官在腫瘤研究中的應(yīng)用

1.2.1 在腫瘤干細胞中的研究干細胞是一類具有無限的或者永生的自我更新能力的細胞，干細胞是人體組織、器官再生的基石。HAN ME 等［12］報道WNT、Notch、EGF、Hedgehog 和BMP 5 條信號通路調(diào)控胃干細胞的增殖與分化。SEIDLITZ T 等［13］成功的在體外建立了小鼠胃癌類器官模型，發(fā)現(xiàn)進行基因突變后的類器官依賴干細胞因子的程度顯著降低，克隆形成能力顯著增強。DEWARD AD 等［14］發(fā)現(xiàn)老鼠食道的基底細胞含有異質(zhì)的上皮細胞群，利用細胞表面標記的組合，將原發(fā)性食管組織分離成不同的細胞群，這些細胞群具有不同的干細胞潛能。并利用類器官證實Sox-2、WNT 等可調(diào)節(jié)食管的自我更新，他們認為非靜止干細胞群存在于小鼠食道的基底上皮中。

1.2.2 在腫瘤發(fā)生發(fā)展機制中的研究腫瘤的發(fā)生、發(fā)展乃至轉(zhuǎn)移是一個相互關(guān)聯(lián)的過程。在腫瘤發(fā)生過程中，應(yīng)用類器官技術(shù)可以模擬干細胞的生物學行為，評估信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及調(diào)控基因?qū)δ[瘤發(fā)生、發(fā)展的影響，從而揭示該腫瘤發(fā)生發(fā)展的機制。類器官培養(yǎng)模型極大程度上保留了腫瘤細胞在體內(nèi)的生物學特性和遺傳學特征，彌補了傳統(tǒng)腫瘤研究模型的缺陷［15］。通過類器官技術(shù)，F(xiàn)UJII M等［16］模擬了結(jié)腸癌發(fā)生、發(fā)展的過程。一些學者對結(jié)腸癌類器官進行某種基因修飾，模擬相似的基因圖譜，從而形成了精確的侵襲性結(jié)腸癌模型，為研究結(jié)腸癌的發(fā)病機制和特異性基因功能提供平臺。食管鱗狀細胞癌常見的組織學前體病變中有鱗狀細胞非典型增生，WHELAN KA 等［17］通過建立小鼠食管鱗狀細胞癌類器官的模型，結(jié)合細胞譜系追蹤技術(shù)，證實食管鱗狀細胞癌的細胞來自基底角質(zhì)形成細胞。CHEN Y 等［18］的研究發(fā)現(xiàn)過表達ERG基因的小鼠前列腺類器官組織學上為正常管腔結(jié)構(gòu)，敲除Pten 基因的為高級別上皮內(nèi)瘤變，而敲除表達ERG 和Pten 基因則為浸潤性前列腺癌。NANKI K等［19］觀察到敲除CDH1 基因后，類器官組織學形態(tài)會發(fā)生改變，類似于低分化彌漫型胃癌。HILL SJ等［20］檢測了來自22 例高級別漿液性卵巢癌患者的33 種器官樣培養(yǎng)物在同源重組和復(fù)制叉保護方面的缺陷。發(fā)現(xiàn)無論DNA 修復(fù)基因突變情況如何，類器官中HR的功能缺陷與PARP抑制劑敏感性相關(guān)。

1.2.3 在腫瘤精準治療方面的研究精準醫(yī)療是以個體化醫(yī)療為基礎(chǔ)，隨著基因組測序技術(shù)快速發(fā)展以及生物信息與大數(shù)據(jù)科學的交叉應(yīng)用而發(fā)展起來的新興醫(yī)學概念與診療模式。類器官能更真實的反應(yīng)人體實際情況，對實現(xiàn)精準醫(yī)療有重要作用。VLACHOGIANNIS G 等［21］利用轉(zhuǎn)移晚期的結(jié)直腸癌患者的活組織樣本培養(yǎng)的類器官，其表型與原發(fā)腫瘤有高度的相似性，腫瘤組織器官的分子分析與藥物篩選結(jié)果也相匹配。他們比較了在類器官中抗癌藥物的體外反應(yīng)和臨床試驗中患者的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)類器官可以再現(xiàn)臨床上患者的反應(yīng)，可能實現(xiàn)腫瘤患者個性化的診療。GAO D 等［22］建立了7種亞型前列腺癌的3D類器官系統(tǒng)，觀察其對抗恩雜魯胺和醋酸阿比特龍的敏感度，結(jié)果顯示治療效果與體內(nèi)試驗完全一致。另有研究也證實類器官可以用于藥物篩選［23-24］。與患者實際療效進行對比發(fā)現(xiàn)，在預(yù)測抗腫瘤藥物的有效性和指導(dǎo)臨床用藥方面，類器官具有100%的敏感性、93%的特異性、88%的陽性預(yù)測值以及100%的陰性預(yù)測值，因而類器官技術(shù)可被用來開發(fā)具預(yù)測性的生物標志物［21］。

2 類器官在頭頸部腫瘤中的應(yīng)用

頭頸部解剖較為復(fù)雜，血供及淋巴引流十分豐富，故而頭頸部腫瘤易發(fā)生轉(zhuǎn)移，預(yù)后欠佳，早診斷早治療探索空間較大。然而，缺乏理想的腫瘤研究模型是制約研究HNSCC的發(fā)生發(fā)展機制、藥物開發(fā)與篩選以及個體化治療的重要因素之一，類器官則較好地解決了這一問題。SHAH AT 等［25］將細胞代謝的光學成像技術(shù)應(yīng)用于頭頸部腫瘤的類器官培養(yǎng)。這項技術(shù)的優(yōu)勢在于，它利用還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸［Nicotinamide adenine dimcleotide phosphate，NAD（P）H］和黃素腺嘌呤二核苷酸（Flavine adenine dinucleotide，F(xiàn)AD）在單個細胞水平上的固有熒光來測量細胞代謝，從而建立了三維體外模型。結(jié)果表明，光代謝成像對治療后1 天的治療反應(yīng)十分敏感，并能解決具有明顯代謝表型的細胞亞群，該平臺可以提供一個敏感的高通量分析，以簡化HNSCC 藥物篩選過程。使用與腫瘤靶向分子偶聯(lián)的光敏劑的靶向光動力療法（Photodynamic therapy，PDT）已被認為是更具選擇性的癌癥治療方法。DRIEHUIS E 等［26］發(fā)現(xiàn)表皮生長因子受體（Epidermal growth factor receptor，EGFR）的表達水平在源自不同供體的HNSCC類器官之間有所不同，且EGFR 表達水平與針對EGFR 靶向的PDT 的反應(yīng)相關(guān)，從周圍正常組織生長的類器官比其腫瘤對應(yīng)物顯示出較低的EGFR 表達水平，并且不受治療的影響。故而認為，患者衍生的HNSCC類器官是用于測試體外靶向PDT 的3D 模型。TANAKA N 等［27］用43例HNSCC患者標本建立了類器官，這些類器官顯示出與原發(fā)腫瘤相似的組織學特征和干細胞、上皮細胞及間充質(zhì)標志物的表達。用藥物敏感性和克隆生存試驗測定順鉑和多西紫杉醇IC50 對HNSCC 類器官和相應(yīng)的2D細胞系的影響，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)藥物治療的反應(yīng)與體外藥物敏感試驗顯示IC50 相似。因此認為，這些類器官可以預(yù)測體內(nèi)藥物敏感性，可能是開發(fā)HNSCC 精準治療的有用工具。DRIEHUIS E等［28］建立了31 個HNSCC 的類器官，觀察了其對順鉑、卡鉑、西妥昔單抗的一組藥物的不同反應(yīng)，顯示了較好的一致性。不僅如此，其中7 例患者接受了放射治療，其中3 例放射治療后復(fù)發(fā)，而3 個相應(yīng)的類器官系在體外放射治療中也是最具抵抗力的。放射治療敏感性最高的類器官對應(yīng)的患者對放射治療也有持久的反應(yīng)。從而證實，類器官不僅可以用來預(yù)測藥物的有效性，也可以預(yù)測對放射治療的敏感性。

3 總 結(jié)

綜上所述，類器官技術(shù)是一種新興的體外研究模型技術(shù)，可以模擬源器官以及腫瘤的組織結(jié)構(gòu)、生物學特性，可以在HNSCC 的發(fā)生發(fā)展機制研究、抗腫瘤藥物篩選以及精準治療等方面發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景十分廣闊。但該技術(shù)在HNSCC上報道較少，我們期待在將來類器官技術(shù)能在HNCSS 的臨床研究中發(fā)揮更大的作用。