14.4.5 泌尿系统肿瘤类器官进展
1.肾癌类器官进展
肾细胞癌是一种常见的泌尿系统肿瘤，约占成人肿瘤的3%。大约20%～30%的患者在首诊时即有转移。手术是局部肿瘤治疗的常用手段，然而约25%患者在手术后出现远处复发，患者预后较差。透明细胞癌、嫌色细胞癌以及乳头状癌是肾细胞癌常见的3种亚型［83，84］。但目前肾癌的疗效预测及肿瘤进展机制探索还缺乏良好的体外模型。肾癌类器官可对肿瘤患者进行个性化的生物特征剖析以及通过药物敏感性测试来预测患者对临床药物的反应，从而对患者进行精准治疗，改善患者预后。
Ludovica Grassi等从15例肾透明细胞癌患者中肿瘤样本中培养了10例肿瘤类器官，随后的药物实验发现替西罗莫司可以减少肾癌类器官形成能力。此外，该研究还进行了4种试验药物与依维莫斯联用的药物测试，结果表明类器官可作为指导治疗决策的新临床前模型［84］。Akira Kazama等从20例患者中构建了15例肾癌类器官，组织学分析显示其中14例为肾透明细胞癌表型，1例为肾嫌色细胞癌表型，患者来源的肾癌类器官保留了亲本中常见的遗传学改变，并显示出对帕唑帕尼以及索拉非尼等药物的敏感性差异［83］。Frans Schutgens等从2例肾母细胞瘤患者肿瘤样本中成功构建了肾癌类器官，并在肾癌类器官中观察到了基质、胚芽和上皮成分，表明了类器官可模拟亲本组织的生物学特性［85］。由于肾细胞癌具有高度免疫浸润，免疫治疗是肾细胞癌全身治疗的重要部分，因此开发肾细胞癌类器官与免疫细胞共培养的临床前模型对肾癌的治疗策略的选择具有重要的指导意义［86］。Anna Vilgelm等于2020年报道了一种基于细针抽吸的患者来源的肿瘤类器官培养技术，在随后的免疫细胞捕获分析中发现相比于酶解消化法，细针抽吸类器官培养方法可以更好地保证免疫细胞的存活，通过补充IL-2以及采用富含Wnt3a、noggin和R-spondin的培养基可以进一步增强部分免疫细胞亚群的存活［87］。Zheng Ao等设计了一种基于微流控技术的肿瘤微芯片，并发现肾细胞癌患者的原发肿瘤细胞能以不同的敏感性响应抗程序性死亡受体-1（programmed cell death protein-1，PD-1）免疫治疗［88］。
2.膀胱癌类器官进展
膀胱癌是全球第10大常见恶性肿瘤，且在分子遗传水平上具有高度异质性。大约73%的膀胱癌患者为非肌层浸润性膀胱癌，27%患者为肌层浸润性膀胱癌，然而约40%～50%的非肌层浸润性膀胱癌在经过治疗后最终也会发生局部复发或转移。由于其高复发率以及对化疗的耐药性，膀胱癌一般预后较差，这些皆提示了膀胱癌个性化治疗的临床重要性［89］。
由于膀胱癌的高度异质性，目前很少有体外模型能够全面保留膀胱癌的生物学特性，细胞系在体外虽易扩增，但由于缺乏肿瘤异质性，较少用于评估治疗效果，PDX模型则需耗费大量的时间和资源，3D培养的膀胱癌类器官或可解决上述问题。膀胱癌类器官可以从膀胱活检、手术标本以及尿液中膀胱癌细胞等生物标本中分离培养获得。目前，人非肌肉浸润性膀胱癌中类器官培养成功率为50%～90.7%，而在肌肉浸润性膀胱癌中类器官的培养成功率为20～68%［90］。
Suk Hyung Lee等在2018年报道了一个囊括22例患者来源的膀胱癌类器官生物库，类器官突变谱与亲本高度一致，可见FGFR3、STAG2、ERBB2、EGFR，TP53和RB1等基因突变，以及ARID1A、KMT2C、KMT2D和KDM6A等常见表观遗传因子突变。随后的药敏实验表明了同一患者异时类器官系的药物敏感差异，类器官系的突变谱可以用来鉴定潜在的化疗药物治疗组合［36］。Jasper Mullenders团队从53例膀胱癌患者肿瘤组织中构建了膀胱癌类器官库，并初步探索了肿瘤类器官对膀胱癌一线治疗药物表柔比星、丝裂霉素C、吉西他滨、长春新碱、多柔比星、顺铂的药物敏感性差异［91］。此外，Eunjee Kim等通过将患者来源的膀胱癌类器官与肿瘤相关成纤维细胞、内皮细胞共同培养形成膀胱癌集合体，发现与传统膀胱癌类器官相比，重组类器官集合体对于化疗药物的治疗反应均有所降低，这或许揭示了由于肿瘤周围基质而导致的化疗药物向肿瘤组织部位的递送不良［92］。除了用于评价化疗药物敏感性外，膀胱癌类器官也可以用来评价免疫治疗的疗效。Lei Yu等利用膀胱切除术取得的肿瘤组织构建了3例膀胱癌类器官株，免疫组化评估显示MUC1分子在亲本组织与肿瘤类器官中表达一致，而在邻近正常组织中几乎不表达。基于此，Lei Yu等设计了MUC1靶向嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（chimeric antigen receptor T-Cell immunotherapy，CAR-T），通过将表达MUC1类器官与CAR-T细胞共培养，发现肿瘤类器官周围CAR-T细胞高表达颗粒酶B，MUC1+肿瘤类器官TNF-α、IL-2以及IFN-γ表达水平显著升高，细胞崩解碎裂［93］。目前，来自瑞士伯尔尼大学医院的团队正在进行一项在类器官指导下非肌肉浸润性膀胱癌患者关于表柔比星、丝裂霉素、吉西他滨、多西他赛治疗选择的Ⅱ期临床试验（Clinical Trials.gov：NCT05024734）。(https://www.daowen.com)
3.前列腺癌类器官进展
前列腺癌是男性泌尿生殖系统常见的恶性肿瘤，流行病学数据显示，前列腺癌位于全球男性恶性肿瘤发病率第2位，死亡率第5位。内分泌治疗是转移性前列腺癌的重要治疗方式，然而患者常常在初期有效后因为继发性耐药而治疗失败，其相关耐药机制尚未明了，因此肿瘤耐药是限制内分泌治疗在前列腺癌中治疗疗效的瓶颈。
类器官技术出现以前，前列腺癌研究模型主要依赖于前列腺癌细胞系以及前列腺癌异种移植模型。然而，由于不同患者之间的肿瘤异质性以及疾病进展过程中的时空异质性，常用的细胞模型难以模拟肿瘤发生发展过程中的异质性。
高栋等在2014年首次报道了从多种肿瘤患者来源的生物标本（原位癌、骨转移灶、腹膜后淋巴结转移灶、胸腔积液、循环肿瘤细胞）中成功构建了7例前列腺癌类器官，而后进一步验证了前列腺癌PDO模型可以保留原肿瘤组织的遗传突变特征、组织特性等生物学特征，并证明了前列腺癌PDO以及PDOX模型可作为药物敏感性实验的有力工具，由此开启了前列腺癌肿瘤类器官研究领域的大门［94］。
Loredana Puca等针对小细胞神经内分泌前列腺癌研究模型匮乏的现状，从25例转移性前列腺癌患者中成功分离培养了4例去势抵抗性神经内分泌前列腺癌（castrationresistant neuroendocrine prostate cancer，CRPC-NE）用于侵袭性晚期前列腺癌研究。其中4例类器官均缺乏雄激素受体蛋白表达，免疫组化结果表明其可表达突触素（synaptophysin，SYP）和嗜铬粒蛋白（chromogranin A，CHGA）等经典的神经内分泌标志物，随后通过高通量药物筛选确定了去势抵抗性前列腺癌的新型单药和联合疗法［95］。
Michael Beshiri团队于2018年描述了从转移性去势抵抗性前列腺癌患者PDX模型中衍生构建PDX衍生类器官（PDX-derived organoids，PDXO），扩展了体外去势抵抗性前列腺癌模型的数量以及多样性。该研究通过拷贝数变异检测、外显子测序以及免疫组织化学等验证结果表明在PDX和PDXO之间基因型和表型特征是高度保守的，发现PDXO模型可用于探索去势抵抗性前列腺癌患者雄激素剥夺治疗的耐药机制并且该模型基因型与患者对PARP抑制剂奥拉帕利敏感性相关，揭示了其作为药物临床前筛选的潜力［96］。
然而，迄今为止文献中所报道的前列腺癌类器官培养普遍仅有15%～20%的成功率，优化PDO培养体系、提高PDO分离培养的成功率是其应用于临床实践、指导患者个性化用药之前所必须解决的问题。此外，患者来源的前列腺癌类器官在维持1～2个月后被正常上皮细胞以及成纤维细胞所取代，前列腺癌类器官中复杂的细胞成分及细胞间的相互串扰，缺乏标准的类器官培养方法，以及统一规范的类器官药物敏感实验操作流程（药敏实验时类器官的大小与空间分布、药物的干预时机与作用时间、基质胶等三维载体对药物扩散与作用的影响、数据收集与读取）等多个技术细节仍需要仔细考量分析与改进［97］。