《Cancer Discovery》：胰腺癌类器官识别化疗常见应答者

胰腺导管腺癌（PDAC）是一种致命的恶性肿瘤，通常在晚期被诊断出来。尽管进行治疗干预，晚期患者的生存期中位数为6.7-11.1个月。本文中，来自Cold Spring Harbor Laboratory的Hervé Tiriac等作者从多个临床机构收集的细针活检、手术切除和快速尸检PDAC标本中培养了66个胰腺癌类器官（PDO），组成了样本库。此外，作者发现当患者样本中观察到足够的肿瘤细胞时，原发肿瘤和配对的PDO样本之间具有高度的一致性。作者建立了一个PDAC特异性PDO药物测试流程称为 "药物分型"，并证明可以在具有临床意义的时限内为每个PDO生成药物敏感性资料。在对一部分晚期PDAC患者的回顾性分析显示，PDO的化疗敏感性特征与患者对治疗的反应一致。同时，在患者中的纵向取样证实了PDO对化疗的耐药性的预测，与临床疾病的发展相一致。一些对所有现有化疗方案有抵抗力的PDO类器官对靶向药物表现出特殊的敏感性，为化疗难治性疾病提供了替代治疗方案。最后，为了确定最有可能从化疗中获益的患者，作者通过PDO生成了预测化疗敏感性的基因特征。这些化疗敏感性特征可能使PDAC患者的治疗分层更加高效，区分出1）可能受益于目前可用的化疗干预的患者，和2）应该考虑使用合理的靶向药物和研究性药物的患者。

作者成功地生成了PDO类器官，并至少进行了5次传代。从101名患者中总共培养了114个PDO（图1A）。胰腺癌PDO表现出混合形态，包括空心上皮衬里有不同程度的填充腔的囊性结构。（图1B）。

88个PDO进行了Sanger或全外显子组测序（WES），其中69个（78%）PDO的基因改变与PDAC一致（图1C-D）。而WES显示11个来源于正常健康供体外分泌区，用于胰岛细胞移植的组织所建立的hN正常类器官保持了二倍体基因组，未检出致病突变（图1C-D）。

图1. 胰腺癌PDO的基因组图谱

对一部分PDO及其匹配的原发肿瘤进行了全基因组测序（WGS）（图2A），显示97.43%的在原发肿瘤标本中检测到的突变也在PDO培养中检测到。成对的原发肿瘤和PDO的拷贝数分析也显示出一致性（图2B）。

图2. 从PDO基因分析中获得的深层分子清晰度

在主成分分析中，hN健康类器官与PDAC PDO明显被区分开（图3A）。这些PDO RNA测序数据被用于识别经典亚型和基底类亚型特征（图3B），分析显示出两个稳定的聚类（图3C）。

图3. PDO的转录组分析显示了不同的亚型

PDO药理分型显示，使用剂量反应曲线和相应的曲线下面积（AUC）评估PDO对单一化疗药物的反应存在明显的患者间差异（图4A-E，表S4A）。

图4. PDO的药物分型显示了化疗反应的异质性

作者发现PDO的纵向建模反映了患者的临床进展过程（图5A）。例如两个PDO（hM1E和hM1F）具有KRAS等位基因的扩增（图1D）并且显示对Gemcitabine, Paclitaxel, and SN-38药物的抗性，而其中hM1F额外对Oxaliplatin也产生了抗性并转变为一个更类似基底的亚型（图3B）    

作者还研究了四种来源于同一患者不同部位的PDO的治疗敏感性，分别来源于肝脏、膈肌转移灶、或腹水（图5B）。虽然通过外显子测序，这四个PDO含有类似的DNA突变（图1C），但它们在CNA（图1D）和mRNA表达（图3A-C）方面具有一些差异。

ERBB导向剂Afatinib对携带ERBB2扩增的PDO显示出更高的活性，其中最敏感的PDO是KRAS野生型PDO（图5C）。携带致癌性PIK3CA等位基因的KRAS野生型PDO 是唯一携带PIK3CA突变的类器官，对雷帕霉素类似物Everolimus高度敏感（图5E）。神经内分泌肿瘤通常对mTOR抑制有响应，这与hM1系列的PDO从对Everolimus治疗反应一般转化为敏感的情况一致（图5E）。

图5. 纵向、空间和遗传对PDO反应的影响

对于每种化疗药物，作者计算了PDO基因表达与每种药物AUC之间的Spearman相关性，从而定义了不同的转录特征（图6A）。作者用这一特征来评估接受吉西他滨单药治疗的55名患者的反应。有吉西他滨敏感性特征的患者有更好的无进展生存期（PFS）（图6B-C），并且有改善总生存期（OS）的趋势（图S11B）。然而在30名未经治疗的患者的研究组中，没有患者因吉西他滨敏感性特征而具有更好的PFS或OS，表明该特征与是否接受治疗相关（图6D）。

图6. 源于PDO的吉西他滨敏感性特征识别出了对吉西他滨辅助治疗有更好的反应的胰腺癌患者。

除奥沙利铂外，具有基底样亚型的患者在化疗敏感和非敏感特征中的分布相同，在非敏感患者组中表现出对基底样亚型的富集（图7A）。奥沙利铂特征富集的患者，相对于不敏感的患者，有对FOLFIRINOX更好的肿瘤反应（图7B）。

图7. PDO来源的奥沙利铂敏感性标志能够识别出对FOLFIRINOX有更好反应的晚期胰腺癌患者。

在本研究中，作者制造的PDO作为一个定义明确的模型系统，显示出肿瘤细胞对常规化疗药物具有高度差异化的药物敏感性。通过分析类器官中的个体药物敏感性，作者建立了两个能够反映患者在接受吉西他滨辅助治疗或接受改良FOLFIRINOX或Gemcitabine/nAb-Paclitaxel姑息治疗后预后的转录特征。这些特征有助于识别出对一线化疗药物的常见响应者，对患者进行分类，使患者迅速实现临床获益，同时能为每个患者制定更有针对性的治疗方案。

展望未来

本研究集中于评估单一药物的活性，而药物组合很可能在未来产生更多的临床机会。由于PDO药物分型可在不到6周的时间内完成，能够在具有临床意义的时间框架内为早期和晚期胰腺癌提供建议。最新的研究可对晚期胰腺癌患者进行互补的基因组和转录组分析，从而有能力进一步，在选择一线治疗的时候，以前瞻性的方式验证PDO药物分型和药物转录组特征。PDO的敏感性是否能够代表患者的临床反应，还有待前瞻性的临床试验来确定。药物转录组特征也需要进一步完善，并在能够获得高质量转录谱的、更大的患者队列中进行前瞻性评估。

原文出处：

doi: 10.1158/2159-8290.CD-18-0349.

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