腫瘤模型之PDX與CDX

什么是CDX腫瘤模型

CDX（人源腫瘤細胞系異種移植，cell derived ?xenograft）模型主要是將腫瘤細胞系移植到裸鼠或者NSG小鼠體內(nèi)而構(gòu)建的腫瘤模型，而由于腫瘤細胞系是經(jīng)過人工純化以及多代培養(yǎng)的細胞系,所以其構(gòu)建的CDX模型是無法保持腫瘤組織的異質(zhì)性的。同時由于其經(jīng)過了多次的傳代(幾十次傳代)，所以生物學特征變化明顯，從而使得其生物學特性以及藥效評價結(jié)果與臨床相似度極低。

什么是PDX腫瘤模型

PDX（人源腫瘤組織來源移植瘤模型 ，patientl derived ?xenograft）模型是將腫瘤組織以組織的形勢移植至NSG小鼠體內(nèi)，從而很好的保持了腫瘤的異質(zhì)性。同時PDX模型是將腫瘤組織直接移植到NSG小鼠體內(nèi)，并沒有經(jīng)過任何人工培養(yǎng)，所以其生物學特性保持的更加完整，與臨床相似度更高，是現(xiàn)階段最優(yōu)秀的腫瘤動物模型。

早在20世紀90年代早期，美國國立癌癥研究所（National Cancer Institute, NCI)就 依據(jù)來源于9種不同類型腫瘤（腦，結(jié)腸癌，白血病，肺，黑素瘤、卵巢癌、腎癌、乳腺癌和前列腺癌) 的60位癌癥患者腫瘤細胞系，引入了一種”disease-oriented”的藥物篩選策略，簡單來說，就是先用人腫瘤細胞系進行高通量體外藥物篩選，再用CDX模型進行體內(nèi)驗證，由于CDX模型細胞系容易獲得，有大量已發(fā)表的文獻關(guān)于其基因組學、細胞功能學及藥效反應的數(shù)據(jù)可供參考，建模成本低等優(yōu)勢，在當時可以說是風靡各大實驗室。

但是2016年，NCI卻決定從其藥篩系統(tǒng)中讓已經(jīng)使用了25年的NCI60細胞系“退休！

為什么會發(fā)生這種轉(zhuǎn)變？！

原來，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)性都與原始腫瘤組織存在較大的差異， 從而在預測臨床藥效方面不甚理想。有研究表明，?經(jīng)此模型鑒定篩選的藥物僅約 1/3在二期臨床試驗中驗證有效。

不過，長江后浪推前浪，退休了CDX，就會有更優(yōu)秀的腫瘤模型崛起！

既然能使科研界沿用幾十年的CDX被“退休”，那就必然代表新生力量PDX青出于藍，目前該模型被研究者普遍認可的優(yōu)勢主要包括：

1、移植所用標本直接來源于人體腫瘤組織，未經(jīng)過體外培養(yǎng)，穩(wěn)定地保留了腫瘤的遺傳特性、組織學和表型特征，即腫瘤異質(zhì)性；

如下圖所示，為構(gòu)建的人源結(jié)直腸癌小鼠移植模型，通過不同形態(tài)學特征的組織染色，發(fā)現(xiàn)在某些情況下，新鮮病灶和傳代病灶均表現(xiàn)出良好的分化表型，某些樣本均出現(xiàn)透明細胞，黏液分泌細胞和細胞壞死區(qū)域等，同時，少數(shù)腫瘤表現(xiàn)出高度的多形性，保持未分化狀態(tài)（Fig2B）。

2、PDX可用于篩選化療藥物敏感或耐藥標記物，其試驗結(jié)果具有較好的臨床預見性

以胃癌PDX為例，圖A表示對 cetuximab治療不敏感與敏感小鼠中EGFR DNA/mRNA/EGFR受體蛋白拷貝數(shù)差異，發(fā)現(xiàn)敏感小鼠中拷貝數(shù)普遍較高，并且通過腫瘤生長曲線，IHC, FISH對比，最終得出:對 cetuximab敏感的小鼠模型，其EGFR表達普遍上調(diào)。

除此外，另有PDX在移植過程中較好地保留了腫瘤間質(zhì)和干細胞成分，使得腫瘤的生長微環(huán)境更接近實際情況，還可為腫瘤樣本的保存和傳代提供大量標本等。

建模是為了什么？篩藥！

這些荷瘤小鼠可以作為病人的“替身”(avatar)，代替病人去測試不同藥物方案的治療效果，從中篩選出最有效的治療方案，從而避免藥物毒副作用以及經(jīng)濟上的浪費，具體流程參照下圖。

當然了，雖然PDX優(yōu)勢頗多，但局限性也不容忽視。

目前PDX模型原始腫瘤的主要來源為手術(shù)切除，建模難度高且不能反復獲取，構(gòu)建時間長且成功率不穩(wěn)定，隨著傳代次數(shù)增加腫瘤微環(huán)境也會逐漸被小鼠細胞外基質(zhì)取代，因此對于傳代次數(shù)有一定限制。值得一提的是，負荷腫瘤的小鼠均為免疫缺陷的小鼠，因而該模型也無法用于篩選免疫相關(guān)藥物。

總的來說，兩種模型各有千秋，某種程度上CDX可以被認為是傳代次數(shù)太多已經(jīng)難以追溯的PDX模型，經(jīng)過體內(nèi)外交替?zhèn)鞔?strong>原始腫瘤組織中只有最適應體外培養(yǎng)條件的單個克隆被保留下來，喪失了克隆異質(zhì)性，從而難以對臨床藥效進行預測。

而PDX最大的優(yōu)勢也在于此，保留了腫瘤異質(zhì)性，更符合臨床腫瘤特征。