腫瘤模型之PDX與CDX

什么是CDX腫瘤模型

CDX（人源腫瘤細(xì)胞系異種移植，cell derived ?xenograft）模型主要是將腫瘤細(xì)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(xì)胞系是經(jīng)過(guò)人工純化以及多代培養(yǎng)的細(xì)胞系,所以其構(gòu)建的CDX模型是無(wú)法保持腫瘤組織的異質(zhì)性的。同時(shí)由于其經(jīng)過(guò)了多次的傳代(幾十次傳代)，所以生物學(xué)特征變化明顯，從而使得其生物學(xué)特性以及藥效評(píng)價(jià)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(lái)源移植瘤模型 ，patientl derived ?xenograft）模型是將腫瘤組織以組織的形勢(shì)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(shí)PDX模型是將腫瘤組織直接移植到NSG小鼠體內(nèi)，并沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何人工培養(yǎng)，所以其生物學(xué)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(dòng)物模型。

早在20世紀(jì)90年代早期，美國(guó)國(guó)立癌癥研究所（National Cancer Institute, NCI)就 依據(jù)來(lái)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(xì)胞系，引入了一種”disease-oriented”的藥物篩選策略，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是先用人腫瘤細(xì)胞系進(jìn)行高通量體外藥物篩選，再用CDX模型進(jìn)行體內(nèi)驗(yàn)證，由于CDX模型細(xì)胞系容易獲得，有大量已發(fā)表的文獻(xiàn)關(guān)于其基因組學(xué)、細(xì)胞功能學(xué)及藥效反應(yīng)的數(shù)據(jù)可供參考，建模成本低等優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)時(shí)可以說(shuō)是風(fēng)靡各大實(shí)驗(yàn)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(xì)胞系“退休！

為什么會(huì)發(fā)生這種轉(zhuǎn)變？！

原來(lái)，研究者逐漸發(fā)現(xiàn)人源腫瘤細(xì)胞系經(jīng)長(zhǎng)期體外培養(yǎng)后， 其腫瘤細(xì)胞生物學(xué)行為及基因譜表達(dá)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(yù)測(cè)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(yàn)中驗(yàn)證有效。

不過(guò)，長(zhǎng)江后浪推前浪，退休了CDX，就會(huì)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(lán)，目前該模型被研究者普遍認(rèn)可的優(yōu)勢(shì)主要包括：

1、移植所用標(biāo)本直接來(lái)源于人體腫瘤組織，未經(jīng)過(guò)體外培養(yǎng)，穩(wěn)定地保留了腫瘤的遺傳特性、組織學(xué)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(guò)不同形態(tài)學(xué)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(xì)胞，黏液分泌細(xì)胞和細(xì)胞壞死區(qū)域等，同時(shí)，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(biāo)記物，其試驗(yàn)結(jié)果具有較好的臨床預(yù)見(jiàn)性

以胃癌PDX為例，圖A表示對(duì) 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(guò)腫瘤生長(zhǎng)曲線，IHC, FISH對(duì)比，最終得出:對(duì) cetuximab敏感的小鼠模型，其EGFR表達(dá)普遍上調(diào)。

除此外，另有PDX在移植過(guò)程中較好地保留了腫瘤間質(zhì)和干細(xì)胞成分，使得腫瘤的生長(zhǎng)微環(huán)境更接近實(shí)際情況，還可為腫瘤樣本的保存和傳代提供大量標(biāo)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(cè)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(jì)上的浪費(fèi)，具體流程參照下圖。

當(dāng)然了，雖然PDX優(yōu)勢(shì)頗多，但局限性也不容忽視。

目前PDX模型原始腫瘤的主要來(lái)源為手術(shù)切除，建模難度高且不能反復(fù)獲取，構(gòu)建時(shí)間長(zhǎng)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(huì)逐漸被小鼠細(xì)胞外基質(zhì)取代，因此對(duì)于傳代次數(shù)有一定限制。值得一提的是，負(fù)荷腫瘤的小鼠均為免疫缺陷的小鼠，因而該模型也無(wú)法用于篩選免疫相關(guān)藥物。

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

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