作者：邵思源
编辑：王亚静
乳腺癌是女性肿瘤中发病率最高的一类恶性肿瘤。根据中国抗癌协会公布的统计数字，我国主要城市近十年乳腺癌的发病率增长高达37%，是增长速度最快的癌症之一。《中国肿瘤登记年报》显示，我国女性乳腺癌每年新增病例约21万，是全球平均增速的两倍。尽管早期乳腺癌患者会使用手术、化疗、放疗等治疗手段，但仍然有30%-40%的乳腺癌患者会发生转移，而不同乳腺癌病人发生转移的时间差别巨大。
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乳腺癌由几种不同分子亚型构成，各种亚型之间在基因组变异方面有着明显的差别，是一种高度异质性的疾病，表现为肿瘤内和肿瘤间的异质性。虽然乳腺肿瘤常被分为三种亚型，但根据雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）以及人表皮生长因子受体2（HER2）的表达情况，世界卫生组织根据遗传学、病理学和临床上的差异将乳腺肿瘤分为了20多种不同亚型[1]。癌症基因组图谱（TCGA）的测序结果显示，乳腺癌几乎没有一致突变的驱动基因，在93个乳腺癌基因中发现了1600多个可能的驱动突变[2]，这些突变导致了我们所观察到的临床异质性。
乳腺癌异质性的特征对新疗法的设计至关重要，其面临的挑战主要表现在以下几个方面：首先是肿瘤的时空异质性，这一特性导致同一患者的不同病灶区域具有不同的分子特征，并在肿瘤进展过程中不断变化。在肿瘤进展过程中，在原发或继发部位可能发生克隆进化。其次，肿瘤微环境包括免疫浸润会影响肿瘤细胞的行为和分子特征，从而改变肿瘤的进展和转移潜能。第三，肿瘤的分子特征也可能在特定癌症治疗的选择压力下发生变化[1]。例如对于诊断为ER阳性的乳腺癌患者，在经过内分泌治疗后会出现ER阴性的肿瘤转移情况[3]。
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尽管人们对乳腺癌复杂性的认识在不断加深，但目前的治疗方法主要是基于乳腺癌的临床病理特征，标准治疗方法并不能适用于每个患者，因此从合理的靶向治疗到实现个体化治疗成为了科研人员的研究目标。然而，仅仅了解肿瘤的分子特征只能指导治疗，没有功能验证就不能预测临床结果，因此需要一种乳腺癌模型能够在功能上对乳腺癌的分子病理分析进行补充。
目前肿瘤新药研究的主要工具是体外培养的肿瘤细胞系和在啮齿类动物（主要是小鼠）上建立的人源肿瘤异体移植物模型（PDX）。细胞系是在次优环境下衍生的，由于二维培养的细胞系中肿瘤异质性和肿瘤微环境的缺失，因此其对药物的反应与体内存在差异。最近的研究表明，乳腺癌细胞系的遗传和转录进化可显着改变药物应答[4]。例如，在广泛使用的MCF-7细胞系中，二维培养导致不同实验室间的细胞系的生长速度、激素受体状态、核型和克隆会存在差异。因此，与体内模型相比，使用细胞系来进行乳腺癌研究没有明显的优势。同时越来越多的证据表明，小鼠与人在疾病过程中的变化及其对药物的反应也存在一定的差异。小鼠模型通常只能模拟人类疾病的一个阶段，不能完整地从病因、时间和进展速度等方面再现人肿瘤发生发展的全过程，因此以小鼠为模型的肿瘤治疗研究并不能很好地预测其临床应用的有效性。更重要的是，实验小鼠基因背景、生长环境、致病因素和用药处理均非常单一，自然无法完全模拟临床上多种多样肿瘤病人的复杂情况。
不同乳腺癌模型成功率比较
（图片来源[5]：Fleur Weebe, et.al., Cell Chemical Biology, ）
近年来类器官（Organoid）技术的发展为建立和分析病人样本提供了新的机会。患者来源的类器官能复制原始肿瘤的重要特性，使恶性细胞在类似于乳腺肿瘤三维生长的条件下得以繁殖，并且能够保持原始肿瘤的异质性。因此，类器官正在成为研究乳腺癌分子特征的新模型，可以用于大规模药物筛查，以发现与药物敏感性有关的遗传变化，在乳腺肿瘤精准医学研究中具有重要意义。
患者来源的肿瘤类器官及其应用
（图片来源[5]：Fleur Weeber, et.al.,Cell Chemical Biology,）
目前乳腺类器官技术经过不断发展已逐步建立起来。20世纪80年代，Mina Bissell和她的团队在研究乳腺癌的过程中率先建立了三维(3D)培养技术，并阐明了细胞外基质对基因表达的影响[6]。，Bissell小组介绍了乳腺的正常细胞和肿瘤细胞三维培养的两种方法[7]。，中国首家专注于3D类器官培养技术的公司-上海易对医生物医药科技有限公司成立，目前已与多家医疗机构合作成功建立了不同组织来源的肿瘤类器官，同时体液来源的肿瘤细胞的高效培养方法及循环肿瘤细胞的分离培养方法也已成功建立并分别提交了专利申请。目前乳腺癌类器官的生物样本库也正在建立中。，Hans Clever团队成功建立100多例乳腺癌原发瘤或者转移瘤类器官，并且对模型进行了组织病理学、基因表达、基因测序等分析，同时还对乳腺癌类器官的药敏活性进行深入研究。结果表明，乳腺癌类器官始终保持着原始组织的组织学、基因组和转录组特征。而这些样本中，75%ER/PR阳性的乳腺癌形成的类器官呈ER/PR阳性，90%ER/PR阴性的乳腺癌形成的类器官呈ER/PR阴性，80%HER2阳性的乳腺癌形成的类器官呈HER2阳性，90%HER2阴性的乳腺癌形成的类器官呈HER2阴性[8]，说明在大多数样本中，这些类器官都能与原始肿瘤组织状态高度一致。
不同形态的乳腺癌类器官
（图片来源[8]：Norman Sachs, et.al., Cell, ）
乳腺癌组织与类器官的组织学、免疫组化结果比较
（图片来源[8]：Norman Sachs, et.al., Cell, ）
乳腺癌类器官的主要用途之一是药物检测。利用乳腺癌类器官进行体外药敏实验并用以指导临床用药，是类器官重要的临床应用前景。Hans Clever团队的研究发现，大部分高表达HER2的乳腺癌类器官对靶向HER2信号通路的治疗敏感，而HER2阴性的类器官则不敏感；当乳腺癌类器官存在BRCA1/2通路突变时，类器官对PARP抑制剂敏感。把乳腺癌类器官移植到小鼠体内的结果表明，在小鼠体内试验的药敏结果与体外类器官结果一致。同时研究人员还发现临床上患者对Tamoxifen的反应情况与体外类器官结果也是一致的。除了药敏检测以外，乳腺类器官也被用来进行与肿瘤发生和转移相关的信号通路研究；同时，乳腺类器官还可以与CRISPR/Cas9系统结合，用于验证或发现肿瘤发生过程中的重要基因。
乳腺癌类器官的成功建立为人们更好地探究乳腺癌发生发展的机制提供了一种非常有前景的新模型，希望未来通过结合基因组分析和药物筛选的类器官研究能够为乳腺癌患者带来福音！
参考文献：
1.Roelofs C, et al. Breast tumour organoids: promising models for the genomic and functional characterisation of breast cancer. Biochem Soc Trans. Jan 9.
2.Nik-Zainal, S.,et al. Land scape of somatic mutations in 560 breast cancer whole-genome sequences.Nature. Jun 2;534(7605):47-54.
3.Dagogo-Jack, I. and Shaw, A.T. Tumour heterogeneity and resistance to cancer therapies.Nat Rev Clin Oncol. Feb;15(2):81-94.
4.Ben-David, et al. Genetic and transcriptional evolution alters cancer cell line drug response. Nature. Aug;560(7718):325-330.
5.Weeber F, et al. Tumor Organoids as a Pre-clinical Cancer Model for Drug Discovery. Cell Chem Biol. Sep 21;24(9):1092-1100.
6.Bissell, M.J.,et al. How does the extracellular matrix direct gene expression. J Theor Biol.1982 Nov 7;99(1):31-68.
7.Lee, G.Y., et al.Three-dimensional culture models of normal and malignant breast epithelial cells. Nat Methods. Apr;4(4):359-65.
8.Sachs N, et al. A Living Biobank of Breast Cancer Organoids Captures Disease Heterogeneity. Cell. Jan 11;172(1-2):373-386.
来源：上海易对医生物医药科技有限公司 -03-05
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