周利群教授團隊首次建立上尿路尿路上皮癌類器官培養體系并應用于抗腫瘤藥物篩選

2021年12月17日，北京大學第一醫院泌尿外科聯合深圳市第二人民醫院在Advanced Science期刊在線發表了標題為《Patient-derived Upper Tract Urothelial Carcinoma Organoids as a Platform for Drug Screening》的研究成果。該研究首次建立了臨床腫瘤組織來源的上尿路尿路上皮癌（UTUC）類器官培養體系，極大提高了腫瘤類器官建成的成功率。聯合Single-cell RNA-seq技術，該研究證明UTUC類器官可作為新型的腫瘤研究模型，針對耐藥細胞開發新型腫瘤治療策略。北京大學第一醫院泌尿外科周利群教授、李學松教授以及深圳市第二人民醫院黃衛人研究員為本文共同通訊作者，李志超博士、徐海波博士、鞏艷青博士、陳巍博士以及詹永豪博士為本文共同第一作者。

上尿路尿路上皮癌（Upper Tract Urothelial Carcinoma，UTUC）是發生于腎盂和輸尿管的尿路上皮癌。中國UTUC患者在全部尿路上皮癌患者中占比為15%-20%，遠高于歐美患者。與下尿路（如膀胱）尿路上皮癌相比，UTUC預后更差、復發轉移率更高。對于進展期UTUC患者，根治術后輔助化療是其標準治療手段，然而腫瘤異質性的存在使不同患者對化療藥物的敏感程度不同。個體化精準治療是改善腫瘤患者預后的理想治療手段，但針對UTUC的個體化精準醫療缺乏合適的臨床前藥物效果評價模型。

類器官作為一種革命性疾病模型，在干細胞與發育、再生醫學、疾病研究、藥物開發和精準醫療等多個領域都有廣泛的應用前景。2021年“十四五”計劃將類器官列為首批重點專項。其中，腫瘤類器官是主要的應用分支，通過患者腫瘤細胞體外培養出的，與患者腫瘤高度一致的“微腫瘤”，從病理、細胞到基因，重現腫瘤發生、發展和治療反應，是理想的“患者替身”。目前，常見類型腫瘤的類器官培養體系已經建立，然而針對UTUC的類器官培養體系尚無報道。課題合作團隊基于根治性腎輸尿管切除術切除的組織樣本，對維持類器官生長所通用的生長因子及信號通路調節劑進行了篩選測試；結果表明，R-spondin1、Noggin、SB202190、EGF等常用的類器官培養基添加劑對UTUC類器官是非必需的，且EGF會顯著降低UTUC類器官培養的成功率，而EGF對于UTUC癌旁正常組織來源的類器官培養是必需的。課題合作團隊進一步優化了培養體系，在提升UTUC腫瘤類器官培養效率的同時，解決了癌旁正常組織來源的類器官的污染問題。利用該體系建立的UTUC類器官能夠保持其原始腫瘤組織的病理形態結構、基因突變特征及基因表達譜特征。

▲基于上尿路尿路上皮癌類器官探究潛在治療策略

在成功建立了UTUC類器官模型后，課題合作團隊利用模型驗證了抗腫瘤藥物的有效性，以期篩選出治療效果更優的藥物，從而指導臨床治療。研究結果表明，不同UTUC患者來源的腫瘤類器官對于抗腫瘤藥物的敏感性存在巨大差異，且藥物篩選結果具有穩定性及可重復性，例如FGFR3是UTUC中常見的突變基因，基于UTUC類器官的藥物篩選結果表明，含有FGFR3激活突變的腫瘤類器官對Trametinib的敏感性顯著高于FGFR3野生型的腫瘤類器官。此外，基于UTUC類器官的抗腫瘤藥物處理及scRNA-seq結果表明，UTUC類器官經過吉西他濱處理后產生耐藥性，而c-Met在吉西他濱處理后的耐藥細胞中表達上升，吉西他濱聯合c-Met抑制劑卡博替尼可以有效逆轉吉西他濱耐藥，從而殺傷腫瘤細胞。

綜上所述，UTUC類器官培養體系的建立不僅能夠作為“腫瘤替身”進行臨床前抗腫瘤藥物的療效預測，為UTUC的個體化精準醫療提供理論依據，還可以聯合使用單細胞測序技術，研究UTUC耐藥的分子機制及開發新型的治療策略，有望為提出有效的UTUC治療策略提供理論和實驗依據。

（北京大學第一醫院）