摘 要

        类器官模型(Patient-derived organoids，PDOs)是由患者的癌细胞聚集而成的具有3D结构的培养物，具备细胞增殖分化、自我更新、遗传稳定等特点，在结构和功能上能够高度模拟人体器官[1]。肺癌是由基因突变的癌细胞、各种分化细胞和细胞外基质形成的复杂结构。肺癌类器官模型在保留亲本肿瘤基因组变化的基础上，可以模拟肿瘤复杂的细胞结构和生物学行为。因此，肺癌类器官被广泛应用于信号转导、生物标志物的研究以及肺癌药物的筛选和疗效预测等。近年来，肺癌类器官模型已成为肿瘤研究领域重要的临床前模型。本文阐述肺癌类器官在癌症转化研究中的应用，并讨论类器官技术的最新进展和未来展望。

        肺癌的研究近年来一直是肿瘤和生物医药领域的热点和难点。基因检测基础上的精准靶向治疗使肺癌的预后明显改善，但个体差异大、耐药不可避免等因素使得肺癌临床治疗的发展陷入窘境。因此，建立能精准体现肺癌异质性并能准确体现药物反应的临床前肺癌模型成为推动肺癌治疗研究进展的关键。

        传统研究使用的2D培养肺癌细胞系模型[2]易于管理、培养速度快、成本低，因此大量的肺癌研究都使用了细胞系模型。但细胞系长期培养后容易发生优势克隆选择，因为脱离肿瘤微环境、单层细胞缺乏分化等原因，细胞系并不能真实准确地反映肿瘤本身的特点和对药物的反应。这些缺点限制了细胞系在肺癌转化研究中的应用和价值。人源肿瘤组织异种移植模型(Patient-derived xenografts, PDX)最大程度地还原了肿瘤微环境及亲本肿瘤的特性，规避了体外遗传漂移和克隆选择[3]。但移植成功率低、构建周期长、成本高，对药物筛选通量亦有很大局限性。这些因素必然限制了PDX模型的应用。而类器官相较于以上两种模型具有明显优势：成功率较高、构建快速、便于基因修饰和大规模药物筛选等。

        “肺癌类器官”是来源于肺肿瘤组织具有3D结构的培养物，包含不同发展阶段的肺癌细胞、基质细胞等多种细胞类型，肺癌细胞可以得到细胞外基质的支持，这种基质可以更好地模拟体内的复杂性和结构，并以有组织的方式生长，这就更能代表原始肿瘤复杂的特征。当然，不同的干细胞组分、培养基配方、基质胶(Matrigel)[4]等条件会使肺癌类器官模型表现出一定的差异，肺正常上皮细胞的生长及基质细胞的保留也给肺癌类器官的构建带来一些影响，存活的时间也有一定的限制。但抑制肺正常上皮细胞生长及基质细胞的保留都能通过技术方法解决，已有研究报道肺癌类器官模型可以成功培养半年以上;使用气液界面方法培养的肺癌类器官通过保留更多的基质细胞，如肿瘤浸润性免疫细胞，更好地重现了肿瘤微环境。因此，作为一种临床前肺癌模型，肺癌类器官模型不仅保留了亲本肺癌的遗传特征，而且在体外长期培养后依然保留了亲本肿瘤的组织学特点、致瘤特性和突变[5]。类器官模型使得研究者对保留原始肺癌特点的样本能长期重复的使用成为可能，这有助于研究者深入了解肺癌的发生和发展机制。

        基于肺癌类器官高度复制了亲本肿瘤的基因组学和生物学，类器官可能是筛选个性化靶向药物的绝佳模型。类器官可以在短时间内高效开展患者的药敏检测，可用于评估患者对抗癌药物的特异性反应，使个性化的肿瘤用药指导成为可能。类器官是药物筛选和生物标志物检测的潜在明星技术，同时可用于体外预测药物疗效以及新靶向药物研发。应用类器官模型探索HER2突变NSCLC患者的靶向治疗研究结果也显示出良好的适用性[6, 7]。

        除了靶向治疗，肺癌类器官模型也可用于免疫治疗的研究。虽然传统类器官模型的缺点亦缺乏肿瘤微环境，但一些新的类器官培养技术，比如把肺癌类器官与肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)等其它细胞成分共培养的系统可以克服这一弊端[8]。研究表明，当外周血淋巴细胞与自体肺癌类器官共培养时，它可以扩增和富集肿瘤反应性T细胞[9]。通过在添加γ干扰素、白细胞介素2和抗PD1抗体，可以促进肿瘤反应性CD4和CD8 T细胞的扩增和富集。因此肺癌类器官可用于评估这些肿瘤反应性T细胞的免疫反应性[9]。这样的NSCLC类器官模型可被用于预测临床患者对免疫抑制剂的药物反应[10]。

        肺癌类器官作为研究模型存在一些局限性:1.与其他癌症模型不同，NSCLC 类器官模型在培养过程中易被正常气道组织取代[11]，这将极大的影响肺癌类器官的纯度以及后续临床转化。2. 在缺乏外界引导的情况下，作为类器官发育基础的干细胞自组织过程难以控制，发育过程是随机的，导致大多数现有类器官培养物普遍缺乏可重复性[12]，类器官难以实现标准化;3.大多类器官本身并不具备血管化结构，这将限制类器官的生长大小;4.类器官作为药物模型，无法兼顾预判药物对其他器官组织是否存在毒副作用和安全性风险。

        类器官模型是干细胞领域的一项重大突破。在时效性、可筛药物通量、临床相关性等方面明显优于其他研究模型。随着类器官技术的不断发展[13]，可与其他技术有机组合相辅相成，有可能使以类器官为基础的治疗标准化，促进机制研究的完善。已有研究表明3D细胞培养与全基因组CRISPR筛查结合可以更准确地模拟体内肿瘤的生长表型，并建立了在 3D 球体中进行基因组规模 CRISPR 筛选的可行策略[14]。类器官模型可为人类癌症精准医学研究提供更合适的临床前研究平台，为新药开发提供依据。