类器官在胰腺癌研究中的应用和展望

胰腺癌病理分型众多并且恶性程度极高，其五年的死亡率高达97%-98%[1]。胰腺癌早期难以发现，患者出现临床症状时多已处于疾病晚期，其平均生存时间在2-3个月，预后极不理想[2]。截止目前，仍然缺乏有效的方法和手段来治疗胰腺癌[3]。

与此同时，对于胰腺癌的研究多建立在传统的二维代谢模型或基因工程小鼠等传统模型中[4]。这些传统模型的科学研究，能够在一定程度上研究胰腺疾病的病理生理发生发展的过程，但是存在培育时间长、不能准确反映胰腺癌以及胰腺癌微环境特点的缺陷。胰腺癌类器官研究技术作为一种新颖的并且较为稳定的体外肿瘤模型，已应用在胰腺癌的科学研究之中，可用于探究胰腺癌的生物学特性、探索更具特异性的抗胰腺癌药物以及制定更个体化的治疗方案。

胰腺癌的传统研究
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传统的二维代谢模型比如建立在胰腺癌患者来源的异种移植模型（PDXs）需要充足的移植器官或组织标本，并且需要耗费数月的时间才能较为稳定地建立应用在基础科学研究当中[5]。其他研究模型如：基因工程小鼠（GEMMs）作为一种用于基础生物学研究和临床研究的常用模型，能够较为精确的模拟人类原发性胰腺癌的病理生理特性[6]。

但其也存在着以下不足：一方面，GEMMs属于动物实验的一类，其育种繁殖周期长，难以避免在遗传变异[6]。另一方面，在胰腺癌细胞层面的研究，通常需要在二维培养条件下生长增殖然后分离培养获得，但是胰腺癌患者和胰腺癌GEMMs的肿瘤区域中都显示出大量的基质成分，大量基质成分的使得胰腺癌细胞更加难以分离，导致研究难度加大[7]。

类器官技术的理论基础
以及在人类肿瘤研究中的应用
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2014年，Lancaster和Knoblich[8]首次系统提出了类器官的概念。根据类器官模型的来源可以分为3类：胚胎干细胞和多能干细胞等衍生的多能干细胞类器官；组织来源干细胞衍生的类器官；肿瘤等病变干细胞衍生的类器官。

如今，类器官技术已经较为成熟的应用在多种疾病的研究当中[9]。例如：建立稳定的乳腺癌类器官以更准确地获得和捕捉乳腺癌的亚型，用于药物初筛增强了其有效性[10]；来源于正常组织和结直肠肿瘤组织的类器官，更加适用于针对结直肠肿瘤药物的高通量筛选，为结直肠癌患者提供更个性化的治疗等[11]。

类器官技术在胰腺癌中的研究现状
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胰腺癌类器官作为一类新颖的三维培养模型，正应用于探索胰腺癌的基因驱动、治疗靶点和筛选抗肿瘤药物以及制定胰腺癌个性化治疗方案等研究当中。胰腺癌类器官可以由原位肿瘤、活体组织和低温贮存的活性样本快速培育而来，并且具有原发胰腺癌的大部分特征。可用于研究胰腺癌病理发生发展的整个阶段。

1．胰腺癌类器官应用在胰腺癌基础研究当中。2013年，Huch等[12]利用成年小鼠胰腺导管细胞得到了胰腺类器官。在此之前，有研究表明，胰腺导管细胞癌可能有多种细胞来源[13]。其中认为胰腺腺泡细胞是胰腺导管细胞癌发生过程中起主导作用的细胞[14]，胰腺导管细胞的转化也被证明是一种能够引起胰腺导管细胞癌的方式[15]。与此同时，研究者构建表达KrasG12D的胰腺癌类器官形成了mPanIN样的结构，这表明胰腺导管细胞也能够形成mPanINs样的结构[16]，此发现对研究胰腺癌的疾病发生发展过程提供重要的理论依据。

胰腺癌类器官可用于探索胰腺癌病变初期的基因变化以及其他病理生理变化。在诸多肿瘤发生的初期，存在着种类繁多的基因突变类型，其中最常见的基因突变形式为：鼠类肉毒病毒癌基因（KRAS）和肿瘤蛋白P53（TP53）基因的突变。鉴于这些研究，研究者建立了三维培养条件，诱导人类多能干细胞分化形成了具有外分泌能力的类器官[17]。研究结果显示此类器官在体内外都形成了导管和腺泡结构，并在发现类器官转导KRASG12V和TP53R175H之后，TP53R175H类器官细胞质中还检测到性别决定区相关高迁移率族框蛋白9（SOX9）的表达，而KRASG12V类器官中没有检测到SOX9表达。据报道，SOX9广泛存在于细胞质之中，是与胰腺癌患者的生存率息息相关的重要基因[17]。

胰腺癌类器官可以直接来源于胰腺癌患者的病变组织，并能保留原发胰腺癌的表型异质性的特点。据报道，研究者用新鲜离体的胰腺癌组织样本成功地培育出胰腺癌类器官，这证实了可以直接从胰腺癌病变组织培育出胰腺癌类器官。这些来源于胰腺癌患者离体病变组织培育出的胰腺癌类器官，在培育16 d之后，通过观察和分析它们的组织结构和分化得出结果：胰腺癌类器官的标志物KRT19、锌指转录因子（GATA6）、SOX9基因表达量相似，细胞学和形态学特征也与原发胰腺肿瘤相似。同时研究结果显示，离体培养的胰腺癌类器官都有效地建立了连续培养体系，并在实验期间保持了基本一致的生长速度[17]。

胰腺癌类器官具有形成异种移植瘤的能力，胰腺导管类器官可被诱导形成具有侵袭性的胰腺肿瘤类器官。研究者将胰腺癌类器官培养液皮下注射到NSG小鼠中，发现所有注射胰腺癌类器官培养液的NSG小鼠，均在4-7周内出现异种移植瘤生长，而且这些肿瘤都保留了原始胰腺癌肿瘤中存在的组织结构，并可用于重建类器官培养模型[18]。2015年，Boj等[18]发现小鼠胰腺导管类器官能够表达癌基因KRAS，这表明胰腺导管类器官可被诱导形成具有侵袭性的肿瘤。

2．类器官技术可应用在胰腺癌抗肿瘤药物筛选和胰腺癌个性化治疗当中。虽然对于胰腺癌的治疗拥有多种化学药物治疗方案，但胰腺癌患者预后并不理想，5年生存率仅为6%[19]。对此，研究者在表观遗传、遗传变异的层面和大规模的基因组学研究中都证实了胰腺癌可作为一种个性化药物筛选平台。其中有研究者用胰腺癌患者离体病变组织来源的类器官，通过对比分析对氧含量变化的反应、表观遗传标记改变和抑制组蛋白甲基转移酶果蝇zeste基因增强子同源物2（EZH2）敏感性的差异来检测患者对新型治疗药物的特异性和敏感性，得出不同患者来源的胰腺癌类器官对EZH2抑制敏感性不同的结论[20]。这些研究表明其可用于高通量药物筛选，在此基础上制定更加准确的治疗方案，筛选更为敏感的抗肿瘤药物。

胰腺癌类器官可以针对有限的批准药物对它进行测试与实验，直接应用于检测胰腺肿瘤对药物的敏感性[11]。一方面，建立一种胰腺癌患者组织来源的类器官模型，从开始培育到建立成熟的类器官模型，通常耗时为21-45 d[17]，明显快于建立稳定的胰腺癌细胞系；另一方面，胰腺癌类器官能够减少培养引起的基因突变，能够在衍生培育的几周内建立较为稳定的胰腺癌类器官模型。胰腺癌类器官能够维持原发病变的分化状态、组织结构、表型异质性以及保留其所特有的生理变化特性，将为胰腺癌的个性化治疗提供参考[11]。

展望
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随着类器官技术研究的深入和发展，类器官技术一定程度上填补了癌症遗传学等方面的空白，同时也为胰腺癌类器官的发展提供了理论指导。胰腺癌类器官作为类器官技术中的一类，它可来源于胰腺癌组织或者来源于病变干细胞衍生等[21]。

其特点为：具有维持原发胰腺肿瘤的分化状态、组织结构和表型异质性的特征；保留原发胰腺癌所特有的生理变化性质；培育时间明显短于诱导基因突变与建立胰腺癌细胞系或GEMMs等。因此，它为研究胰腺癌生物学特性、探索更具疗效性的抗胰腺肿瘤药物以及制定肿瘤的个性化治疗方案开拓了新的研究方向。

由于类器官技术在胰腺癌中的应用正处于探索阶段，尚存在不足。比如胰腺癌类器官培养技术要求高，不同来源的胰腺癌类器官需要不同的培养条件和培养环境，以及胰腺癌类器官虽然具有特定的组织形态，已不是传统的二维模型，但是仍然缺少在人类机体中免疫系统的研究等问题。相信随着对胰腺癌类器官技术应用研究的深入以及培养构建技术的完善，将对癌的精准医疗起积极作用[22]。

参考文献
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