PDX模型在儿童肿瘤的临床应用

PDX模型在儿童肿瘤的临床应用

陈峰

江西省儿童医院  江西  南昌  330000

摘要：人源肿瘤异种移植（patient-derived tumor xenograft, PDX）模型是通过手术方式获取患者来源的新鲜肿瘤组织，然后移植到动物体内从而构建一个移植瘤模型。该模型保留原始肿瘤的生物学特性和肿瘤微环境，避免重复传代对肿瘤异质性的影响，并且能反映患者的遗传多样性。PDX模型可用于追踪治疗前后肿瘤基因组、信号通路以及代谢变化，为儿童肿瘤包括颅外实体肿瘤、血液肿瘤、中枢神经系统肿瘤的治疗研究带来希望。该文就PDX模型在儿童肿瘤中的临床应用进展予以综述。

关键词：人源肿瘤异种移植模型；儿童；肿瘤；临床前模型

一、 新型PDX模型的分类

新型PDX模型分为三类：人源化异种移植（Humanized patient-Derived Xenograft Hu-PDX）模型、原位异种移植（Patient-Derived Orthotropic Xenograft PDOX）模型、微型异种移植（Mini Patient Derived Xenograft Mini-PDX）模型。

1.1 Hu-PDX模型：先将NOG或NSG小鼠重建成与健康者或患者一致的免疫状态，然后原位移植人肿瘤组织块到免疫系统人源化的小鼠体内中。优点：该模型更接近人体生长环境，并在肿瘤治疗和肿瘤发生、发展和转移，特别是在肿瘤免疫治疗方面具有重要的应用价值。缺点：建模成功率低、人源化免疫系统维持时间短、免疫功能不全等。根据免疫细胞来源Hu-PDX模型可以分为三类：1.使用外周血单个核细胞（peripheral blood lymphocytes,Hu-PBL）构建的Hu-PDX模型；2、使用人CD34+细胞构建的Hu-PDX模型；3、使用骨髓-肝-胸腺（bone marrow-liver-thymus BLT）构建的Hu-PDX模型[18：Hu-PBL-PDX模型是将Hu-PBL通过静脉注射（intravenous iv）或腹腔内注射（intraperitoneal ip）到成年小鼠体内。Hu-CD34+-PDX模型中的人CD34+造血干细胞（hematopoietic stem cells HSCs）可以来源于脐带血、骨髓、胎肝或者外周血HSCs，通过iv, ip或者股内（intra-femoral if）方式将人CD34+HSCs注入辐照过的新生小鼠或者免疫缺陷的成年小鼠体内。如果小鼠外周血中有超过25%的人CD45+细胞，那么被认为人类免疫系统植入成功[1]。BLT-Hu-PDX模型中，首先将人类胎儿的胸腺核肝脏碎片组织移植到小鼠的肾囊，然后将肝脏分离出的自体CD34+细胞注射到小鼠体内。

1.2 PDOX模型：是在PDX的基础上，将肿瘤组织原位移植到与原发部位相对应的动物器官中。PDOX模型的建立可分为皮下移植后原为传代和组织块直接移植两种方法。优点：1.PDOX模型比PDX模型更能表现出恶性肿瘤的侵袭和转移的生物学特征；2.可以准确的预测肿瘤的预后并为患者选择最合适的个体化治疗；缺点：由于PDOX模型中大多数肿瘤位于体内，使用传统检测方法很难观察肿瘤的生长和发现肿瘤转移灶的位置。

1.3 Mini-PDX模型：是指通过特殊方法将肿瘤组织移植到免疫缺陷小鼠体内后建立的药敏试验模型。这种特殊方法是首先注射消化了的患者肿瘤组织的细胞悬液到微胶囊，然后移植胶囊到小鼠的脂肪垫中，然后以系统给药的方式（口服灌药、静脉注射、腹腔注射等）连续数次给药后，取出MiniPDX装置进行体外细胞活性检测。该模型用于药满试验时间短、成本低和与传统PDX模型结果高度一致性[2]。Mini-PDX模型有望成为实现肿瘤患者个性化治疗的工具。

二、PDX模型在儿童肿瘤的临床应用进展

   儿童常见的肿瘤包括颅外实体肿瘤、血液肿瘤、中枢神经系统肿瘤，由于儿童肿瘤在遗传及生物特性上有别于成人，并且目前没有专属于儿童的治疗方案，以下综合近几年PDX模型在儿童肿瘤中应用[3]。

2.1 PDX模型在儿童颅外实体肿瘤中的应用：

神经母细胞瘤是儿童最常见的颅外实体瘤。大部分患儿为高危组，其中仅有一半患儿可以通过常规化疗、手术和放疗治疗后得到缓解；虽然研究表明白介素IL-12、粒细胞-巨细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor GM-CSF）、抗双唾酸神经节苷脂（anti-disialoganglioside GD2）抗体结合顺式维甲酸的免疫治疗可以显著延长另一半患儿的无事件生存期，然而其中仍有1/3的接受免疫治疗的患儿治疗失败或无法耐受IL-2相关的副作用。为了探索儿童神经母细胞瘤免疫治疗的替代因子，该实验研究发现IL-15在原位神经母细胞瘤PDX模型中增强抗CD2抗体的细胞毒性，为IL-15用于儿童神经母细胞瘤免疫治疗的临床试验奠定基础。该试验中构建的PDX模型为PDOX模型，使用的小鼠为5-6周龄的CD-Foxn1

nu小鼠（属于Nude小鼠，并且NK细胞功能低下），将患儿来源的神经母细胞瘤的单细胞悬液通过肾上腺旁注射，在植入4-6周后肿瘤原文生长。

    恶性横纹肌肉样瘤（malignant rhabdoid tumors MRTs）是发生婴儿和幼儿中的侵袭性儿童肿瘤,它们可以出现在大脑（非典型畸胎瘤横纹肌样瘤 atypical teratoid rhabdoid tumor ATRT）以及颅外（肾脏和软组织），它们统称为MRT。MRTs的治疗包括手术干预、放疗和大剂量化疗,但是MRTs的总生存率仅为25%,并且幸存者还遭受着目前治疗方案的副作用。Camila Calandrini等在MRT PDX小鼠模型中证明了MLN4924的抗肿瘤效果，为寻找选择性靶向肿瘤药物带来希望。

2.2 PDX模型在儿童血液肿瘤中的应用：

   T细胞急性淋巴细胞白血病(T-ALL) 是一种侵袭性血液系统恶性肿瘤,虽然目前的治疗方案使得T-ALL的总存活率达到 70%，但T-ALL易发生复发，并且儿童占T-ALL复发中的20-25%。Hixon J A等构建了T-ALL PDX模型，并且在该模型中使用IL-7单克隆抗体靶向T-ALL细胞上的IL-7受体，结果发现IL-7单克隆抗体对复发T-ALL治疗有效。MLL-重排型B-急性淋巴细胞白血病（MLL-rearranged B-ALL MLLr-B-ALL）预后不良，常规治疗效果不佳和易早期复发。最新研究发现神经元-胶质抗原-2（neuron-glial antigen-2 NG2）参与MLLr-B-ALL中的白血病侵袭和中枢神经系统浸润，并且与较低的无事件生存期（event-free survival EFS）相关。Lopez-Millan B等构建PDX模型后，使用NG2特异性单克隆抗体阻断体内NG2,导致MLLr-B-ALL原始细胞从骨髓动员到外周血，实现更高的完全缓解率。

2.3 PDX模型在儿童中枢神经系统肿瘤中的应用：

   中枢神经系统肿瘤是小儿最常见的实体瘤，主要表现为局部侵犯和复发，还可出现中枢神经系统内转移。Rusert J M等构建了一组髓母细胞瘤（Medulloblastoma MB）PDX模型，并对其进行DNA测序、基因表达谱和高通量药物筛选。DNA测序分析揭示大多数MB对目前的治疗并没有检测到有指导意义的基因突变。相比之下，基因表达谱和高通量药物筛选提供了对治疗有潜在价值的信息，例如：药物筛选发现用于治疗肉瘤的放线菌素D3对G3型MB的PDX模型有抗肿瘤作用。Pierce A M等[41]将来自两名染色体1q长臂延长（gain of chromosome 1q 1q+）后颅窝A组（posterior fossa group PFA）室管膜瘤患者的肿瘤分解液注射到NSG小鼠的侧腹中，从而成功建立了1q+后PFA PDX模型。并利用该模型研究发现氟尿嘧啶可缩小PFA室管膜瘤的肿瘤大小，但并没有延长生存期。

三、小结与展望：

  综上所述，PDX模型已经成为儿童肿瘤研究的有利工具，用于筛选药敏药物，并根据患儿对某种特定治疗的反应和预后的不同，将患儿分为不同亚群，开展个体化治疗。Hu-PDX、PDOX、MiniPDX等新技术的产生，也在不断地弥补传统PDX的局限性，扩展其在个体化治疗等方面的应用。我们相信通过与外泌体、基因编辑等技术相结合，构建多样化的肿瘤模型，PDX模型将成为儿童肿瘤研究的最佳平台。

参考文献：

1.Morton CL, Houghton PJ. Establishment of human tumor xenografts in immunodeficient mice. Nat Protoc. 2007;2(2):247–250. doi:10.1038/nprot.2007.25

2.Wang Y, Sudilovsky D, Zhang B, et al. A human prostatic epithelial model of hormonal carcinogenesis. Cancer Res. 2001;61(16):6064–6072.

3. 张华青, 何远桥, 李菲. 血液肿瘤PDX模型的构建及应用进展[J]. 重庆医科大学学报, 2019, 46(4):6.