周利群教授团队首次建立上尿路尿路上皮癌类器官培养体系并应用于抗肿瘤药物筛选

2021年12月17日，北京大学第一医院泌尿外科联合深圳市第二人民医院在Advanced Science期刊在线发表了标题为《Patient-derived Upper Tract Urothelial Carcinoma Organoids as a Platform for Drug Screening》的研究成果。该研究首次建立了临床肿瘤组织来源的上尿路尿路上皮癌（UTUC）类器官培养体系，极大提高了肿瘤类器官建成的成功率。联合Single-cell RNA-seq技术，该研究证明UTUC类器官可作为新型的肿瘤研究模型，针对耐药细胞开发新型肿瘤治疗策略。北京大学第一医院泌尿外科周利群教授、李学松教授以及深圳市第二人民医院黄卫人研究员为本文共同通讯作者，李志超博士、徐海波博士、巩艳青博士、陈巍博士以及詹永豪博士为本文共同第一作者。

上尿路尿路上皮癌（Upper Tract Urothelial Carcinoma，UTUC）是发生于肾盂和输尿管的尿路上皮癌。中国UTUC患者在全部尿路上皮癌患者中占比为15%-20%，远高于欧美患者。与下尿路（如膀胱）尿路上皮癌相比，UTUC预后更差、复发转移率更高。对于进展期UTUC患者，根治术后辅助化疗是其标准治疗手段，然而肿瘤异质性的存在使不同患者对化疗药物的敏感程度不同。个体化精准治疗是改善肿瘤患者预后的理想治疗手段，但针对UTUC的个体化精准医疗缺乏合适的临床前药物效果评价模型。

类器官作为一种革命性疾病模型，在干细胞与发育、再生医学、疾病研究、药物开发和精准医疗等多个领域都有广泛的应用前景。2021年“十四五”计划将类器官列为首批重点专项。其中，肿瘤类器官是主要的应用分支，通过患者肿瘤细胞体外培养出的，与患者肿瘤高度一致的“微肿瘤”，从病理、细胞到基因，重现肿瘤发生、发展和治疗反应，是理想的“患者替身”。目前，常见类型肿瘤的类器官培养体系已经建立，然而针对UTUC的类器官培养体系尚无报道。课题合作团队基于根治性肾输尿管切除术切除的组织样本，对维持类器官生长所通用的生长因子及信号通路调节剂进行了筛选测试；结果表明，R-spondin1、Noggin、SB202190、EGF等常用的类器官培养基添加剂对UTUC类器官是非必需的，且EGF会显著降低UTUC类器官培养的成功率，而EGF对于UTUC癌旁正常组织来源的类器官培养是必需的。课题合作团队进一步优化了培养体系，在提升UTUC肿瘤类器官培养效率的同时，解决了癌旁正常组织来源的类器官的污染问题。利用该体系建立的UTUC类器官能够保持其原始肿瘤组织的病理形态结构、基因突变特征及基因表达谱特征。

▲基于上尿路尿路上皮癌类器官探究潜在治疗策略

在成功建立了UTUC类器官模型后，课题合作团队利用模型验证了抗肿瘤药物的有效性，以期筛选出治疗效果更优的药物，从而指导临床治疗。研究结果表明，不同UTUC患者来源的肿瘤类器官对于抗肿瘤药物的敏感性存在巨大差异，且药物筛选结果具有稳定性及可重复性，例如FGFR3是UTUC中常见的突变基因，基于UTUC类器官的药物筛选结果表明，含有FGFR3激活突变的肿瘤类器官对Trametinib的敏感性显著高于FGFR3野生型的肿瘤类器官。此外，基于UTUC类器官的抗肿瘤药物处理及scRNA-seq结果表明，UTUC类器官经过吉西他滨处理后产生耐药性，而c-Met在吉西他滨处理后的耐药细胞中表达上升，吉西他滨联合c-Met抑制剂卡博替尼可以有效逆转吉西他滨耐药，从而杀伤肿瘤细胞。

综上所述，UTUC类器官培养体系的建立不仅能够作为“肿瘤替身”进行临床前抗肿瘤药物的疗效预测，为UTUC的个体化精准医疗提供理论依据，还可以联合使用单细胞测序技术，研究UTUC耐药的分子机制及开发新型的治疗策略，有望为提出有效的UTUC治疗策略提供理论和实验依据。

（北京大学第一医院）