CTC检测及CTC异种移植CDX模型为小细胞肺癌个体化治疗树立标杆
    2020-06-16

大家提到的小细胞肺癌(SCLC),令不少人闻风丧胆,虽然仅占肺癌患者的15%,但SCLC很难治愈,5年生存率仅为5%-10%。小细胞肺癌确诊时,肿瘤处于局限期的患者约占30%;其余处于广泛期,肿瘤发生了远处转移,而失去手术或根治的机会,其治疗更难、预后更差。近年来,免疫疗法开展得如火如荼,治疗肺癌的PD-1/PD-L1抑制剂相继获批,而对小细胞肺癌患者,特别是预后较差的广泛期、复发性和难治性小细胞肺癌患者来说,免疫治疗、联合治疗已经走进临床实践中。小细胞肺癌通常会从化疗敏感快速发展为化疗耐药,导致临床预后极差,耐药性的出现依然是肿瘤治疗中面临的重大难题。

临床研究发现SCLC的表型异质性与其治疗疗效具有相关性。研究者通过循环肿瘤细胞(circulating tumor cell,CTC)进行单细胞测序,发现小细胞肺癌(SCLC)化疗耐药的主要原因是肿瘤内异质性的增加。这为小细胞肺癌的治疗提供了新的思路和检测手段。

Lauren Averett Byers研究团队首先建立了SCLC患者来源的循环肿瘤细胞异种移植模型(CDX),以反映患者肿瘤的分子特征和临床反应。进一步,他们利用高通量单细胞RNA测序在治疗过程中对化疗敏感和化疗耐药的CDX模型进行了ITH分析。

研究者通过基因集合富集分析评估每个CDX中特定细胞亚群相关的基因表达途径,发现化疗耐药的CDX模型显示出更为复杂的特性,更多的细胞亚群参与抗药相关的途径。研究人员对化疗敏感的CDX模型进行了临床最常用的顺铂化疗或DNA损伤反应抑制剂的扩展治疗并观察复发的情况。通过单细胞测序研究证实未经治疗的肿瘤在分子上是同质的,而复发加剧与ITH升高显著相关。

最近科学家们在《Nature Cancer》上报道了利用小细胞肺癌CTC异种移植模型(Circulating-tumor-cell-derived explant models,CDX模型)的生物库(由31名SCLC患者的38个CDX模型组成的生物库)阐明瘤内和瘤间表型的异质性,为SCLC个性化医学的应用提供了研究资源。化疗可引起肿瘤内异质性增加,从而导致多种耐药机制的发生发展,通过分析分析异质性的关键因子,可指导临床个体化的治疗。

既往的研究显示小细胞肺癌对初始治疗非常有效,大多数患者因耐药复发,这部分的患者在接受进一步全身治疗时的中位生存期仅为4-5个月,复发小细胞肺癌治疗手段十分有限。而小细胞肺癌外周血中CTC的数目一般较多,较容易在体外小鼠模型上构建CDX。Caroline Dive等研究者研究了31位SCLC患者的CTC,其中14位女性,17位男性。他们利用收集到的CTC建立了38个CDX模型的生物库,包括六对配对的基线和疾病进展模型,并在疾病进展中揭示了复杂的肿瘤内和肿瘤间异质性。

Caroline Dive教授研究组利用转录组学分析发现了用神经内分泌转录因子(NETF)可以定义四种分子亚型,包括已报道过的ASCL1,NEUROD1,POU2F3和未被报道过的ATOH1。

进一步,研究小组在构建的多个CDX中也发现ASCL1/NEUROD1的表达水平存在明显的瘤内异质性,但侵袭性神经内分泌(NE)转录谱的这种瘤内异质性是如何影响临床患者化疗或疾病进展期间的变化有待进一步的研究。

研究人员还发现在疾病进展过程中,基因表达的变化和进化,例如MYC和NOTCH基因表达的改变。其中“变异”细胞形态的有增加以及转移的现象,但并没有发现上皮向间质转化的充分证据。

顺铂/依托泊苷(设计用于模拟临床SoC治疗)联合治疗含CDX小鼠的体内研究表明,临床前反应与患者总体生存率之间具有良好的一致性。在配对模型中,复发模型通常比基线模型对治疗更具抵抗力,反映了患者疾病的晚期状态,并支持在没有患者活检的情况下进行临床前建模。世界各地的许多研究中心也在复制这种方法,并与这个生物库一起,形成可用于SCLC研究的临床前模型重要补充。

通过分离外周血,构建CDX植模型,开拓了肿瘤临床研究思路。研究者可利用组织病理学和纵向模型中吻合的基因表达,研究癌症转移机制、化疗耐药的发展以及肿瘤内异质性对治疗反应的影响等重要临床问题提供有效信息。获取大量的CDX模型,通过分析多样性表型为患者治疗提供分层依据,有助于临床中的生物标志物开发,在SCLC个性化治疗、耐药机制的探索、标志物的开发树立了标杆。

CTC的准确高效的捕获是进行CDX模型构建的前提和基础,汇先医药基于英国剑桥大学微流控技术平台,首次将物理筛选和免疫特异性筛选结合,研发出了立体万通道多层微流控特异性筛选芯片(CytoBot2000),在立体多层微流控芯片上结合了高特异性的多种抗体,识别并分离外周血中CTC。独家高分子酶裂解,溶断高分子释放活性循环肿瘤细胞,确保开展下游细胞培养、NGS检测。此外,CytoBot2000可原位检测PD-L1表达,为小细胞肺癌患者提供更多临床诊疗依据,特别是晚期异质性较强的患者,提高患者临床获益。

参考文献:

1. Single-cell analyses reveal increased intratumoralheterogeneity after the onset of therapy resistance in small-cell lung cancer. Nature Cancer. 2020. doi: 10.1038/s43018-019-0020-z.

2. A biobank of small cell lung cancer CDX models elucidates inter- and intratumoral phenotypic heterogeneity. Nature Cancer Pub Date : 2020-04-13 , DOI: 10.1038/s43018-020-0046-2.