创芯重磅科研成果：Cell子刊！广东省人民医院杨衿记教授团队在肺癌类器官转化研究领域实现重大突破！

近日，广东省人民医院团队联合创芯国际（广州）生物科技有限公司，在专注于转化医学和临床医学的《细胞》（Cell）子刊《细胞报告医学》（Cell Reports Medicine, IF：16.988）发表了Using patient-derived organoids to predict locally advanced or metastatic lung cancer tumor response: A real-world study.广东省人民医院杨衿记教授作为通讯作者（Lead contact），吴一龙教授、陈华军主任作为共同通讯，王涵敏、张婵媛、彭楷程和创芯国际研发总监陈泽新为共同第一作者。本研究受广东省高水平医院建设项目、国家和省自然科学基金的资助。该研究部分结果的摘要已于2021年被欧洲肿瘤内科学会(ESMO)收录为壁报，并在权威期刊《肿瘤学年鉴》（Annals of Oncology）增刊上发表。

肺癌是我国恶性肿瘤发病率及死亡率排名首位的癌种，同时发生恶性浆膜腔积液 (MSE)的晚期肺癌患者的预后往往更差。随着精准医学时代的到来，分子靶向治疗可延长晚期肺癌患者的总生存（OS）并改善生活质量，但仍有部分患者对靶向药物存在原发耐药，即便初始有效的患者也不可避免地会发生继发耐药。目前医学界尚不清楚相当一部分患者的耐药机制，因此，迫切需要建立一个模拟原始肿瘤形态学和基因组特征的临床前模型来预测肺癌靶向和化疗的疗效。

为突破这一瓶颈，本研究首次大规模收集晚期肺癌患者的浆膜腔积液或肿瘤组织构建体外3D类器官模型，成功培养214例类器官模型，其中绝大多数来源于恶性浆膜腔积液，并基于类器官的药物敏感性测试（LCO-DST）结果预测临床疗效的准确性。研究突破针对肺癌精准治疗领域，结果表明肿瘤类器官药物敏感性测试结果可以用来制定晚期肺癌的个性化治疗策略。

肺癌具有高度的肿瘤异质性，表现出表型和基因型的多样性，这对精准医学或个体化医疗提出了相当大的挑战。约40%的非小细胞肺癌患者携带敏感基因突变，然而并非所有这些患者都能从靶向治疗中获益，同一组织类型和基因型的患者可能对药物的反应和治疗效果完全不同，而来源于同一患者的不同部位肿瘤也可能存在差异，因此各位研究者期待建立可靠的临床前模型来评估肿瘤的疗效。然而传统的模型如细胞系无法充分反应肿瘤的原貌；人来源的组织异种移植物（PDX）既昂贵又费时，且建模成功率仅为20%-30%，远远满足不了个体化医疗的需求。基于此初衷，广东省人民医院、广东省肺癌研究所杨衿记教授课题组从2019年12月起致力于3D体外肺癌类器官模型的构建，进行全球首项大规模真实世界的研究队列，探索类器官在晚期肺癌领域的应用价值。

本研究的图解摘要

本研究构建了来自107例患者的214例类器官模型，大多数样本来自恶性浆膜腔积液（MSE），MSE来源类器官的建模成功率为81.5%(132/162)。利用组织和MSE中成功培养的214例类器官，首先进行病理组织学或细胞验证，类器官样本与同源的临床样本一致率为77.6%（59/76）（Figure 1）。其次，对类器官与临床样本基因组的一致性进行验证，以匹配的MSE基因组作为参照，类器官样本所有体细胞突变的敏感性达到 70.1%，特异性为 97.7%（Figure 2）。以上结果证明了类器官可以充分反映其同源组织的病理表型、遗传背景和基因表达谱。

Figure 1. 患者的筛选流程图和LCOs病理学验证展示。

 Figure 2. 肺癌类器官样本的基因组分析。

本研究最大的创新点在于，该团队进行了基于类器官模型的靶向和化疗药物的敏感性试验来预测临床肿瘤疗效。临床治疗方案被分为四个大组，分别是奥希替尼组、化疗组、联合靶向组和其他靶向组，类器官药敏结果和临床疗效的一致性分别为86.7% (13/15), 83.3% (10/12), 100% (10/10), 和70.6% (12/17)，总体的准确率为83.3%（45/54）（Figure 3）。迄今为止，这是国际上肺癌类器官领域中预测靶向和化疗疗效的最大样本量真实世界研究。

 Figure 3. 肺癌类器官药敏结果和临床肿瘤疗效的一致性。

肺癌的肿瘤异质性对于临床治疗是一项挑战，杨衿记教授团队为更全面地描述肿瘤的异质性，选择连续送样、不同部位送样并进行类器官培养，结果表明体外类器官模型揭示了起源肿瘤的一致性和异质性，更深层次地表现了肿瘤的表型和基因型特征，更佳地反映了肿瘤全貌（Figure 4）。

 Figure 4. 肺癌类器官药敏结果和临床肿瘤疗效的一致性。

本研究中两例晚期肺腺癌的典型案例：一例EGFR基因突变合并原发MET基因扩增，另外一例EGFR基因突变合并获得性RET基因融合。 相比于单一靶向药物，两例患者的药敏结果均显示联合靶向治疗（奥希替尼+赛沃替尼/卡博替尼）的肿瘤控制率更高，并且在临床治疗中得到证实，双靶联合治疗均达到了部分缓解（PR）的疗效，表明双靶治疗可能是此类双基因变异人群的更优选择（Figure 5）。

 Figure 5. LCO预测双靶向治疗的疗效。               

同时此项研究为进一步探索双靶向治疗的分子机制进行了蛋白组学分析，在EGFR突变合并RET融合的患者中，与单药靶向治疗相比，双靶向治疗明显触发细胞死亡，为诠释双靶向治疗的疗效提供依据 （Figure 6）。

Figure 6. 蛋白组学分析双靶向治疗的分子机制。

本研究中，基于肺癌类器官的药敏试验准确地预测了该队列晚期肺癌患者抗肿瘤治疗的临床疗效，提示肿瘤类器官作为肺癌体外模型，其药敏试验是晚期肺癌的精准医学或个体化医疗的有效预测工具，同时对于发掘药物作用机制也具备巨大潜力，将帮助患者争取更高效精准的治疗，改善生存结局。在未来，仍需要进行前瞻性多中心临床研究，进一步验证其在肺癌以及其他实体肿瘤治疗中的临床价值。