Advanced Science北京大学第一医院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

作者：北大泌尿所 浏览 10

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    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。中国的UTUC与欧美患者相比，占尿路上皮癌的15~20%，远高于国外患者。与下尿路的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。

     

    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（IF=16.8）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，可以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。


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1.建立临床肿瘤组织来源的上尿路尿路上皮癌类器官培养体系

 

    首先，研究团队基于根治性肾输尿管切除术的病理组织样本，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测试。结果表明，R-spondin1、noggin、SB202190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对于正常组织来源的类器官培养是必需的。通过对培养体系的优化，不仅使上尿路尿路上皮癌类器官的培养效率得到极大提升（图1A-C），同时解决了正常组织来源类器官的污染问题（图1D）。

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图1. 上尿路尿路上皮癌类器官培养体系的建立

 

2.上尿路尿路上皮癌类器官维持其来源肿瘤组织的特征

 

    为了验证培养的UTUC类器官可以精确维持其来源肿瘤组织的特征，本研究对培养的上尿路尿路上皮癌类器官和其对应来源的肿瘤组织进行HE染色、免疫荧光染色、外显子组测序及转录组测序，并将结果进行对比分析。研究结果表明，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（图1E，图2）、基因突变特征及基因表达谱特征。

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图2. 上尿路尿路上皮癌类器官的鉴定

 

3.基于上尿路尿路上皮癌类器官的抗肿瘤药物的筛选

 

    研究结果表明不同患者来源的UTUC类器官对于抗肿瘤药物的敏感性存在巨大差异（图3A-C），同时药物筛选结果具有稳定性及可重复性（图3E）。FGFR3是UTUC中常见的突变基因，基于肿瘤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（图3D）。

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图3. 基于上尿路尿路上皮癌类器官的抗肿瘤药物的筛选

 

4.基于肿瘤类器官模型探究肿瘤耐药机制及相应治疗策略

 

    基于肿瘤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了耐药性（图4A-F），c-Met在吉西他滨处理后的耐药细胞中表达上升（图4G），而吉西他滨联合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（图4H）。

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图4. 基于上尿路上皮癌类器官探究潜在治疗策略

     

    综上，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UTUC发展有效的治疗策略提供理论和实验依据。

     

    北京大学第一医院泌尿外科暨北京大学泌尿外科研究所是新中国泌尿外科事业的发源地和先行者。自2010年起，本学科在复旦大学发布的《中国最佳医院排行榜》连续十一年位列本专科首位。作为全国重点专科，本学科依托“国家泌尿男生殖系肿瘤研究中心”及“卫生部泌尿男生殖系肿瘤医疗中心”，布局精准医学研究方向，坚持临床和科研紧密结合、相互转化，针对UTUC开展了系列临床和基础研究。本中心组建了国内规模最大的上尿路尿路上皮癌数据库；主持并制定了多项共识和指南，研究成果被EAU诊疗指南引用。本中心创建了适合中国人群UTUC系统性诊疗模式；牵头成立了中国医师协会泌尿外科医师分会上尿路尿路上皮癌（CUDA-UTUC）协作组，是国际目前参与单位数量最多、样本量最大的UTUC多中心学术组织，在推动UTUC协作创新、开展高质量临床循证研究、研究成果和诊疗规范的普及推广及国际合作交流中具有重要影响力。  

 

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专家介绍

 

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周利群 教授

 

    教授，主任医师，博士生导师。北京大学第一医院泌尿外科及北京大学泌尿外科研究所所长，北京大学医学部泌尿外科学系主任，中国医师协会泌尿外科医师分会上尿路尿路上皮癌（CUDA-UTUC）协作组组长。

    长期致力于泌尿外科的临床及科研工作，擅长复杂性泌尿生殖系统肿瘤的治疗及腹腔镜技术在泌尿外科的应用；承担国家级及省部级课题多项，包括卫计委重大课题、“863”及科技部重大课题子课题、国自然自然科学基金、北京市首发及首特重点项目等；以第一完成人获得教育部科技进步奖二等奖及华夏医学奖二等奖等五项国家及省部级奖项；曾荣获中国医师奖、吴阶平泌尿外科医学奖、世界华人泌尿外科学会杰出贡献奖及中华医学会泌尿外科学分会微创学组金膀胱镜奖、中国内镜医师学会“The International Endoscopic Award（国际内镜奖）”及恩德斯医学科学技术奖内镜微创名医奖等。发表文章530余篇，其中英文文章205篇，英文第一及责任作者136篇；主编著作5部，副主编3部，主译2部；获国家实用新型专利3项。

 

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黄卫人 教授

     

    深圳大学第一附属医院（深圳市第二人民医院）泌尿外科研究员，北京大学第一医院泌尿外科研究所研究员，国家重点研发计划项目首席科学家。

    国家地方联合肿瘤基因组临床应用关键技术工程实验室执行主任，广东省泌尿生殖肿瘤系统与合成生物学重点实验室副主任。主要从事泌尿系统肿瘤精准医学与合成生物学研究。相关成果获得中华医学科技奖项，广东省自然科学奖等奖励，获得发明专利授权11项。

     

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李学松 教授

 

    主任医师，教授，博士生导师，博士后导师。北京大学第一医院泌尿外科科室副主任，北京大学泌尿外科医师培训学院副院长，北京大学第一医院泌尿外科上尿路修复专业组组长，中国医师协会泌尿外科医师分会上尿路尿路上皮癌（CUDA-UTUC）协作组副组长兼秘书长，北京泌尿内腔镜博物馆馆长。

    专业方向为泌尿系肿瘤和输尿管疾病的基础及转化研究，开放及微创手术治疗，尤其擅长复杂疑难的肾脏、输尿管及膀胱修复重建及泌尿系肿瘤的开放、腹腔镜和达芬奇机器人手术，创新改良多项手术技术，是中国上尿路修复领域年青一代的开拓者和领军人物。目前在中英文杂志发表了240余篇论文，第一或通讯作者发表SCI论文120余篇，获得国家实用新型专利7项，参编或编译泌尿外科专业书籍16部，主译3部，主编3部。

 

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编辑：王靖

审核：王冬

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