液体活检技术因其相对无创性、可连续获取样本等优点，在过去十年里获得了广泛关注。液体活检的分析物主要包括从病人血样中分离的循环肿瘤细胞（circulating tumor cell, CTC）、循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)和细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)。其中，CTC被认为是肿瘤转移的前体细胞，然而其产生过程、生物学特征和具体生物学功能尚不清楚，对其的进一步研究有助于开发靶向肿瘤转移的药物，此外，CTC在体外难以培养。而ctDNA是研究最广泛的液体活检生物标志物，EVs的相对丰度和稳定性，以及其在肿瘤转移中的重要作用，使得其已成为一种富有潜力的生物标志物。但是cfDNA/ctDNA和EVs在循环系统中的异质性以及作为药物疗效的标志物，无法在人体内进行高通量药物筛选，因此尚未得到充分利用。而患者来源的模型包括患者来源的异种移植模型（patient-derived xenograft, PDX）和患者来源的类器官模型（patient-derived organoid, PDO），可以最大程度地保留肿瘤细胞异质性，并且类器官模型允许高通量的药物筛选，肿瘤患者来源的模型和液体活检的结合为临床转化提供了新思路。
近日，中南大学湘雅医院曾珊、申竑团队在美国华裔血液及肿瘤专家学会（CAHON）的官方期刊Journal of Hematology & Oncology 发表了题为“The functional and clinical roles of liquid biopsy in patient‑derived models”的综述论文（DOI：10.1186/s13045-023-01433-5）。该论文系统总结了如何利用患者来源的模型进行液体活检研究，该文通讯作者是中南大学湘雅医院肿瘤化疗科主任曾珊教授和神经外科谭军助理研究员，第一作者是中南大学湘雅医学院八年制学生朱子晴、胡尔雅。
该论文首先总结了在患者来源的异种移植模型中对CTC及CTC簇的研究。对于CTC产生过程的研究中，胰腺癌异种移植模型的单细胞测序结果显示BIRC5基因的上调促进CTC的产生，BIRC5抑制剂可以抑制肿瘤转移，延长胰腺癌异种移植模型小鼠的生存期。上皮-间质转换被认为是CTC产生的刺激因素，然而CTC中仍存在上皮标志基因如SERPINE1的上调。与单个CTC相比，CTC簇具有更高的转移潜力。对三阴性乳腺癌小鼠模型的CTCs和CTC簇的研究发现了CTC簇形成的新机制及其增强的转移潜力。与CTC簇相关的基因模式可能成为临床预测生物标志物。利用PDX模型，对CTC的研究可以阐明CTC脱落的生物学过程，并揭示CTC簇形成的重要机制。
CTC可以直接接种于免疫缺陷小鼠来构建模型，称为CTC来源的异种移植（CTC-derived xenograft, CDX）模型。CDX最大的优点是其连贯性，即可以在不同时间点获取病人血样，分离出CTC构建模型，这样的CDX可以最大程度地反映出疾病特定时期的特征。通过对连续构建的CDX的单细胞测序分析，区分了肿瘤的不同亚型，鉴定出了促进CTC产生和远处克隆的基因。
图2. 肿瘤转移过程中与CTC产生与克隆相关的关键环节
图3. 患者衍生模型中的液体活检
此外，该论文总结了利用PDX和PDO模型探究cfDNA/ctDNA和EVs生物标志物的进展和优势，利用患者来源的模型，cfDNA/ctDNA、EVs及其内容物也已被证明可以预测和监测不同类型肿瘤的癌症发生、进展和预后。PDX和PDO模型更适于寻找肿瘤特异性突变，在区分生物标志物起源方面显示了其优点，可以区分肿瘤细胞、肿瘤基质细胞或非肿瘤组织起源，也可以区分原发部位和转移部位起源，患者来源的模型cfDNA/ctDNA和EVs的研究分析结果可以补充来自患者血液样本的ctDNA分析。PDX和PDO模型为材料量不足的组织活检的下游分析扩展了材料，PDO模型也应用于高通量药物筛选，提供了一个有效的平台来评估药物的疗效，特别是对于接受新辅助治疗的患者很有价值。此外，新的技术产生包括荧光素的应用，使EVs的运输路线在患者来源的模型中可见，多器官芯片模型将类器官与微流体相结合，允许EVs在两个或多个器官之间移动，以研究转移前生态位的形成，新技术的出现将促进cfDNA/ctDNA和EVs在多种临床前模型中的研究。
尽管PDX和PDO模型为液体活检分析物的研究提供了富有潜力的平台，但还需要优化CTC的分离、培养、分析技术，需要前瞻性研究来阐明cfDNA/ctDNA的起源、cfDNA/ctDNA碎片模式的调控以及cfDNA/ctDNA的生物学作用，需要结合患者衍生模型和多组学数据将EV划分为更具体的子集，以推进新兴生物标志物的临床转化。
由曾珊教授领衔的研究团队长期致力于消化道肿瘤的基础研究与临床诊疗，在恶性肿瘤非编码RNA调控、单细胞测序、肿瘤的代谢组学和转录组学、肿瘤微环境与免疫等方面，做了大量具有理论和实际意义的开拓性工作，近几年已分别在BMJ – British Medical Journal、Lancet Hematol、Gastroenterology、Hepatology、Molecular Cancer、Molecular Therapy、Cancer Letters、J Exp Clin Cancer Res等国际一流杂志连续发表重要学术成果。
外泌体资讯网 J Hematol Oncol | 中南大学湘雅医院曾珊、申竑团队：液体活检在患者来源的模型中的功能学和临床前研究
