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利用患者来源的异种移植物（PDX）模型模拟胶质母细胞瘤的治疗驱动进化

08月12日

来源：肿瘤资讯

背景：胶质母细胞瘤（GBM）在接受标准放化疗后几乎总是复发，并对治疗产生耐药性。然而，大多数用于新药研发的临床前模型均为治疗初治的肿瘤，这无法准确模拟临床上复发、耐药的真实情况，是导致新药临床试验失败率高的重要原因。

方法：本研究旨在建立能够模拟临床真实情况的治疗耐药GBM模型。研究者将治疗初治的人源GBM异种移植瘤（PDX）原位移植入小鼠颅内，并对其进行重复的、临床相关的放疗和/或替莫唑胺（TMZ）治疗，以诱导其产生获得性耐药。研究者对这些治疗后的衍生PDX模型进行了详细的表型和基因型分析。

结果：经过重复的TMZ体内治疗，PDX模型成功地再现了在复发性GBM患者肿瘤中观察到的关键分子进化特征：

1. TMZ诱导的超突变：肿瘤突变负荷（TMB）显著增加。
2. 特征性突变谱：出现大量由TMZ烷化损伤导致的C>T单碱基替换。
3. DNA错配修复（MMR）通路失活：获得了MMR通路关键基因（尤其是MSH6）的失活性突变。

表型上，这些经过TMZ治疗的衍生PDX模型对后续的TMZ治疗表现出显著的耐药性。然而，至关重要的是，这些TMZ耐药的PDX模型对亚硝基脲类药物洛莫司汀（CCNU）高度敏感，显示出完全的肿瘤消退。

结论：该研究成功建立并验证了一套能够稳定、可扩展地模拟GBM治疗驱动进化的PDX模型。这些模型不仅再现了患者肿瘤在TMZ治疗后获得性耐药的关键分子机制，还揭示了TMZ耐药肿瘤对洛莫司汀的治疗易感性。这套模型为研究复发性GBM的生物学特性和测试新疗法提供了宝贵的、更具临床相关性的工具。

引言

IDH野生型胶质母细胞瘤（GBM）是成人中最具侵袭性的脑肿瘤。尽管接受了以放疗和替莫唑胺（TMZ）为核心的标准治疗，肿瘤几乎总是会复发。这种复发性、治疗耐药的GBM是导致患者死亡的主要原因。

TMZ是一种DNA烷化剂，其疗效依赖于肿瘤细胞内功能完整的DNA错配修复（MMR）系统。当MMR系统识别到TMZ造成的DNA损伤但无法修复时，便会启动细胞凋亡。因此，肿瘤细胞产生TMZ获得性耐药的一个关键机制，就是通过获得MMR通路基因（如MSH6）的失活性突变，使细胞能够“容忍”TMZ造成的DNA损伤，从而逃避凋亡。这一过程往往伴随着肿瘤突变负荷（TMB）的急剧升高，形成所谓的“超突变”表型。

理解并克服这种治疗驱动的耐药性是改善GBM预后的关键。然而，目前绝大多数临床前研究（无论是体外细胞系还是体内动物模型）使用的都是治疗初治的肿瘤模型。在新药研发中，一个在初治模型上有效的药物，在临床试验中面对经过多线治疗、已经产生耐药的复发性GBM患者时，往往会失效。

因此，本研究旨在通过对人源GBM异种移植瘤（PDX）进行模拟临床的体内治疗，建立并验证一套能够真实反映GBM在治疗压力下进化的、获得性耐药的临床前模型。

方法

治疗耐药PDX模型的建立

研究者选用三种治疗初治的IDH野生型GBM PDX株（GBM6, GBM12, GBM43），将其细胞原位移植入免疫缺陷小鼠颅内。待肿瘤生长后，对小鼠进行模拟临床的治疗，包括：(1) 单纯放疗（RT）；(2) 单纯TMZ化疗；(3) RT联合TMZ。部分小鼠在肿瘤复发后接受了多轮TMZ治疗。

当荷瘤小鼠出现神经系统症状时，将其安乐死，取出脑内肿瘤，并通过连续三次皮下移植进行扩增，以确保所获突变的稳定性。最终获得的扩增后肿瘤即为“衍生PDX模型”，用于后续的分子和药效学分析。

模型建立

分子特征分析

采用全外显子组测序（WES）对所有亲本PDX和衍生PDX进行测序，分析其基因突变谱、TMB以及MMR通路基因的突变状态。

药敏性测试

将亲本PDX和衍生PDX的细胞再次移植入新的小鼠颅内，并用TMZ、RT或洛莫司汀（CCNU）进行治疗，通过比较小鼠的生存期来评估其对不同治疗的敏感性。

结果

TMZ治疗驱动了肿瘤的超突变和MMR通路失活

通过对亲本PDX和衍生PDX进行WES测序比较，研究发现：

TMZ诱导特征性突变：接受过TMZ治疗的衍生PDX（而非单纯RT治疗的PDX）均出现了大量C>T单碱基替换，这与临床上TMZ治疗后复发GBM的特征性突变谱完全一致。

衍生PDX基因突变数量和突变频率

TMB显著增加：随着TMZ治疗周期的增加，衍生PDX的TMB也随之急剧升高，部分模型达到了超突变状态（>10个突变/Mb）。

MMR基因突变：TMB的增加与MMR通路基因（最常见的是MSH6）获得性突变的出现密切相关。在接受TMZ治疗的14个衍生PDX中，有7个出现了MMR基因突变，而单纯RT治疗的7个PDX中则无一出现。

衍生PDX模型再现了获得性TMZ耐药

我们将亲本PDX和经过TMZ治疗后产生的衍生PDX（已携带MMR突变）分别移植入小鼠颅内，再用TMZ进行治疗。结果显示，携带衍生PDX的小鼠对TMZ治疗完全不敏感，其生存期与未治疗组无异，且显著短于携带亲本PDX并接受TMZ治疗的小鼠。这在表型上证实了我们的模型成功地模拟了获得性TMZ耐药。

携带衍生PDX的小鼠对TMZ治疗不敏感

携带衍生PDX并接受TMZ治疗的小鼠生存期显著短于携带亲本PDX并接受TMZ治疗的小鼠

TMZ耐药的PDX模型对洛莫司汀（CCNU）高度敏感

最引人注目的发现是，当我们将TMZ耐药的衍生PDX（m3378）移植入小鼠并用CCNU治疗时，所有小鼠的肿瘤均完全消退，实现了100%的长期生存，而TMZ治疗则完全无效。这清晰地表明，TMZ诱导的MMR缺陷型耐药，并不会导致对CCNU的交叉耐药，反而可能使其对CCNU更为敏感。

讨论

本研究成功地建立了一套能够真实模拟GBM在临床治疗压力下分子进化的PDX模型。这些模型不仅在基因型上（TMZ特征性突变谱、MMR通路失活、超突变）再现了临床复发GBM的特征，更在表型上（获得性TMZ耐药）和对后续治疗的反应上（对CCNU敏感）与临床观察高度吻合。

这项工作的核心价值在于为复发性GBM的研究提供了一套更具临床相关性的宝贵工具。利用这些稳定的、可扩展的治疗后PDX模型，研究人员可以在更真实的肿瘤背景下测试新药的疗效，从而有望提高临床前研究对临床试验结果的预测能力。

此外，该研究结果为临床实践提供了重要的启示。其证实了TMZ耐药的MMR缺陷型肿瘤对CCNU高度敏感，这为临床上在TMZ治疗失败、特别是怀疑出现超突变的复发GBM患者中，选择洛莫司汀等亚硝基脲类药物作为挽救治疗提供了强有力的理论依据。

参考文献

McCord M, Bartom E, Burdett K, et al. Modeling therapy-driven evolution of glioblastoma with patient-derived xenografts[J]. Cancers, 2022, 14(22): 5494.

责任编辑：肿瘤资讯-丹忱
排版编辑：肿瘤资讯-丹忱