新疆医学第49卷
基金项目：省部共建中亚高发病成因与防治国家重点实验室开放课题（项目编号：SKL-HIDCA-2017-7）。作者简介：陈复刚，男，在职研究生。研究方向：妇科肿瘤。通信作者：马彩玲，女，教授/博士生导师，主任医师。研究方向：妇科肿瘤及妇科内分泌，Email：hymcl@sina.com。·专题研究·
患者源性异种移植模型（PDX）在妇科肿瘤领域的研究及应用
陈复刚，马彩玲（1新疆医科大学第一附属医院/省部共建中亚高发病成因与防治国家重点实验室，乌鲁木齐830054；2新疆医科大学第一临床医学院，乌鲁木齐830011）
中图分类号：R446.8文献标识码：A文章编号：1001—5183（2019）05—446—05
患者源性异种移植模型（Patient-derived
xenograft，PDX）是通过将患者原发肿瘤或新鲜组织
移植到免疫缺陷小鼠体内而建立的模型。患者源性
异种移植模型（PDX）成瘤率因肿瘤类型、植入部位
和肿瘤侵袭性而异。与传统肿瘤移植模型（小鼠源
性异种移植模型和人类肿瘤细胞系小鼠模型）相比，PDX与患者肿瘤特征非常相似，并保留了分子
和组织学特征（如异质性、遗传特性）。因此PDX在
新药的研发、个体化治疗、肿瘤发病机制的研究等
方面成为了理想的临床前模型。并且随着高度免疫缺陷小鼠的迅猛发展，PDX的技术也有了新的突
破。本文综述了近年来PDX在妇科肿瘤领域的研究
及其实用性，为妇科肿瘤的研究提供新的视角，提
高临床试验结果转化为临床实践的成功率。
1.PDX的发展肿瘤研究的关键之一是建立合适的动物模型。
其中最重要和最具挑战性的是小鼠肿瘤模型的建
立，作为肿瘤标志物的识别工具以及治疗药物筛选
的临床前模型，小鼠肿瘤模型必须能模拟疾病的
不同阶段[1，2]。在过去的60年里，小鼠肿瘤模型已经
经历了从基因工程小鼠（Geneticallyengineered
mice，GEM）到人类肿瘤细胞系再到同种或异种移
植模型[3，4]。这些模型之间的主要差异是肿瘤与宿主之间的遗传相似性（同种、同种或异种）；肿瘤注射、
植入、生长和发育的位置（异位与原位）；宿主的免
疫状态或免疫能力。尽管来源于细胞系和基因工程小鼠（GEM）模型在癌症生物学方面取得了重大进
展[5]，但它们往往无法概括人类恶性肿瘤的关键方面，因此无法充分预测临床药物效应。事实上，临床
试验中临床转化的高失败率清楚地表明了现有临
床前模型的局限性[6,7]。因此，根据患者的遗传和分子
特征、组织病理学、病人病程和转移进展以及治疗反应等，急需开发可靠代表肿瘤患者的临床相关的
小鼠模型[8]，使其具有很高的预测价值和将结果转
化到临床的能力。在这种情况下，患者源性异种移
植模型（PDX）已成为克服这些缺点的一种很好的替
代方法[9,10]。PDX的开发是基于将肿瘤患者新鲜的组织样本直接移植到免疫功能受损的小鼠身上。简言
之，直接从手术室或活检获得的新鲜肿瘤组织切成
小碎片或分解成细胞悬浮液，通过手术植入或注射
到免疫功能受损的小鼠体内。最常见的小鼠菌株是
裸鼠、SCID小鼠、NOD/SCID小鼠、NSG小鼠。肿瘤
片段的植入或注射可以是异位或原位，肿瘤植入并
生长的时间，主要取决于肿瘤特征（阶段、等级和侵袭性）。移植后在指数生长期间，获取肿瘤并准备移
植到一种或多种动物体内，以形成一个PDX小鼠队
列，在维持肿瘤遗传保真度的前提下可连续扩增传
代，可用于分子鉴定、生物库建立或作为临床前模型[11,12]。
1.1免疫缺陷小鼠
第一个已知的免疫缺陷小鼠是裸鼠，由N.R.
Grist博士于1962年发现[13]。由于裸鼠没有胸腺，因
此不能产生成熟的T淋巴细胞，这表明裸鼠不能产生适应性免疫反应。但是其有完整的自然免疫反
应。在PDX模型中，对于血液学恶性肿瘤，裸鼠的异
种移植效率较低，但对结直肠癌、胰腺癌和头颈癌第49卷第5期2019年5月新疆医学XINJIANGMEDICALJOURNALVol.49No.5May.2019第5期陈复刚，等；患者源性异种移植模型（PDX）在妇科肿瘤领域的研究及应用
等实体瘤仍然有用，外加其无毛的特点，肿瘤细胞
容易观察测量。1983年，首次报道了缺乏功能性B
和T淋巴细胞的严重联合免疫缺陷（SCID）小鼠[14]。
与裸鼠相比，SCID小鼠被证明是更好的异种移植受体。非肥胖糖尿病（NOD）小鼠是由Kikutani和
Makino建立的非肥胖糖尿病模型，他们发现这些小
鼠表现出复杂的免疫缺陷特征，如自然杀伤（nk）细
胞功能障碍[15]。NOD小鼠随后与SCID交叉，建立小
鼠NOD/SCID小鼠，NOD/SCID小鼠具有接受血液恶性肿瘤和人实体瘤的优点，但其寿命较短，胸腺
瘤发病率高[16]。最近，基于NOD/SCID建立了NOG
（NOD/SCID/il2rγnull）、NSG(NOD/SCID/il2rγnull)、
NOJ（NOD/SCID/jak3null）三种重度免疫缺陷小
鼠，它们不仅缺乏功能性B和T淋巴细胞而且
NK细胞完全丧失[17，19]。随着这些高度免疫缺陷小鼠的开发和引入，PDX的研究得到了迅速的发展和
改善[20]。
1.2肿瘤植入部位
异位移植是将肿瘤植入到与患者原发肿瘤部
位无关的区域，如小鼠皮下、肩胛间区、乳腺脂肪垫或肾包膜部位。相反，原位移植是指将患者原发肿
瘤植入到小鼠相对应的解剖器官。皮下PDX在小鼠
体内很少发生转移，很难用其模拟肿瘤的初始微环
境，相比之下，原位模型可以模拟原发肿瘤的自然
环境，成为研究转移过程的理想模型。然而，根据植入器官的不同，这些模型很难产生[21]。一些研究倾向
于使用肿瘤组织碎片来开发PDX，而其他研究则使
用肿瘤细胞悬浮液作为起始材料。每种方法都有其
优点和缺点；肿瘤组织碎片保留了细胞间的相互作
用，并保存了组织结构，因此更好地模拟肿瘤微环境。单细胞悬浮液是一种更不均匀的样本，可以无
限制地代表整个肿瘤；但是，要获得这种类型的样
本，必须对组织进行化学或机械处理，这会影响细
胞的生存能力，并有降低植入成功率的风险[22]。
2.PDX在妇科肿瘤领域的最新研究进展
2.1宫颈癌
宫颈癌（CervicalCancer，CC）是全球第三大致
死性妇科肿瘤。2015年，美国报告了约12900例宫
颈癌事故和4100例死亡[23]。在中国，宫颈癌是最严重的生殖器恶性肿瘤女性，同年发生9.89万起事
故，死亡3.05万人[24]。现有的抗宫颈癌药物被证明是有效的[25]。但是，对于转移性宫颈癌和晚期宫颈癌
尚无有效的治疗方法。因此，建立一种能模拟肿瘤
转移的临床前模型是非常有必要的。
Yukihiko等人的研究中建立了HER-2阳性的患者源性原位异种移植模型和皮下异位移植模型。
在皮下移植模型中，10只小鼠中有7只发生肿瘤生
长，但任何小鼠均未发生转移。在原位移植中有6
只在原位植入后生长，4只在转移后生长。裸鼠的转
移包括腹膜播散、肝转移、肺转移和主动脉旁淋巴结转移。患者有主动脉旁淋巴结、腹膜、肝脏转移。
因此，患者源性原位异种移植模可以模拟患者的肿
瘤转移模式。在成功建立的PDX模型中，其中包括
转移性肿瘤，其组织学结构与原肿瘤相似，并被抗
人HER-2抗体染色，表明该模型概括了原肿瘤的
生物学行为。因此，患者源性原位异种移模型保
留了患者的转移模式、组织学和HER-2基因的
表达[26]。之后，Catherine等人建立了四个子宫颈鳞状
细胞癌的PDX模型[27]，结果表明这些模型概括了患
者肿瘤的组织学外观、血管生成活性和转移倾向[28]。
该研究发现，在体内连续移植过程中，这些模型的
肿瘤种植成功率（移植效率）和肿瘤生长率增加，因
此，对连续移植过程中可能引起的生物学变化进行了定量研究。建立了两个PDX模型的冷冻储备，一
个来自第二代异种移植瘤（早期），另一个来自连续
两年（晚期）在小鼠体内移植的异种移植瘤。比较了
晚期肿瘤与早期肿瘤的生物学特性。结果是晚期肿
瘤淋巴结转移的发生率高于早期肿瘤，转移倾向的增加与肿瘤生长率的增加、微血管密度的增加、血
管生成相关基因和癌干细胞相关基因的表达增加
有关。从晚期肿瘤中发现缺氧组织的比例下降和细
胞外基质不太广泛。这项研究表明，连续移植的
PDX可能不一定反映供体患者的疾病，因此，在转化医疗研究中正确使用连续移植的PDX模型需要
对这些模型进行仔细的分子监测[29]。最近，Luke等
人的研究首次证明新鲜的宫颈癌、宫颈发育不良和
正常的宫颈组织可以在免疫功能低下小鼠（NSG）的肾包膜下生长，并验证了该模型保存的关键肿瘤特
征，如组织病理学，宫颈癌标记物（p16、ink4a、hpv）。
该模型的植入率与宫颈癌的皮下PDX模型相当，为
70%[30]，最近描述的原位PDX模型为75%[31]。同时该
研究还尝试了用患者宫颈癌细胞悬浮液进行原位447新疆医学第49卷
异种移植，但是移植的宫颈癌细胞悬浮液没有生
长。这可能是由于宫颈鳞状细胞癌所沉积的大量胶
原所致。需要更剧烈的消化，通过剥离肿瘤细胞上
的粘附分子才能生长[32]。随着PDX模型的标准化及研发，人们对PDX模型的兴趣正在增加[33]。
2.2子宫内膜癌
子宫内膜癌（EndometrialCancer，EC）占女性诊
断的所有癌症的4.8%，是发达国家第五大最常见的
癌症类型。全世界每年约有32万例新病例被确诊，每年有76000名患者死于这种疾病。大约75%的子
宫内膜癌被诊断为FIGO（国际妇产联合会）分期的
一期或二期，相应的5年总生存率在74%到91%之
间。诊断为FIGO分期的III或IV期的患者5年总
生存率分别为57%～65%和20%～26%[34，36]。尽管低
级别和早期疾病患者的预后总体良好，但高级别和
转移复发病例的预后仍然较差。因此，建立一种能模拟肿瘤转移的临床前模型是非常有用的。
cabrera等人描述了使用人类子宫内膜癌组织
建立原位PDX模型[37]。从子宫内膜癌病人身上切除
的肿瘤组织先在裸鼠皮下生长，一旦肿瘤成功植入皮下，处死裸鼠切取皮下肿瘤，机械粉碎，然后经阴
道或经子宫肌层注射到裸鼠子宫内，生成原位PDX
模型。在两种不同的原位PDX模型生成方法中，与
经阴道注射相比，经子宫肌层注射植入具有更高的
植入率。他们发现，原位植入的肿瘤会导致子宫肌层浸润、淋巴血管浸润和盆腔内的播散。此外，肿瘤
保留了原始肿瘤的分子和组织学特征，并表达激素
受体。随后，Haldorsen等人[38]报道了通过将活检获
取的原发性肿瘤机械分离成细胞悬浮液（注射到
NSG小鼠的左子宫角）而形成的原位PDX，结果表明，他们的PDX是由细胞悬浮液形成的，需要更长
的时间才能达到这种表型：大约10个月。同时，他
们表明，他们的原位生长的肿瘤可以切除，分解成
细胞悬浮液，并可以继续移植发展下一代原位PDX
小鼠模型队列。Depreeuw等人[39]建立了一组24个皮下子宫内膜癌PDX模型，作者证明，子宫内膜癌
PDX模型可以从原发性、转移性和复发性子宫内膜
样EC和非子宫内膜样EC肿瘤成功建立，总植入率
为60%。他们还表明，这些模型与原始人类肿瘤的
组织结构和基因组特征非常相似。通过全外显子测序，他们发现4例患者中，大多数突变基因在原发性人类肿瘤与其配对的PDX模型之间是基本一致
的。此外，他们评估了两个样本的基因组拷贝数变
化，发现平均90%的基因组在原发肿瘤和异种移植
之间有相同的拷贝数变化。同样，通过PDX免疫组化染色和人波形蛋白抗体的原始样本，但是他们发
现植入后的人子宫内膜癌基质会被鼠基质取代。另
一方面，unno等人[40]通过将四种不同的子宫内膜癌
组织切片（手术患者）移植到NSG小鼠的肾包膜中，
建立了异种移植模型。作者报道了异种移植保留了子宫内膜样EC或非子宫内膜样EC特有的原始肿
瘤和显示特征。此外，他们还发现，根据组织学的不
同，每种模型都具有不同的侵袭性和转移性能力，
并且对β-雌二醇有明显的依赖性。尽管这种方法
存在技术上的困难，但肾包膜异种移植模型适合于研究侵袭性子宫内膜癌，因为肿瘤细胞处于易受侵
袭和转移的环境中。最近，Pauli等人[41]研究从人源
性肿瘤类器官（patient-derivedorganoids，PDO）到
PDX的发展。作者收集了18种不同肿瘤类型（2种
子宫内膜癌）的转移性和原发性肿瘤，建立了以细胞学和组织学为特征的培养类群。一旦建立，人源
性肿瘤类器官被皮下注射到裸鼠的侧肢。根据肿瘤
类型，异种移植物的移植率从2周到16周不等，他
们报告的人源性肿瘤类器官移植率为86.4%。他们
发现PDO和PDX的组织病理学与它们来源的亲本
肿瘤相似。PDO和PDX的全外显子测序遗传图谱和单核苷酸变异分析显示与患者肿瘤具有良好的
一致性。
2.3卵巢癌
卵巢癌（ovariancancer）是最致命的妇科恶性肿
瘤，复发率高。5年生存率仅为44%，约75%的卵巢
癌患者检出时即为晚期。目前常规的治疗方案是手术切除病变组织外加化疗，尽管针对卵巢癌手术和
化疗开展了大量的研究工作，并在不断改进，但在
过去的30年里卵巢癌患者的5年生存率一直很
低[42，43]。目前导致卵巢癌发生发展的遗传和分子机
制仍不清楚。此时（PDX）的出现为研究其肿瘤发生
机制、新药的研发，提供了宝贵的平台。Joyce等人的研究是从卵巢癌患者腹水分离的
肿瘤细胞建立卵巢癌PDX模型，其肿瘤生长可以重
复进行生物光学成像（Bioluminescenceimaging，BLI）和血浆生物标记物分析。并证明了PDX在患者肿瘤448