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导语

肺癌是死亡率第一位的恶性肿瘤，尽管基因检测指导下进行的分子靶向治疗可延长晚期肺癌患者的总生存并改善生活质量，但也带来了新的问题。驱动基因阳性晚期肺癌患者有多个靶向药物可选的情况下，何者是最优选择？靶向治疗后耐药机制不明的患者，选择哪种治疗方案克服耐药性？NGS检测结合体外3D类器官模型（具有和来源组织高度一致的遗传特征和形态结构，实现部分器官功能，被誉为“患者替身”）的联合应用，使得患者有可能通过体外药敏试验来预知自身接受靶向和化疗的临床疗效。

近日，广东省人民医院/广东省肺癌研究所杨衿记教授团队与世和基因合作，首次基于晚期肺癌患者的恶性体液样本（MSE）或肿瘤组织构建大样本体外3D肺癌类器官（Lung Cancer Organoids，LCOs）模型，通过基因检测全面分析起源组织及LCOs的分子突变图谱后，进行类器官药物敏感性测试，与临床治疗疗效对比，验证了类器官药物敏感性测试（LCO-DST）在指导临床用药中的准确性及重大价值。研究成果已发表在Cell 子刊Cell Reports Medicine（IF=16.988）。杨衿记教授为通讯作者，吴一龙教授、陈华军教授为共同通讯。

专家简介

杨衿记 教授

广东省人民医院/广东省肺癌研究所

主任医师，博士生导师，博士后合作导师

中共广东省人民医院纪委委员、肿瘤医院党总支书记、肿瘤学教研室主任、肿瘤医院肺一科主任 。中国初级卫生保健基金会肺部肿瘤慢性病专业委员会主任委员、广东省医师协会肿瘤内科医师分会主任委员；中国临床肿瘤学会（CSCO）理事。曾留学丹麦和美国，主要研修临床肿瘤学与早期临床试验。

主攻肺癌精准治疗与转化医学。主持2项国家自然科学基金面上项目、1项国家科技部慢病重大项目子课题和2项省自然基金面上项目。

研究方向：双驱动基因肺癌、肺癌c-Met分子信号转导通路、肺癌分子靶向治疗的原发与继发耐药、I.O.治疗的精准化。

以第一/共一/通信作者在the Lancet Respiratory Medicine、Annals of Oncology、the Journal of Hematology and Oncology和Clinical Cancer Research等杂志上发表SCI论文33篇。

主持获得广东医学科技奖一等奖1次。参与获得国家科技进步奖二等奖1次、中华医学科技奖一等奖1次、省科学技术一/二等奖各3/2次 。

2015年度首届“羊城好医生”。2018年度“广东好医生”。2019年度“国之名医·优秀风范”。

主编《怒放的生命：100个活过5年晚期肺癌患者抗癌记》、《钻石突变，十年磨一剑：ALK或ROS1阳性晚期肺癌患者10年生存录》。

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研究亮点

1、国际上肺癌类器官领域最大样本量真实世界研究（162例样本）。

2、通过NGS检测证明类器官样本与同源肿瘤组织样本的基因组测序结果具有较好的一致性。

3、类器官药敏试验模型可作为指导肺癌患者个性化靶向或化疗方案选择的预测模型。

4、NGS联合类器官药敏试验可准确预测晚期肺癌患者抗肿瘤治疗的临床疗效。

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研究内容

本研究构建了晚期肺癌患者的组织和恶性积液（MSE）样本来源的LCOs模型，并通过HE、IHC以及NGS等方法分析LCOs和来源样本的组织病理及遗传特征。研究通过基于LCOs模型的药物敏感性实验测试了LCOs模型对靶向或化疗药物的敏感性以及LCO-DST结果与临床疗效的相关性（图1）。

图1. 研究思路

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研究结论

NGS检测证明MSE和MSE来源的LCOs基因组突变图谱一致

本研究收集了107例局部晚期或转移性肺癌患者的214例样本进行类器官建模，成功地培养了162例类器官，总成功率为75.7%（162/214），MSE来源的类器官成功率达81.5%（132/162），显著高于肿瘤组织来源的57.7%（30/52）。为了确保体外模型可以充分反映原始肿瘤的病理表型和基因型，本研究进行了病理学和基因组学的验证，H&E和IHC染色结果显示，类器官样本与同源的临床样本一致率为77.6%（59/76）。

通过对部分LCOs和起源组织进行世和一号®大Panel检测发现：以匹配的MSE基因组作为参照，类器官样本所有体系突变的敏感性达到 70.1%，特异性为97.7%。进一步对TMB进行分析发现，基于LCO样本计算的TMB与基于MSE样本计算的TMB显著正相关（Pearson’s r=0.68，p=0.02）（图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。

图2. MSEs与LCOs样本的基因组突变谱及TMB结果一致性

LCO-DST的稳定性和异质性

为了研究LCOs模型体外药物反应的稳定性，研究者收集了同一位患者不同时间点的样本分别构建LCOs，并进行药敏实验。结果显示，不同采样间隔（1-9天）的MSE样本不影响LCOs模型的构建，不同采样间隔LCOs样本基因组图谱一致性可达到81.25%（图3A），LCO-DST结果显示不同采样间隔LCOs样本对药物的响应程度一致（图3B）。此外，肿瘤异质性对于临床治疗是一项挑战，为更全面地描述肿瘤的异质性，研究者选择了不同部位样本进行类器官建模，结果发现不同部位来源的LCOs药敏结果略有差异（图3C）。以上结果表明，本研究构建的LCOs模型可以揭示起源肿瘤的一致性和异质性，有助于深层次了解肿瘤的表型和基因型特征，有利于筛选反映肿瘤表型和基因型全貌的更佳药物方案。

图3. LCOs模型的稳定性和异质性

LCOs模型可准确预测患者靶向或化疗反应

为了评价LCOs模型用来预测肺癌靶向或化疗反应的可行性，本研究利用基于类器官模型的靶向和化疗药物的敏感性试验结果来预测临床肿瘤疗效。结果表明，LCOs模型预测肺癌患者接受奥希替尼、化疗、双靶治疗和其他靶向治疗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），总体的敏感性为84%、特异性为82.8%、准确性为83.3%（表1）。以上结果表明，LCOs可作为指导肺癌患者个性化靶向或化疗方案选择的预测模型。

表1. LCOs体外反应与匹配患者临床反应的相关性

LCO-DST指导患者从双靶治疗中获益

本研究中纳入两例晚期肺腺癌双靶向基因变异患者：一例EGFR基因突变合并原发MET基因扩增（图4A），另一例EGFR基因突变合并获得性RET基因融合（图4B）。相比于单一靶向药物，两例患者的LCO-DST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），表明双靶治疗可能是此类双基因变异人群的更优选择（图4C、D）。

图4. LCO-DST指导患者从双靶治疗中获益

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结语

本研究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，基于肺癌类器官的药敏试验可能是晚期肺癌非常有潜力的精准医学或个性化医疗的预测工具，基因检测作为类器官药敏实验中的分子检测技术，将持续为高质量类器官药敏实验保驾护航。

参考文献

Han-Min Wang, Chan-Yuan Zhang, Kai-Cheng Peng, Ze-Xin Chen, Jun-Wei Su, Yu-Fa Li, Wen-Feng Li, Qing-Yun Gao, Shi-Ling Zhang, Yu-Qing Chen, Qing Zhou, Cong Xu, Chong-Rui Xu, Zhen Wang, Jian Su, Hong-Hong Yan, Xu-Chao Zhang, Hua-Jun Chen, Yi-Long Wu, Jin-Ji Yang. Using patient-derived organoids to predict locally advanced or metastatic lung cancer tumor response: A real-world study. Cell Reports Medicine. 2023, 100911, ISSN 2666-3791. https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2022.100911.

作者：D.      审核：Linda       排版：Moro

世和基因致力于肿瘤精准医疗、伴随诊断及临床转化研究，为医院提供一站式NGS解决方案；中国独角兽企业

NGS及液体活检实验室获CAP / CLIA / ISO15189三重国际认证，213次通过国家卫健委临检中心室间质评

公司核心技术人员参与发表以及公司参与临床研究项目发表SCI论文近500篇，总影响因子(IF)超4000分；2020年度江苏省科学技术二等奖：“肺癌精准医学高通量测序检测技术的创新与产业化”项目；拥有发明专利33项（其中境内31项）

2018年，公司研发的“EGFR / ALK / ROS1 / BRAF / KRAS / HER2基因突变检测试剂盒（可逆末端终止测序法）”获得国家药监局注册审批，系国内同期首批获准上市的肿瘤伴随诊断高通量基因检测产品之一

基于ATG-Seq等液体活检技术的CALIBRATE系列多癌种围术期大型临床研究成果相继发表。2021年5月，前瞻性多中心早中期肠癌术后ctDNA MRD大型临床研究（CALIBRATE-CRC）成果发表于J Hematol Oncol（IF=23.2）；2021年9月，液体活检预测直肠癌新辅疗效的大型临床研究（CALIBRATE-RC-nCRT）成果发表于PLoS Med（IF=11.6）；2021年11月，前瞻性早中期肺癌术后ctDNA MRD大型临床研究（CALIBRATE-NSCLC）成果发表于Nature Comms（IF=17.7）；2022年5月，ctDNA预测局晚期NSCLC精准放化疗疗效大型临床研究（CALIBRATE-LC/EC-CRT）成果发表于Mol Cancer（IF=41.4）；2022年10月，前瞻性早中期肺癌术后MRD ctDNA克隆分析大型研究（CALIBRATE-LuCaTH）成果发表于J Hematol Oncol（IF=23.2）。此外，世和正将MERCURY技术应用于多项MRD研究。2022年10月，基于MERCURY多组学技术预测直肠癌新辅疗效的大型临床研究（M-CALIBRATE-RC-nCRT）成果发表于Clinical Chemistry（IF=12.2）

基于MERCURY多组学液体活检技术的DECIPHER系列多癌种早筛研究成果相继发表。2021年10月，大型肠癌早筛临床研究（DECIPHER-Colon）成果发表于J Hematol Oncol（IF=23.2）；2021年12月，大型肝癌早筛临床研究（DECIPHER-Liver）成果发表于Hepatology（IF=17.3）；2022年6月，国内首个大型泛癌种早筛研究（DECIPHER-Multi）成果发表于Mol Cancer（IF=41.4）；2022年6月，国内首个基于cfDNA Motif特征的肺癌早筛大型临床研究（DECIPHER-Lung）成果发表于eBioMedicine（IF=11.2）；2022年11月，大型肺癌早筛临床研究（DECIPHER-Lung 2）成果发表于Am J Respir Crit Care Med（IF=30.5）