《Cellular Oncology》：Discover personalized drug opportunity and optimized tumor-infiltrating lymphocyte therapy for rare cancer: an organoid-based whole-journey clinical mapping study in a neuroendocrine cancer patient
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针对罕见癌症患者预后极差、治疗选择匮乏的严峻挑战，本研究创新性地利用从化疗耐药转移灶中建立的纵向个性化肿瘤类器官（PTO）与自体肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）共培养系统，成功再现了临床应答，并发现了一种潜在高效靶向疗法阿法替尼（Afatinib）。更重要的是，研究通过PTO重建自体肿瘤抗原微环境，优化生产出具有更强抗肿瘤活性的个性化TIL。这些优化TIL在小鼠模型和患者体内均显示出疗效，为罕见癌症的个体化诊疗与免疫治疗优化提供了全新的、可扩展的概念框架。
在全球范围内，有超过200种癌症被归类为罕见癌症。尽管单个病种发病率低，但它们却占了所有癌症病例的五分之一，并导致了四分之一的癌症相关死亡。这些患者常常面临严峻的预后，主要原因在于肿瘤异质性高、研究困难，以及患者基数小导致临床试验难以开展。当他们面临高度侵袭性的疾病时，每一个治疗机会都弥足珍贵，然而现实却是有效的治疗方案寥寥无几。医生们常常被迫借鉴更具共性癌症的治疗方案，但由于分子机制的差异和显著的个体异质性，这些治疗往往收效甚微。即便有些靶向疗法在罕见癌症中显示出高应答率，但由于药物批准的适应症限制和医生的谨慎态度，患者们常常错失良机。因此，为罕见癌症患者选择并优化个性化治疗，以拓宽其治疗选择、改善临床结局，至关重要。
在此背景下，一项发表于《Cellular Oncology》的研究，通过追踪一位神经内分泌宫颈癌（NECC）患者从初次诊断到最终接受肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）疗法的完整临床旅程，为我们揭示了如何利用前沿的个性化肿瘤模型，为这些“被忽视”的患者寻找并创造新的生存机会。这项研究不仅验证了模型的可靠性，更发现并优化了潜在的救命疗法，为克服罕见癌症的治疗虚无主义提供了强有力的概念框架。
为了开展这项研究，研究人员运用了多项关键技术方法。首先，他们从该NECC患者多次复发转移的病灶中，成功建立了纵向的个性化肿瘤类器官（PTO）模型。其次，研究团队获取了与这些病灶对应的自体肿瘤浸润淋巴细胞（TIL），并开发了一个将PTO与TIL整合的共培养系统，用以模拟临床免疫治疗反应。此外，研究还进行了多组学测序分析（包括全基因组测序、转录组测序和ATAC-seq），以深入解析肿瘤的基因组景观、克隆演化和耐药印记。最后，研究通过在免疫缺陷小鼠体内建立PTO来源的异种移植瘤模型，验证了候选靶向药物的体内疗效。
结果
PTOs保留了肿瘤进展中特定进化阶段的分子特征。
研究人员首先梳理了患者的完整临床病程和治疗轨迹。他们从三个转移灶（M1, M2, M3）成功建立了PTOs。这些PTOs在形态、组织病理学蛋白表达（如CHGA, SYP, P16INK4a, Ki-67）和转录组特征上都高度重现了其亲本肿瘤。全基因组测序分析显示，PTOs在单核苷酸变异、插入缺失突变和拷贝数改变方面与亲本肿瘤高度一致。更重要的是，克隆进化分析揭示了12个不同的突变簇，其中部分克隆的比例在化疗过程中动态变化，例如c4和c11克隆在初始紫杉醇+卡铂（TC）治疗后减少，但在后续治疗中恢复并保持高比例，提示其可能对TC疗法产生了获得性耐药。这些变化在PTOs中得到了准确再现。突变特征分析还发现，与铂类化疗相关的特征（SBS31/SBS35）在M3肿瘤及其PTO中富集，甚至在M1和M2的PTO中也出现，表明PTOs可能富集了耐药肿瘤细胞群体。这些数据共同表明，PTOs能够精确保留不同进化阶段肿瘤的分子特征。
NECC PTOs揭示耐药印记，同时在化疗失败后发现靶向治疗机会。
为了评估PTOs作为化疗伴随诊断的准确性，研究人员用PTOs回顾性测试了其对临床所用化疗药物的敏感性。结果显示，PTOs对紫杉醇最为敏感，这与患者初期TC治疗获得完全缓解（CR）的临床结果一致。对后续EP/VEC交替化疗和再次TC治疗的反应也分别与临床的部分缓解（PR）和疾病进展时间相吻合，验证了PTOs预测临床反应的能力。值得注意的是，在治疗过程中复发病灶建立的PTOs（M2, M3）对相应药物（如EP/VEC中的药物，或TC方案）显示出更高的IC50值，表明PTOs保留了临床治疗中获得的耐药印记。在化疗失败后，研究利用PTOs探索新的治疗机会。基因组分析发现患者肿瘤存在显著的ERBB2扩增，且ERBB-MAPK信号通路激活。药物筛选显示，来自M3转移灶的PTOs对泛ERBB抑制剂阿法替尼（Afatinib）和MEK抑制剂曲美替尼（Trametinib）高度敏感。在异种移植瘤模型中，阿法替尼单药治疗能够完全抑制肿瘤生长甚至诱导肿瘤消退，而临床曾有效的TC方案则未能完全控制肿瘤，凸显了阿法替尼在该患者中的巨大治疗潜力。
NECC PTOs免疫共培养系统重现了临床TIL治疗结果。
该患者在化疗失败后接受了GT201 TIL产品治疗，并获得了部分缓解（PR）。研究分析了GT201 TIL产品的扩增曲线和免疫表型，并检测了患者输注前后外周血T细胞亚群和血清IFN-γ水平的变化，证实了治疗的有效性。为了验证PTOs能否作为免疫治疗反应的伴随诊断平台，研究人员建立了一个病变特异性TIL与PTOs的共培养系统。该系统显示，TILs能有效导致PTOs解体并杀死肿瘤细胞，同时刺激TILs释放IFN-γ。这些反应与患者对原位肿瘤细胞的反应一致，表明该共培养系统能够可靠地模拟临床免疫治疗应答。
利用PTOs在TIL生产过程中重建自体肿瘤抗原微环境，可产生具有增强抗肿瘤能力的优化TIL群体。
尽管TIL治疗有效，但患者未达到完全缓解。为了充分利用TIL治疗的潜力，研究人员设计了一种优化策略：在TIL大规模扩增前，用自体PTOs对其进行“训练”，重建肿瘤抗原微环境，然后通过CD137激活标记分选出肿瘤特异性TILs并进行扩增。经过优化的CD137+TILs在共培养系统中显示出显著增强的肿瘤细胞杀伤能力和特异性，其效应在添加MHC阻断剂后被抑制。这些TILs对自体原位肿瘤细胞也表现出更强的IFN-γ、CD107a和TNF-α反应。单细胞RNA测序和T细胞受体（TCR）测序分析进一步揭示了PTO训练如何使肿瘤特异性T细胞从耗竭状态转变为具有增殖和干细胞样特性的状态。此外，在患者输注TIL后，这些推测的肿瘤特异性TCR克隆型在外周血中显著富集，与临床肿瘤消退相关。该优化策略在另一例NECC和一例肺癌患者的TILs中也得到验证，显示了其跨患者和癌种的普适性。
结论与讨论
本研究建立了一个利用个性化肿瘤类器官（PTO）模型进行罕见癌症全生命周期精准治疗的综合性概念框架。研究表明，PTOs能够作为贯穿罕见癌症患者临床病程的伴随诊断和优化平台。纵向建立的PTOs不仅捕捉了基因组和转录组的异质性，还保留了耐药特征，使其能够重现患者的临床结局，并在化疗失败后预测有效的靶向疗法。更重要的是，通过将PTOs整合到TIL生产流程中，研究成功富集了具有增强抗肿瘤活性的肿瘤特异性T细胞群体，证明基于类器官的训练可以提升免疫治疗疗效。
长期以来，罕见癌症的研究受限于样本收集困难和缺乏合适模型。尽管类器官技术为研究带来了曙光，但考虑到特定癌症亚型的样本量有限以及治疗期间肿瘤的快速进化，针对患者的持续性、个性化管理显得尤为关键。本研究通过在不同时空位点纵向建立PTOs，实现了对疾病进展的动态追踪，而非依赖静态快照。研究发现，即便是同一患者，不同病灶的肿瘤也表现出显著不同的分子特征和治疗反应，这凸显了在利用类器官模型指导治疗时，仔细考虑类器官建立时机和患者具体临床背景的重要性。
在治疗策略方面，虽然国际指南推荐EP方案治疗NECC，但本案例对该方案反应有限。即使患者初始对紫杉醇反应良好，最终仍产生耐药。而本研究发现泛ERBB抑制剂阿法替尼对化疗耐药的转移瘤显示出卓越的治疗潜力，甚至可能实现肿瘤完全消退。这一结果挑战了罕见癌症治疗虚无主义的观点，强调即使在常规化疗耐药后，有效的选择依然可能存在。随着监管机构逐步接受类器官模型替代部分动物试验，罕见癌症患者最有可能成为下一代精准医疗的受益者。
在免疫治疗优化方面，传统的TIL扩增方案常因脱离肿瘤抗原微环境而导致有效TILs被稀释。本研究通过引入病变特异性PTOs重建自体肿瘤抗原微环境，重新激活了静默的肿瘤特异性TILs，并通过CD137分选和选择性扩增，获得了细胞毒性显著增强的优化TILs。单细胞测序分析进一步揭示了PTO引导的富集不仅能逆转T细胞耗竭，还能促进持久的抗肿瘤反应。尽管CD137是一个有价值的标记物，但未来探索其他标记物或其组合将有助于更全面地捕获肿瘤反应性TILs。
当然，研究也存在一些局限性，例如共培养系统缺乏基质和其他微环境组分，且作为回顾性单案例分析，无法进行实时临床干预。要真正让罕见癌症患者受益，未来亟需开展更大规模的前瞻性队列研究和多学科合作。
总而言之，这项工作全面阐述了罕见癌症患者当前面临的挑战与机遇，并为PTO引导的纵向诊断和免疫细胞优化提供了概念验证。通过整合先进的类器官技术、多组学分析和新型疗法，本研究提出了一个适用于罕见癌症的个性化、适应性治疗框架。未来的努力应聚焦于将新兴技术与个体化治疗优化及长期患者监测相结合。这些策略共同有望将罕见癌症患者转变为精准肿瘤学的真正受益者。
