编辑推荐：
胰腺癌研究因类器官技术迎来新突破。本文详细阐述了胰腺类器官模型在模拟疾病进展、评估治疗反应、探索肿瘤微环境（TME）等方面的重要应用，为胰腺癌个性化治疗提供了新方向，助力推动胰腺癌研究与治疗的发展。
引言
胰腺癌研究因类器官技术发生变革，胰腺类器官是胰腺癌研究的重要进展。它由成年和分化的胰腺上皮细胞组成 3D 球体，能长期体外扩增，模拟器官结构和功能。与传统 2D 细胞系和异种移植模型不同，它能更好地重现胰腺癌进展的生理特征，可从少量组织获取，便于进行基因、转录组和蛋白质组分析，有助于发现新的生物标志物和治疗策略。
胰腺类器官培养的发展历经多个阶段。1980 年 Ruby 实验室成功体外培养大鼠胰腺导管上皮细胞，开启了胰腺 3D 培养的征程。2012 年 Bar-Sagi 实验室改进技术，能将小鼠原代导管上皮细胞传代和扩增为球体，但细胞扩增能力有限。之后，Ku、Riggs 和 Rustgi 等实验室也分别取得进展，如利用特定培养基促进细胞生长、分离胰腺导管细胞等。
Clevers 实验室借鉴肠道类器官培养经验，开发出小鼠胰腺类器官培养方法，可使含成年胰腺祖细胞的类器官在 24 - 48 小时内形成，能长期扩增、传代且保持双能性。Kuo 实验室在此基础上开发了气液界面类器官培养模型，可研究肿瘤的致癌转化。Tuveson 和 Clevers 实验室进一步优化，建立了能模拟小鼠和人类胰腺癌不同阶段进展的模型，为研究提供了有力工具。
胰腺类器官模型能从细针穿刺（FNA）获取的小组织样本建立，这对多数确诊时已处于晚期、无法手术获取大量组织样本的胰腺癌患者研究意义重大。相比传统模型，它更能反映疾病生物学特性，有助于发现新的生物标志物和治疗靶点，推动胰腺癌研究发展。
胰腺类器官培养的分子和细胞特征
在研究中，理解 2D 和 3D 培养模型的差异对选择合适的临床前模型很关键。2D 细胞培养虽在癌症研究中应用广泛，但常无法重现体内生物学复杂性，影响研究成果向临床应用的转化。其缺乏合适的细胞组织方式，会影响下游细胞信号传导和功能。例如，2D 培养的 PANC-1 细胞在特定基质中形成球体时，会出现缺氧和有氧糖酵解相关标志物表达上调，同时细胞外基质相关基因表达改变，导致对吉西他滨耐药。
3D 培养的胰腺类器官则能更好地模拟体内胰腺组织的结构和组织病理学特征。在胰腺 3D 培养中，胰腺上皮细胞具有正确的基底 - 顶端极性，微绒毛、跨膜糖蛋白粘蛋白 1（MUC1）、紧密连接和 F - 肌动蛋白定位于面向管腔的顶端表面，而基膜和基底膜胶原蛋白定位于基底表面。源自胰腺上皮内瘤变（PanIN）的类器官能重现体内组织病理学特征，如细胞核增大、多形性和筛状结构形成。
患者来源的类器官（PDOs）能复制体内多种肿瘤细胞状态，可从大量胰腺癌患者（包括晚期患者）获取，准确反映原始组织的遗传学特征。在 PDOs 中能观察到与体内转录细胞状态相关的治疗耐药现象，但 PDOs 转录表型对特定微环境的依赖既是优势也是局限。例如，胰腺癌中僵硬的基质条件可诱导上皮 - 间质转化（EMT），促进化疗耐药。
在小鼠和人类胰腺类器官研究中，发现了许多与疾病进展相关的特征。小鼠 PanIN 类器官中 Muc5ac、Muc6 和 Tff1 表达上调，移植到小鼠胰腺后可形成 PanIN 病变。小鼠肿瘤来源的类器官和转移类器官能重现体内肿瘤特征，且两者转移潜能差异明显，有助于研究癌症转移机制。在人类中，正常和肿瘤类器官在形态和分子上存在显著差异，肿瘤类器官具有发育异常的高柱状形态、非整倍体以及 KRAS、TP53 等基因突变，移植到小鼠体内后可迅速进展为 PanIN 样病变，进而发展为浸润性癌。这些都表明胰腺类器官培养为研究胰腺癌生物学和治疗策略提供了重要平台。
转录和表观遗传动态的类器官模型
胰腺癌的发生主要由癌基因 KRAS 的功能获得性突变驱动，同时伴有 TP53、CDKN2A 和 SMAD4 等抑癌基因的功能丧失性突变，但驱动癌症侵袭性和转移能力的复发性基因突变仍不明确。由于转移性胰腺癌的突变谱与原发性肿瘤相似，理解细胞自主因素（如转录因子（TF）调控和表观遗传改变）对胰腺癌进展和转移的影响，对开发有效治疗方法至关重要。PDO 模型为研究这些问题提供了良好平台，能维持原始肿瘤的表观遗传和转录状态，允许统一培养条件和纵向采样，更准确地反映肿瘤细胞特征。
研究发现，多种转录因子在胰腺癌进展中起关键作用。FOXA1 可重编程增强子景观，促进胰腺癌转移；Engrailed1（EN1）通过表观遗传调控细胞死亡 / 存活相关靶基因，增强胰腺癌的侵袭性和转移潜能；EVI1 激活超级增强子，上调驱动肿瘤发生和转移的基因；TEAD2 可促使胰腺癌向基底样亚型转变，增强血管生成和转移能力。这些发现为靶向表观遗传改变的治疗干预提供了新方向。
对 DNA 甲基化在胰腺癌进展中作用的研究也取得重要进展。Bailey 等人发现胰腺癌的鳞状亚型具有高甲基化特征，相关基因表达下调，导致内胚层身份丧失。研究团队通过全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）在小鼠和人类胰腺癌类器官模型中鉴定出阶段特异性和亚型特异性的 DNA 甲基化特征，如鳞状亚型中 GATA6 结合位点的高甲基化，影响了胰腺癌的进展和分子亚型分化。利用类器官研究表观遗传改变，有助于深入理解胰腺癌的分子机制，开发诊断标志物和靶向治疗方法。
用于治疗开发的类器官模型
在胰腺癌临床治疗中，当前的标准治疗方案（如 FOLFIRINOX 或吉西他滨联合纳米白蛋白结合型紫杉醇等）对患者生存率的改善有限，这主要归因于复杂的胰腺肿瘤微环境（TME）阻碍了药物的有效递送和分布。基因工程小鼠模型（GEMMs）虽用于临床前药物测试，但存在局限性。受微生物学中 Kirby - Bauer 纸片扩散试验启发，癌症研究人员开始探索利用患者肿瘤来源的类器官模型进行药物筛选。
多项研究证实了类器官在预测药物反应方面的价值。2018 年 Tiriac 等人的研究表明，PDOs 中的药物反应能反映患者的临床反应，这为个性化治疗提供了依据。Hidalgo 团队的 HOPE 试验、Demyan 团队的回顾性研究以及 Jaulin 团队的前瞻性研究都进一步验证了 PDOs 在预测药物反应方面的能力。这些研究发现，PDOs 不仅能预测患者对化疗的反应，而且接受 PDO 药物测试推荐治疗的患者总体反应率和无进展生存率更高。
PDOs 还广泛用于药物筛选，以发现新的治疗靶点和耐药机制。Clevers 团队利用 PDOs 发现了对特定药物敏感的标志物；Schwank 团队通过 CRISPR - Cas9 基因编辑和药物筛选，为胰腺癌治疗提供了新的药物选择；Huang 团队发现某些 PDOs 对靶向组蛋白修饰酶 EZH2 的 UNC1999 敏感；Zhou 团队筛选出可克服吉西他滨耐药的药物；Gulay 团队揭示了联合抑制 KRAS 和 ERBB 信号可克服耐药。此外，PDOs 还可进行多组学分析，发现预测药物反应的标志物，如染色质可及性特征、代谢亚型等，有助于开发更有效的联合治疗方案，推动胰腺癌个性化治疗的发展。
胰腺癌肿瘤微环境的类器官模型
胰腺癌的肿瘤微环境（TME）以密集的基质为特征，主要由活化的癌相关成纤维细胞（CAFs）和富含胶原蛋白的细胞外基质（ECM）组成，这给药物递送带来很大挑战。针对 CAFs 的研究在小鼠模型中虽有一定成果，但临床转化效果不佳。胰腺癌还被认为是 “冷” 肿瘤，对免疫治疗反应不佳。因此，需要创新模型来研究 TME 中的复杂相互作用。
类器官与 TME 细胞共培养模型为此提供了新途径。Tuveson 实验室通过将胰腺癌类器官与胰腺星状细胞（PSCs，CAFs 的主要前体）共培养，发现两者相互促进生长，激活 PSCs 向 CAFs 转化，产生典型的胰腺癌 ECM。研究还发现了不同亚型的 CAFs，如经典的肌成纤维细胞（myCAFs）、炎症性 CAFs（iCAFs）和抗原呈递 CAFs（apCAFs），不同亚型的激活受不同信号通路调控，如 TGFβ/SMAD2/3 信号通路激活 myCAFs，IL1α/JAK/STAT 信号通路激活 iCAFs，缺氧可诱导 CAFs 的炎症表型。
PDO 与 TME 各种细胞成分共培养模型可研究肿瘤 - 基质相互作用在肿瘤进展中的作用。研究发现 CAFs 可诱导正常和 KRAS 突变的腺泡细胞向导管细胞转分化，促进胰腺癌起始；CAFs 还可通过分泌干细胞龛因子维持肿瘤生长，不同 TME 成分对癌症干细胞的维持作用不同。此外，共培养系统还可研究胰腺癌进展中的基质侵袭，如 PSCs 与 PDOs 直接接触可通过分泌基质金属蛋白酶 2（MMP2）破坏基底膜，促进癌细胞侵袭。
类器官技术也为研究肿瘤进展中的免疫反应提供了平台。研究发现 KRAS 突变的类器官可诱导巨噬细胞极化为 M2 亚型，抑制上皮 PEDF 表达；PDAC TME 中富含多形核（PMN）髓源性抑制细胞（MDSCs），可促进肿瘤生长，抑制细胞毒性 T 淋巴细胞增殖；通过共培养可研究免疫治疗相关机制，如发现 NKG2A - HLA - E 轴可能是胰腺癌中细胞毒性 CD8+ T 细胞的免疫检查点；还可筛选免疫治疗相关药物，如发现 BET 和 HDAC 抑制剂可增强胰腺癌抗原呈递和细胞毒性 T 细胞的抗肿瘤活性。
多种共培养模型不断发展，如利用定制肽两亲性 ECM 组件（PA - ECMs）的高度可调共培养系统、PDO - 芯片模型、基于微流体平台的模型等，这些模型可更好地模拟体内 TME，用于研究药物反应、筛选新的治疗策略，有望推动胰腺癌治疗的变革。
结论
胰腺类器官模型的发展是胰腺癌研究的重要基石，它能高度模拟体内复杂环境，在癌症生物学的多个领域促进关键发现，帮助深入理解胰腺癌。作为高度适应性的临床前模型，类器官有助于研究诊断和治疗策略，为临床个性化医学提供有力支持。随着类器官技术的不断改进，将更多 TME 细胞成分整合到模型中，能进一步提高模型的生理相关性，更准确地模拟细胞相互作用和药物反应，为胰腺癌生物学研究提供更全面的视角，推动治疗策略的改进，最终改善患者预后。
