攻克肿瘤“巨怪”：多倍体巨癌细胞(PGCCs)实验与计算模型研究进展及其临床转化前景

《Expert Reviews in Molecular Medicine》：Modeling the monstrosities: Experimental and computational systems for studying polyploid giant cancer cells

多倍体巨癌细胞(PGCCs)是驱动肿瘤转移、复发和耐药的关键亚群，但其研究受限于模型系统的不一致和缺乏规范化。本综述系统分析了用于PGCC研究的各类模型系统（包括2D/3D培养、类器官、异种移植等），指出单一系统无法全面概括PGCC生物学特性，提出整合患者来源类器官、谱系示踪异种移植和单细胞组学等多模型实验策略，为开发PGCC靶向疗法、识别临床生物标志物提供了关键见解，对推动精准肿瘤治疗具有重要意义。

　　

在癌症治疗领域，一个令人困惑的现象长期困扰着研究人员和临床医生：许多患者在经历最初的积极治疗反应后，最终会面临疾病复发和转移的挑战。这种获得性治疗抵抗已成为实现成功有效治疗的主要障碍。近年来，科学家们将目光投向了一类形态奇特、功能特殊的癌细胞亚群——多倍体巨癌细胞(PGCCs)。这些“巨怪”般的细胞在复杂的肿瘤景观中通过内复制、细胞融合和胞质分裂失败等方式产生，它们不仅获得癌症干细胞特性，对治疗产生抵抗，还能进入可逆的衰老状态，在治疗压力消失后“苏醒”并通过无丝分裂或核内有丝分裂产生耐药后代。

尽管PGCCs在肿瘤中的存在已被观察了近150年，但长期以来它们大多被视为组织处理或培养的人工产物，或是衰老且不分裂的异常细胞。这种认知偏差源于传统研究技术的局限性，如二维(2D)培养和短期试验难以捕捉PGCC行为的全谱。随着成像技术、分子分析和多模型系统的进步，PGCCs已被重新定位为癌症生物学的动态驱动者。然而，PGCC研究目前仍面临术语不一致、模型系统缺乏标准化等挑战，阻碍了对其机制的深入理解和临床转化。

为了解决这些问题，研究人员在《Expert Reviews in Molecular Medicine》上发表了一篇系统性综述，旨在通过方法学分析PGCC研究中使用的各种模型系统，填补文献空白，推动临床应用导向的多元化研究。研究团队收集了截至2025年11月来自Google Scholar、PubMed和ScienceDirect的学术文献，重点关注PGCC在癌症中的发展、特征和功能参与。

研究人员主要运用了文献系统回顾与分析的方法，建立了明确的文献纳入与排除标准，并对研究质量进行了评分评估。关键技术方法包括：各类体外模型（2D细胞培养、3D球体、类器官、微流体装置）、体内模型（果蝇模型、异种移植模型、基因工程小鼠模型）、离体模型（原代肿瘤衍生培养、肿瘤外植体、循环肿瘤细胞）以及计算生物学方法（单细胞RNA测序、空间转录组学、数学建模）。特别是对患者来源样本（如组织、血液）的分析为研究提供了临床相关性。

生物特性

PGCCs代表了一个独特的癌细胞亚群，以其异常大的尺寸和多个细胞核为标志。它们表现出独特的形态学、分子和遗传特征，包括增大和多核形态、上皮-间质转化(EMT)和干性相关标志物，以及广泛的基因组不稳定性。研究表明，PGCCs经常表现出增加的侵袭性、转移能力和治疗抵抗性。例如，在前列腺癌中，较大、多核的癌细胞比原始细胞表现出更强的侵袭性和转移潜力。PGCCs还上调p21表达，而用UC2288阻断p21表达可抑制PGCC形成并损害从PGCC产生后代的能力。此外，最一致的抗凋亡蛋白如Bcl-2、Bcl-xL、Survivin和Beclin在多个PGCC研究中显著升高，解释了PGCCs对凋亡的增强抵抗。

研究模型

研究详细评估了各类PGCC研究模型的特点和应用：

体外模型：2D细胞培养是PGCC研究的基础工具，提供灵活适应的平台，可用于方法开发和技能提升。化疗药物（如紫杉醇、顺铂）、缺氧、辐射等多种应激源可诱导癌细胞向PGCCs转变。然而，2D系统在刚性基质上强迫不自然的细胞扩展，扭曲了形态，影响极性和信号传导。高级3D模型如球体和类器官能更好地模拟体内癌症进展的关键元素。微流体技术通过重建体内微环境，能够以高生理相关性探索PGCC的生物学和治疗抵抗。

体内模型：果蝇模型具有遗传可操作性，可用于机制解析；异种移植模型通过将人类癌细胞或患者来源肿瘤植入免疫缺陷小鼠，密切模拟肿瘤微环境，揭示PGCC在进展、抵抗和复发中的作用；基因工程小鼠模型(GEMM)允许肿瘤在完整免疫系统中自发发展，能够研究肿瘤-免疫相互作用。

离体模型：患者肿瘤的离体培养保留了原始肿瘤微环境的特征，如异质性和细胞结构；肿瘤外植体培养通过保持小块患者肿瘤组织体外培养，保留自然结构、细胞异质性和肿瘤微环境(TME)元素；循环肿瘤细胞(CTCs)分析能够实时监测疾病进展、治疗反应和转移潜力。

计算研究：计算建模技术对于理解PGCC发展及其复杂行为至关重要，特别是与流式细胞术、活细胞成像和空间转录组学的实验数据结合时。

临床意义

PGCCs是与治疗抵抗、肿瘤进展、转移和复发相关的亚群，在各种恶性肿瘤中与不良预后相关。这些细胞即使在紫杉醇高浓度下也保持近乎完全的活力，产生独特的耐药后代细胞。通过全基因组加倍(WGD)诱导的多倍体也与不良预后和治疗抵抗相关。临床上，它们的数量在晚期疾病和化疗后增加。PGCCs还通过不对称分裂产生侵袭性后代和促进细胞异质性驱动肿瘤进展和转移。循环肿瘤细胞中基因组含量增加的细胞(CTC-IGC)的存在与较差的无进展生存期相关。

标准化与可重复性挑战

PGCC研究目前存在显著的可重复性问题，源于可变的定义和不一致的方法学。首先，定义变异性体现在用于识别PGCCs的大小阈值在不同研究中范围广泛（15-50微米）。这种表型异质性使跨研究比较和荟萃分析复杂化。此外，治疗后评估的时间点常常不一致，可能根据细胞周期和治疗动态偏向检测和测量结果；培养条件如血清浓度、基质硬度和细胞密度差异很大，影响PGCC诱导、生长和功能表征。

争议与未解问题

文献强烈支持PGCCs通过产生抵抗当前治疗的后代促进肿瘤生长和侵袭性的观点。然而，这些畸形细胞群也负责终末衰老和凋亡。这些非增殖细胞表现出被动代谢、不可逆生长停滞和休眠而非主动进展。这些分歧发现基于研究，如依赖于功能性p53状态的模型，促进多倍体细胞衰老和死亡，而p53缺陷情况导致增殖和耐药后代形成。

未来方向

未来研究应采用整合现代体外系统与体内成像的综合设计，以更深入理解其过程。器官芯片(OoC)设备是开发生理相关体外模型的变革性技术，提供对细胞环境的精确控制，并能研究TME内复杂的细胞-细胞相互作用。新替代方法(NAMs)的合理使用，如患者来源类器官(PDOs)和离体模型，正在革新临床前药物测试，同时减少对动物模型的依赖。此外，结合活体多光子显微镜和遗传条形码技术是新兴选择，可能实现多种背景下PGCC的可视化。

结论

PGCCs现在是癌症生物学的一个关键而引人入胜的部分，需要可靠的模型系统进行深入研究。虽然先进的3D模型和共培养系统提供日益复杂的平台来复制肿瘤微环境和细胞间相互作用调控PGCC发展和活性，但体外2D培养为早期表征提供简单性和可扩展性。体内模型，特别是果蝇和异种移植模型，促进了对PGCC在肿瘤生长、转移和治疗抵抗中作用的研究。最后，离体模型如原代肿瘤衍生培养、肿瘤外植体和循环肿瘤细胞，通过提供更临床相关的转化研究系统，帮助弥合体外和体内研究之间的差距。

这项研究的重要意义在于它首次系统评估了PGCC研究中的各种模型系统，提出了整合多模型实验策略的框架，为理解这些关键但难以研究的癌细胞亚群提供了实用指南。通过强调标准化和可重复性的挑战，并提出未来研究方向，这项工作有望加速PGCC生物学的理解，并推动针对这些难以捉摸的细胞的新治疗策略开发。随着癌症研究界越来越认识到细胞异质性和可塑性在治疗抵抗中的作用，对PGCCs的深入研究可能为克服一些最持久的癌症治疗挑战提供关键见解。