传统抗肿瘤药物筛选是将肿瘤细胞系接种在免疫缺陷小鼠皮下，但临床药效相关性不到5%。大约20年前德国人开始尝试直接接种新鲜的肿瘤组织块到小鼠皮下，建成人源肿瘤异种移植模型（Patient Derived Xenograft model，PDX模型），过去10余年药厂做了很多系统的研证，甚至前瞻性临床实验，结论是PDX药效结果与临床相关性高达90%。目前欧美日各大药厂无一例外，都广泛普遍的用PDX做临床前抗肿瘤药物研发。2016年2月美国国家癌症研究院（NCI）把PDX和人源肿瘤细胞系（Patient Derived Cell line，PDC）放入指南，建议大家放弃使用传统的NCI-60或ATCC 的肿瘤细胞系，改为PDX和PDC。

PDX模型是指将病人的新鲜肿瘤组织移植到免疫缺陷小鼠体内，依靠小鼠提供的环境生长的一种异种移植模型。这种模型保留了原代肿瘤的微环境和组织病理学及遗传学特征，对于筛选抗癌药物以及预测患者疗效、毒副作用、吸收程度等具有重要意义；此外，PDX模型可以保留原代病人肿瘤的特性，可以作为活体肿瘤用于保存和传代，为肿瘤学研究提供非常宝贵的研究标本。PDX模型平台是精准医疗中不可或缺的重要技术手段，如果说二代测序（NGS）技术能解决25%病人的药物选择问题，PDX模型等功能性药敏检测则解决另外75%病人的精准用药问题。个体化的PDX模型将成为肿瘤治疗中的一大助力，帮助医师为患者制定独一无二，最为适宜的治疗方案。

PDX模型的构建

PDX模型的建立方法是将新鲜外科手术肿瘤组织或活检组织通过皮下或原位种植到免疫缺陷的小鼠身上，也有将肿瘤种植到血供更为丰富的肾包膜下。皮下移植因其操作简单、容易观察、方便定期测量和适合传代等优点被广泛使用，但成功率相对较低，约40-60%，而且皮下异种移植瘤模型一般局限于皮下成团生长，很少出现转移扩散和转移瘤。肾包膜下移植因其血供比较丰富，成功率能达到95%以上，但肾包膜移植技术要求较高，受体小鼠的手术损伤较大，小鼠肾脏较小且肾包膜脆弱，操作容易失败，且易导致感染，肾包膜下移植不能直接观察肿瘤的大小也局限了其应用范围。与前两种移植位点相比，原位移植更加贴近肿瘤微环境，尤其是在研究肿瘤转移方面，原位移植模型最为理想，但由于原位移植对操作者的技术要求较高建模比较困难，也局限了其广泛应用。用于建立PDX模型的小鼠为免疫缺陷小鼠，常用BALB/C-Nude、NOD/SCID、NSG及NCG小鼠，其中NSG、NCG小鼠不但缺乏T细胞、B细胞和NK细胞，而且细胞因子信号传递能力缺失，对人源细胞和组织几乎没有排斥反应，是目前国际公认的免疫缺陷程度最高，最适合人源细胞或组织移植的工具小鼠。此外，肿瘤类型、肿瘤的恶性程度、组织离体时间及激素补充等也是影响PDX模型构建成功的重要因素。

PDX模型的应用

PDX模型是目前为止最为接近临床研究的相关肿瘤模型，这种模拟人肿瘤特异性的模型对肿瘤临床前评估、治疗和预后具有重要的转化意义，有望为肿瘤患者个体化治疗带来新突破。随着社会和科技的发展，癌症治疗观念正在发生根本性的改变，即由经验科学向循证医学、靶向性治疗模式转变。通过全基因组测序得到患者的全部遗传变异数据，通过生物信息学计算得到在患者肿瘤发生发展中起显著作用的基因变异，这些基因变异是肿瘤治疗的敏感位点，选用靶向这些变异基因的小分子药物有助于癌症的精准医疗。同时，不同患者所携带的不同遗传变异也决定了患者对药物治疗的敏感性。然而，一个肿瘤患者往往有多个遗传变异位点，如何在这些潜在治疗靶点中明确真正有效的靶点显得尤为重要。为了解决这个问题，PDX模型可作为“替身”模型用于药物筛选、耐药标记物的筛选及预测评估临床前个体化疗效。此外，PDX模型资源库的建立也为肿瘤研究提供了丰富的肿瘤资源库。

PDX在临床前药物研发中应用的个体化治疗策略，如图1所示，如研发一个治疗结直肠癌的药物，可通过构建PDX模型资源库，在系列结直肠癌PDX模型上开展药敏实验，每一例PDX代表一个特定病人，通过模型对药物的反应，将PDX模型中的有效组和无效组做系统的基因组和转录组分析，找出差异反应的基因特征图谱，对疗效预测生物标记物的发现及患者分群很有意义。另外，新药在PDX模型的第一步验证，这样可以避免直接上人体临床实验的风险。
 

图1：个体化治疗策略
（Hidalgo M, et al. Cancer Discov. 2014, 4(9):998-1013.）
 

PDX模型的不足与展望
PDX模型不能完全模拟体内微环境。虽然PDX模型模拟了原代肿瘤的组织病理学、基因组结构以及药敏反应，但在肿瘤移植过程中，PDX肿瘤的克隆型分布与患者原始肿瘤相比依然不同，PDX 的基因表达图谱与转移复发灶是重叠的，和与原发灶肿瘤有较大区别。
PDX模型的建模周期长。移植瘤建模周期包括移植、小鼠体内增殖及传代，整个过程大约需要6-12个月，不能满足术后就需制定化疗方案的临床需求。而PDX模型是在小鼠体内压力下生长，只有有肿瘤干细胞特征的，高复发转移的细胞群体才得以扩增，所以PDX模型药敏检测是用于1线治疗失败后，2-3线药物的药敏检测。
PDX模型建模的成功率低。PDX建模过程中，肿瘤类型、肿瘤的恶性程度、组织中肿瘤细胞比例、组织离体时间、受体鼠、操作技术、移植部位、饲养环境等多种因素皆会影响建模的成功率。
淋巴瘤的形成。多种组织来源的PDX模型中皆出现淋巴瘤的报道，包括肺癌、肝癌、前列腺癌、胃癌等，这些淋巴瘤大多数是CD45阳性的人源B细胞淋巴瘤，可能原因是免疫缺陷小鼠体内缺乏免疫监视，来源组织EBV感染使B淋巴细胞转换成增殖状态，从而导致B细胞淋巴瘤的形成。
 
结语
癌症治疗的精准医学需要来自基因组分析和药物反应的大数据整合，高通量测序技术的最新进展使患者个人的癌症基因组分析变成可能。PDX模型保留了原代肿瘤的组织病理、基因组特性、及药物敏感性，并且可以作为患者“替身”来研究药物反应。这些PDX模型为多样化的药物开发、生物标记物的发现、临床前的药物测试、联合临床实验以及个体化药物筛选提供了一个较为理想的平台，此外，结合基因组序列及PDX模型药物筛选，可以指导临床用药及提高疗效，为精准癌症医学提供新的机会。最后，结合测序数据以及替身实验的定向突变PDX模型将会给优化治疗，提高临床疗效，以及精准癌症医学提供新的机会。