上尿路尿路上皮癌（Upper Tract Urothelial Carcinoma，UTUC）是發生於腎盂和輸尿管的尿路上皮癌。中國的UTUC與歐美患者相比，佔尿路上皮癌的15~20%，遠高於國外患者。與下尿路的膀胱尿路上皮癌相比，UTUC預後更差、復發轉移率更高。對於進展期UTUC患者，根治術後輔助化療是其標準治療手段，然而腫瘤異質性的存在使不同患者對化療藥物的敏感程度不同。個體化精準治療是改善腫瘤患者預後的理想治療手段，但針對UTUC的個體化精準醫療缺乏合適的臨床前藥物效果評價模型。
2021年12月17日，北京大學第一醫院泌尿外科聯合深圳市第二人民醫院在Advanced Science期刊 (IF=16.8) 線上發表了標題為Patient-derived Upper Tract Urothelial Carcinoma Organoids as a Platform for Drug Screening的研究成果。該研究首次建立了臨床腫瘤組織來源的UTUC類器官培養體系，極大提高了腫瘤類器官建成的成功率。聯合Single-cell RNA-seq技術，該研究證明UTUC類器官可作為新型的腫瘤研究模型，可以針對耐藥細胞開發新型腫瘤治療策略。北京大學第一醫院泌尿外科周利群教授、李學松教授以及深圳市第二人民醫院黃衛人研究員為本文共同通訊作者，李志超博士、徐海波博士、鞏豔青博士、陳巍博士以及詹永豪博士為本文共同第一作者。
1.建立臨床腫瘤組織來源的上尿路尿路上皮癌類器官培養體系
首先，研究團隊基於根治性腎輸尿管切除術的病理組織樣本，對維持類器官生長所通用的生長因子及訊號通路調節劑進行了測試。結果表明，R-spondin1、noggin、SB202190等常用的類器官培養基新增劑對UTUC類器官是非必需的；且EGF會顯著降低UTUC類器官培養的成功率，而EGF對於正常組織來源的類器官培養是必需的。透過對培養體系的最佳化，不僅使上尿路尿路上皮癌類器官的培養效率得到極大提升 (圖1A-C)，同時解決了正常組織來源類器官的汙染問題 (圖1D)。
圖1. 上尿路尿路上皮癌類器官培養體系的建立
2.上尿路尿路上皮癌類器官維持其來源腫瘤組織的特徵
為了驗證培養的UTUC類器官可以精確維持其來源腫瘤組織的特徵，本研究對培養的上尿路尿路上皮癌類器官和其對應來源的腫瘤組織進行HE染色、免疫熒光染色、外顯子組測序及轉錄組測序，並將結果進行對比分析。研究結果表明，該體系建立的UTUC類器官能夠保持其原始腫瘤組織的病理形態結構 (圖1E, 圖2)、基因突變特徵及基因表達譜特徵。
圖2. 上尿路尿路上皮癌類器官的鑑定
3.基於上尿路尿路上皮癌類器官的抗腫瘤藥物的篩選
研究結果表明不同患者來源的UTUC類器官對於抗腫瘤藥物的敏感性存在巨大差異 (圖3A-C)，同時藥物篩選結果具有穩定性及可重複性 (圖3E)。FGFR3是UTUC中常見的突變基因，基於腫瘤類器官的藥物篩選結果表明，含有FGFR3啟用突變的腫瘤類器官對Trametinib的敏感性顯著高於FGFR3野生型的腫瘤類器官(圖3D)。
圖3. 基於上尿路尿路上皮癌類器官的抗腫瘤藥物的篩選
4.基於腫瘤類器官模型探究腫瘤耐藥機制及相應治療策略
基於腫瘤類器官的抗腫瘤藥物處理及scRNA-seq結果表明，UTUC類器官經過吉西他濱處理後產生了耐藥性 (圖4A-F)，c-Met在吉西他濱處理後的耐藥細胞中表達上升 (圖4G)，而吉西他濱聯合c-Met抑制劑卡博替尼可以有效逆轉吉西他濱耐藥從而殺傷腫瘤細胞 (圖4H)。
圖4. 基於上尿路上皮癌類器官探究潛在治療策略
綜上，UTUC類器官培養體系的建立不僅能夠作為“腫瘤替身”進行臨床前抗腫瘤藥物的療效預測，為UTUC的個體化精準醫療提供理論依據，還可以聯合使用單細胞測序技術，研究UTUC耐藥的分子機制及開發新型的治療策略，有望為UTUC發展有效的治療策略提供理論和實驗依據。
北京大學第一醫院泌尿外科暨北京大學泌尿外科研究所是新中國泌尿外科事業的發源地和先行者。自2010年起，本學科在復旦大學釋出的《中國最佳醫院排行榜》連續十一年位列本專科首位。作為全國重點專科，本學科依託“國家泌尿男生殖系腫瘤研究中心”及“衛生部泌尿男生殖系腫瘤醫療中心”，佈局精準醫學研究方向，堅持臨床和科研緊密結合、相互轉化，針對UTUC開展了系列臨床和基礎研究。本中心組建了國內規模最大的上尿路尿路上皮癌資料庫；主持並制定了多項共識和指南，研究成果被EAU診療指南引用。本中心建立了適合中國人群UTUC系統性診療模式；牽頭成立了中國醫師協會泌尿外科醫師分會上尿路尿路上皮癌（CUDA-UTUC）協作組，是國際目前參與單位數量最多、樣本量最大的UTUC多中心學術組織，在推動UTUC協作創新、開展高質量臨床循證研究、研究成果和診療規範的普及推廣及國際合作交流中具有重要影響力。
專家介紹
周利群 教授 教授，主任醫師，博士生導師。北京大學第一醫院泌尿外科及北京大學泌尿外科研究所所長
