基于病理染色的抗癌药物敏感性检测新技术丨CellPress对话科学家

恶性肿瘤的靶向药物治疗是目前主流的内科治疗方式，基于二代测序技术对治疗靶点进行预测可以有效地提高靶向药物的准确性和有效率，也构成了“精准医学”的核心框架。然而，二代测序技术主要基于药物已知靶点和循证数据，无法判断未知靶点，且在临床治疗中与疗效的对应关系不够高。近年来，虽然人源肿瘤异种移植模型（PDX）或miniPDX技术的应用部分弥补了二代测序的不足，但昂贵的价格和漫长的检测周期仍然无法满足临床肿瘤患者的需求。对于多靶点蛋白激酶抑制剂类靶向药，几乎无法通过二代测序进行预判，只能靠患者治疗后再评价。因此，临床亟待出现新型的药敏预测技术辅助精准诊断，提高靶向药物的有效率和疗效，缓解肿瘤患者的用药负担。

近日，Cell Press细胞出版社旗下交叉学科期刊iScience发表了南开大学药学院与天津国际生物医药联合研究院的合作论文“Targeted drug-loaded chemical probe staining assay to predict therapy response and function as an independent pathological marker”，报道了一种基于病理切片染色的新技术来检测药物的敏感性。

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病理切片是在患者进行活检或外科手术后用于确诊肿瘤的检测手段，是必不可少的肿瘤患者入院检查程序之一。通过化学生物学的手段将靶向药物连接荧光基团形成靶向药探针，对病理切片直接进行染色，可以清楚的看到靶向药物与病理组织细胞上的蛋白相结合，从而表征肿瘤组织上含有全部靶点的载荷量，通过与标准切片进行对比可以判定该患者使用相关靶向药物后可能的响应率。该方法基于靶点-药物相结合的原理，利用微波修复的手段重新打开固定蛋白的“口袋”，恢复组织切片上蛋白对药物的结合能力，通过调节染色条件和光敏基团交联等手段来提高特异性和稳定性。通过对临床样本的回顾性研究发现，采用该技术可以有效地预测伊马替尼与胃肠道间质瘤、索拉非尼与肝癌等靶向药的敏感性。此外，染色结果还可以作为独立的病理指标用于对患者预后的判断。

该技术是现有二代测序和PDX技术的重要补充，将为肿瘤“精准医学”的药敏检测提供了一个新的途径。重要的是，利用该靶向药探针切片染色技术，每次检测只需要4小时，检测成本只有1元钱/次，利用组织芯片每次可同步检测上百个样品。同时，研发人员也将进一步与多家医院进行多中心的临床样本检测和评价，拓展该技术在不同靶向药中的应用范围，为多个靶向药同步检测奠定基础。

Cell Press细胞出版社特别邀请论文通讯作者南开大学药学院孙涛教授代表研究团队进行了专访，请他为大家进一步详细解读。

作者专访

Cell Press：文中提到，对于目标药物，病理染色结果可以作为独立的病理指标用于对患者预后的判断。请问这是如何实现的？这将如何有助于临床诊断或治疗？

孙涛教授：上市靶向药都以患者用药后显著改善PFS或OS作为有效标志，靶向药所依赖的“药物靶点簇”也必然与预后相关。药物探针可以显示全部的药物靶点（靶点簇）蛋白的总表达水平，这个水平与患者肿瘤恶性度具有相关性（预后不良），因此可通过探针染色总强度来推测患者预后的情况。当某一患者的切片经过染色观察到药物探针染色阳性，不仅意味着该患者会从该靶向药治疗中获益（对该药物敏感），更意味着该患者具有该药物的靶点簇，该药物靶点簇的总体预后不良，那么不依赖于患者是否服药，也可以判定探针染色阳性的患者预后不良。

此外，如果评价的是一个位于临床试验阶段的新药或者临床前药物，也可以利用探针染色的方法判定药物临床试验成功率：即利用回顾性研究，观察探针染色强度（靶点簇）与生存时间的关联性，若对应的靶点簇可延长生存期，那么该药物在临床试验阶段就具备了延长患者OS的必要条件（靶点簇判定）。同时，对前瞻性临床试验的患者来说，经过探针染色的结果判定可决定该患者是否可入组进行药物临床试验，特别适合II期之后临床试验的入组患者筛选。

Cell Press：实验比较了冷冻切片和石蜡切片的染色效果，请问二者有什么区别？哪种切片染色后更符合荧光分析要求？

孙涛教授：在优化条件的基础上，冰冻切片和石蜡切片均可满足染色结果判定，但从组织学特征的保留和与HE综合分析的角度来说，石蜡标本更便于进行探针染色和诊断。从临床可操作性来说，石蜡标本也更适合药敏检测和预后判断。

Cell Press：索拉非尼的靶点十分复杂且与肝癌的预后密切相关。文中提出了“药物靶点簇” （drug target cluster）这一概念，也指出了一些潜在的靶点，例如KIT、RAF1、KRT8和TTK等，请问这对今后的研究，或新的靶向药物研发有何影响？

孙涛教授：通过本研究发现索拉非尼的靶点非常杂泛，钓取获得的新靶点与已知靶点相比，在TCGA肝癌数据中展现出更好的生存时间相关性，因此推测靶向药的未知靶点在疗效中起到不低的贡献度，这也解释了为何临床上靶点检测阴性的患者也可从药物治疗中获益。对于任何一个药物，都无法实现完整的靶点筛选，因此偏靶作用并没有很好的方式提前预知，采用药物探针的靶点簇分析和钓取分析，可更为有效的研究药理、筛选潜在获益患者、入组临床试验患者和对患者进行药敏预测。

Cell Press：研究中遇到了怎样的挑战？您和您的团队又是如何解决的？

孙涛教授： 该研究结合了病理学与化学生物学，将探针染色技术应用于组织学层面。最大的挑战在于对固定后的的蛋白质如何恢复其与药物的结合能力，这就需要不断的优化和改善染色条件，包括抗原修复和光亲和交联。其中光亲和基团的选择也是做了大量工作，在去除背景和提高灵敏度方面找到了平衡点。

Cell Press：您团队是否计划开发更多针对靶向药物的探针？

孙涛教授：药物探针技术在未来最大的优势就是对多种不同荧光标记的靶向药进行一步法染色，通过多个通道分析不同荧光值的强度，可以一次性判断药敏特征，甚至药物联用的可能性。通过提高荧光强度，甚至有望将靶向药探针直接注射到手术患者的外周血，使得手术野中的肿瘤组织显色，从而便于手术切除。

论文主要通讯作者介绍

关于 孙涛 教授

南开大学药学院教授、药理学科副主任，天津国际生物医药联合研究院党委委员、分析测试中心主任、天津创新药物早期成药性评价重点实验室主任。

相关论文信息

论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊iScience上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

论文标题：

Targeted Drug-Loaded Chemical Probe Staining Assay to Predict Therapy Response and Function as an Independent Pathological Marker

论文网址：

https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30431-6

DOI: 

https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.10.050

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