TSC2

导读前几节我们介绍了RTKs（第一、二期）、MAPK通路（第三期），今天我们介绍另一个在RTKs下游、与MAPK平行的另一个重要通路—PI3K通路。01PI3K的组成与激活方式磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositide 3-kinases，PI3K）是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，具有磷脂酰肌醇激酶活性的同时，也具有丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶活性。PI3K可分为3类，其中研究最广泛的为I类PI3K, 此类PI3K为异源二聚体，由一个调节亚基p85（由PIK3R1基因编码）和一个催化亚基p110（由PIK3CA基因编码）组成。催化亚基共有α、β、δ、γ四种类型，其中，α、β、δ类对应p85α, p85β或p55调节亚基；而γ类对应p101和p84/87调节亚基。调节亚基具有SH2结构域，能够识别RTKs的胞内激酶结构域（TK），并引发催化亚基p110的激活。图 1. PI3K的激活方式PI3K的激活方式一共有4种。如上图所示，当胰岛素家族生长因子激活相应的RTKs时，p85可以通过IRS1等接头蛋白（Adapter Protein）间接被接活（a）；此外，其他家族生长因子及RTKs结合时，p85也可以直接识别TK结构域（b）；上一期中我们提到的RAS蛋白在RAS-GTP的形式下，也可以直接活化PI3K 的催化亚基p110（c）。Raf和PI3K均可被RAS调节是MAPK通路与PI3K通路存在交叉的主要原因；此外，γ型PI3K催化亚基还可以被某些G蛋白偶联受体激活（d）。02P13K催化功能图 2. PI3K催化的反应PI3K激活后能够催化PIP2的3位羟基磷酸化生成PIP3，从而进一步促进下游通路；恰恰相反，细胞中另一种酶PTEN则能催化这个反应的逆过程，并对PI3K下游的通路产生抑制作用。PIP3生成后，可以充当第二信使，同时招募PDK1和AKT蛋白到质膜上，使PDK1磷酸化AKT蛋白的308号位的苏氨酸（T308），导致AKT部分活化。被活化的AKT将进一步激活下游调控通路。03PI3k-AKT 通路图 3. PI3K-AKT及下游蛋白AKT 是一类 AGC 家族的丝氨酸/苏氨酸激酶，主要包含3 个结构域：PH 结构域（对 PIP3 有亲和力，对与胞膜的结合至关重要）、催化结构域、调节结构域。AKT作为一种原癌基因，在多种细胞过程中发挥关键作用，如葡萄糖代谢，细胞凋亡，细胞增殖，转录和细胞迁移；PI3K/AKT 信号通路失调见于多种人类疾病，包括癌症、糖尿病、心血管疾病和神经疾病。 AKT下游作用的底物分类繁多，结合上图我们对主要的底物进行概述：1、TSC2TSC复合体（结节性硬化症复合体）包含三个亚基：TSC1，TSC2以及TBC1D7，能够负调控mTORC1复合体的活性，起到肿瘤抑制的作用。产生这种作用的主要原理是：TSC2包含的GTP酶活化蛋白（GTPase activating protein，简称GAP）结构域，将GTP形式的RHEB（RAS家族的一种小G蛋白）水解为GDP形式的RHEB，导致RHEB失活，不能激活mTORC1的激酶活性，从而抑制细胞生长。而AKT诱导TSC2蛋白(tuberin) 的939位Ser和 1462位Thr磷酸化后，活性抑制，导致mTOR通路反而被激活；2、BADBAD（Bcl2相关的细胞死亡激动剂）能够正向调节线粒体的凋亡，AKT磷酸化该蛋白后，BAD活性抑制；3、MDM2AKT能够通过磷酸化p53的泛素连接酶—MDM2而使其激活，从而抑制p53产生的细胞周期阻滞与凋亡。4、p21 和 p27    CDK抑制因子p21和p27是两个重要的细胞周期调节因子，在正常细胞 DNA受损伤时 , 被P53诱导产生，抑制DNA复制，增强DNA修复，起到抑癌作用。而AKT磷酸化抑制这些CDK抑制因子后能够抑制其活性。5、GSK3βGSK3β（糖原合成酶激酶3β）是一种在进化上非常保守的丝氨酸/苏氨酸激酶，参与肝糖代谢，在Wnt 通路中扮演重要的角色。正常情况下GSK3β可以磷酸化β-catenin使其经蛋白酶体降解， AKT磷酸化GSK3β后，导致GSK3β失活，不能再磷酸化β-catenin，致使β-Catenin在胞浆内大量聚集，从而进入细胞核并激活与细胞分裂和生长调控相关的基因（如c-myc和Cyclin D1等）。6、IKK ( IκB kinase )IKK ( IκB kinase ) 被AKT磷酸化激活，IKK 进一步磷酸化抑制能够抑制NF-kβ途径的转录因子IκB（注意断句....），最终结果是：AKT正向调控了NF-kβ途径，从而对细胞生存、增殖、侵袭、血管生成和化疗耐药产生影响。 7、WEE1    CDK1抑制激酶—WEE1能够被磷酸化抑制，对有丝分裂产生影响。8、ASK1ASK1 （凋亡信号调节激酶1）是一种能够激活JNK信号通路（MAPK通路的一种，详情见第二期）的MAPKKK，与凋亡诱导，促凋亡和内皮网应激(ERS)有关，AKT磷酸化ASK1后，导致其活性抑制。9、FOXOFOXO是一种凋亡诱导转录因子，AKT磷酸化FOXO后导致其在细胞内重新定位并失去转录活性。综上所述，我们可以看出：AKT所产生的效应最终结果大多引起细胞增殖及避免凋亡。04PI3K-AKT-mTOR 通路及TORC复合物前面我们已经说过了，AKT能够通过抑制TSC2，间接导致RHEB激活mTOR增强。mTOR全称叫做哺乳动物雷帕霉素靶点（mammalian target of rapamycin， mTOR）。mTOR是一类丝/苏氨酸激酶，C端与磷脂酰肌醇激酶（PI3K）催化域同源，但是却不具备酯酶激酶的活性，而具有Ser/Thr蛋白激酶活性。mTOR 能够形成两种复合物：TORC1和TORC2。图 4. PI3K-AKT-mTOR通路除了能被AKT激活外，mTOR还能根据细胞环境的能量与营养情况被激活或抑制。如上图所示，当能量不足（AMP/ATP 比例增高）、缺氧时， TSC2、TSC1形成复合体增强，抑制mTOR复合物形成。当溶酶体氨基酸过量时，H+-vATP酶能够激活带有鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEFs)的蛋白复合物Ragulator，从而促进TORC1的形成。图 5. TORC1与TORC2前面已经提到，mTOR有两种复合物：mTORC1 和mTORC2。mTORC1 由 mTOR、mTOR 调节相关蛋白 Raptor、MLST8 和非核心组分 PRAS40、DEPTOR 组成。mTORC2 由 mTOR、mTOR 帕霉素不敏感伴侣 RICTOR、MLST8 和 mSIN1 组成。这两种复合物的主要区别就在于：结合蛋白是Raptor还是Rictor以及相关蛋白是PRAS40还是mSIN1。其中，前者的区别主要决定TORC1对雷帕霉素敏感，而TORC2对雷帕霉素不敏感；而后者的区别则在于：PRAS40是AKT的底物，而mSIN1是MAPK的底物。从功能上来说，TORC2功能较为简单，它能够磷酸化AKT从而对mTOR产生正反馈，促进mTOR进一步活化（与前面PDK1的部分活化呼应）。TORC1则不同，能够继续磷酸化下游多种底物，调控细胞生存、增殖、蛋白质合成、脂质生成、血管生成和自噬等生物过程。05TORC1 下游底物与效应图 6. TORC1下游底物及效应TORC1 与蛋白质合成真核起始因子4E（eIF4E） 是一种帽结合蛋白，可以特异性地识别mRNA的5'端的帽子结构，在真核翻译的起始过程中发挥重要作用。其阻遏蛋白4EBP1磷酸化缺失时，eIF4E 不能被释放出来用于招募核糖体用于激活翻译过程。mTOR通过磷酸化4EBP1，解除其对EIF4E的抑制作用，从而促进翻译和蛋白质的合成。TORC1还可以先磷酸化激活下游AGC家族核糖体S6激酶（S6K1），S6K1可以磷酸化激活核糖体S6蛋白（RPS6）、PDK1（AKT上游激动蛋白）、MDM2（p53抑制因子）、转录调节因子EEF2、接头蛋白IRS等，磷酸化抑制促凋亡蛋白BAD。最终的效应就是：避免细胞凋亡、促进蛋白质合成。TORC1 与脂质合成TORC1除了促进蛋白质合成外，还可以磷酸化激活STAT3 (信号转导与转录激活因子3)促进细胞增殖；激活SREBPs(固醇调节元件结合蛋白)和PPARα和γ(过氧化物酶体增殖物激活受体) 促进脂质合成。TORC1 与血管生成TORC1能够通过激活HIF1α促进血管生成，而HIF1α也可以间接地激活TSC2，从而对TORC产生负调控作用。TORC1与自噬TORC1通过磷酸化抑制下游底物ULK1等自噬相关蛋白，抑制自噬过程。综上所述，TORC1通过磷酸化激活/抑制一系列底物，直接/间接提高了蛋白质和脂质的合成、促进细胞增殖，引起细胞和组织的生长。06PI3K-AKT-mTOR 与肿瘤从上文我们可知，PI3K 通路可以通过多种途径避免细胞凋亡，促进其存活及增殖。PI3K/AKT信号通路在肿瘤发生中广泛的激活，尤其是PIK3CA，PIK3R1，PTEN，AKT等基因存在高频突变（其中PIK3CA基因在大约36%的乳腺癌中存在突变），与肿瘤发生、发展以及耐药密切相关。目前该通路的主要涉及的突变有：1、PIK3CA突变PIK3CA是肿瘤中编码 PI3K 蛋白 P110 亚基的基因，具有较高的突变比例。在前列腺癌、乳腺癌等多种癌症中，超过 10%以上的病例存在PIK3CA 突变。其中，激活型突变占80%以上。激活点突变可以让 PI3K 蛋白不依赖上游信号，而持续保持激活状态。PIK3CA 突变被认为是 EGFR-TKI 治疗产生耐药的潜在原因之一。2、PTEN突变前文我们提到， 抑癌基因PTEN能够产生与PI3K相反的效应，因此其突变也导致癌症发展。在子宫内膜癌、脑癌、皮肤癌和前列腺癌中， 10%以上的病例存在 PTEN 基因突变。3、AKT突变AKT基因家族包括：AKT1，AKT2，AKT3。AKT 在肿瘤中最常见的突变形式，是激活点突变和基因拷贝数异常增加。在乳腺癌、结直肠癌、卵巢癌和膀胱癌中，有相当高比例的病例。图 7. 针对PI3K-AKT-mTOR通路设计的药物如上图所示，目前针对PI3K、AKT以及mTORC靶点的药物研发均有一些进展。参考文献：[1] Robert, Jacques. Textbook of Cell Signalling in Cancer [M]. Springer International Publishing, 2015.[2]  Wagener C , Stocking C , O. Müller. Cancer Signaling - From Molecular Biology to Targeted Therapy[M]. 2017.[3] Amanda H . Cancer cell signalling[M]. Wiley Blackwell, 2014.部分素材来源于网络，侵删。预告第五期：细胞因子通路；第六期：TGFβ通路；原创不易，欢迎发现“分享”和“点赞”

6个月大的乐乐（化名）从出生起就与众不同。别的宝宝酣睡时，他却会突然全身绷直、四肢抽搐，像被"电击"般惊跳起来。起初父母以为只是婴儿正常的惊跳反射，直到乐乐脸上出现几片树叶状的白色斑块，CT检查结果让所有人震惊——这个小小身躯里，大脑、心脏、肾脏竟然都长满了肿瘤！"就像身体里埋了无数个小炸弹。"乐乐的妈妈颤抖着描述。最可怕的是脑部检查发现的"烛泪征"——CT上那些如同融化蜡油般从脑室壁滴落的钙化结节。神经科医生立即安排了基因检测，结果显示TSC1基因存在致病突变，最终确诊为结节性硬化症（TSC）什么是结节性硬化结节性硬化(tuberous sclerosis complex，TSC)是一种常染色显性遗传皮肤神经综合征，最初由Recklinghausen于1862年首次描述，该病临床表现复杂多样，多以皮损、脑内结节、心脏横纹肌瘤、肺血管淋巴瘤、肾血管平滑肌瘤等全身多个器官出现错构瘤病变及神经精神症状为主。临床表现结节性硬化症（TSC）为多系统受累的遗传病，最常见表现为癫痫和面部血管纤维瘤。约80%～90%患儿有癫痫，TSC1突变起病早、多痉挛，TSC2突变起病晚、以局灶发作为主。部分患儿有智力减退、行为异常，MRI/CT可见皮质结节、室管膜下结节或巨细胞星形细胞瘤。皮肤表现见于90%以上患儿，包括面部血管纤维瘤、色素脱失斑、鲨革样斑和甲周纤维瘤，多于婴幼儿期出现，为重要诊断依据。心脏横纹肌瘤见于近半数患者，多在胎儿或出生早期发现，常随年龄缩小或消退。肾脏病变常见，主要为血管平滑肌脂肪瘤和肾囊肿，部分可致大出血和肾功能衰竭，是TSC死亡的重要原因。肺部受累多见于成年女性，表现为肺淋巴管平滑肌瘤病，偶见气胸、乳糜胸。眼部和骨骼亦可见错构瘤。诊断结节性硬化症（TSC）的诊断标准由国际结节性硬化症联盟于1992年制定，1998年和2012年两次修订，2012年版本首次将基因检测纳入标准。TSC可依临床表现或基因检测确诊。基因诊断标准为发现TSC1或TSC2基因突变即可确诊。临床诊断包括11项主要特征（如面部血管纤维瘤、甲周纤维瘤、色素脱失斑、脑皮质结构异常、心脏横纹肌瘤、肾血管平滑肌脂肪瘤等）及6项次要特征（如牙釉质小凹、口腔纤维瘤、斑驳皮肤等）。确诊标准：具TSC基因突变，或满足2项主要特征，或≥1项主要+≥2项次要特征。可能诊断：1项主要或≥2项次要特征。治疗结节性硬化症（TSC）目前尚无根治方法，治疗以控制症状为主。癫痫为常见症状，发作频率与智力倒退密切相关，早期控制癫痫尤为关键。常用抗癫痫药物包括丙戊酸、托吡酯、拉莫三嗪、左乙拉西坦等。若多药联合治疗无效，可加用mTOR抑制剂西罗莫司，已证实对TSC合并癫痫有效。如合并室管膜下巨细胞星形细胞瘤（SEGA）并引起脑积水等情况，应考虑手术治疗，但术后复发率和后遗症发生率较高。不适合手术者可用西罗莫司控制肿瘤生长。西罗莫司及其衍生物对SEGA、肾血管平滑肌脂肪瘤（AML）及肺淋巴管平滑肌瘤病（LAM）均有效。面部血管纤维瘤可行激光治疗，亦可尝试口服西罗莫司改善外观。新型mTOR ATP竞争性抑制剂已研发，抑制作用更强，但尚未进入临床应用。参考资料：1. 蔡燚，李汉忠，张玉石．结节性硬化症相关肾脏血管平滑肌脂肪瘤患者临床表型与基因型的关系[J]．中华泌尿外科杂志， 2016，37(12):912-915. DOI： 10.3760/cma.j.issn.1000-6702.2016.12.009 .2.孙丹，刘智胜，胡家胜，等．结节性硬化症患儿TSC1/TSC2突变基因型与表型的相关性分析[J]．中华实用儿科临床杂志， 2015，30(6):461-466. DOI： 10.3760/cma.j.issn.2095-428X.2015.06.016 .3.Kothare SV , Singh K , Chalifoux JR ，et al. Severity of manifestations in tuberous sclerosis complex in relation to genotype[J]．Epilepsia， 2014，55(7):1025-1029. DOI： 10.1111/epi.12680 .来源 | 梅斯医学编辑 | wanny神经系统罕见病交流群↓点击下方“阅读原文”，下载梅斯医学APP吧！

OTC2025论坛深度聚焦类器官与疾病建模、新药发现/研发、3D细胞培养、类器官培养及质控。展位咨询请联系：王晨 180 1628 8769。 类器官技术在新药评价中的应用进展 类器官是在体外由干细胞驱动形成的具有来源器官显微解剖特征的多细胞三维结构，具有自我更新、自我组装、可长期传代培养、来源广泛、成功率高、建模时间较短等特点［１－２］。自2009年荷兰科学家Sato等［３］首次成功培育出小肠类器官以来，类器官相关研究得到了快速发展，并且分别在2013和2018年被Science杂志与Nature Methods杂志评为“年度十大技术”和“2017年度最佳方法”。随着多种类型的类器官如肠、肝脏、肾脏、肺脏、膀胱等在体外成功培养，其在药物研发、精准医疗、再生医学、基因编辑、器官发育等领域中也得到了广泛的应用［４－６］。 目前，新药评价过程中的临床前评价常采用二维细胞模型和动物模型，然而由于种属差异等原因，无法准确预测药物在人体内的作用，候选药物进入临床研究后常面临失败的结局。随着类器官的发展，因其能够在体外高度模拟体内器官的组织结构及代谢特征，为新药评价提供了新技术。本文主要介绍类器官在新药评价中相关应用情况，包括类器官在临床前和临床研究中的应用现状及相关政策法规监管等。 １类器官概述 广义的类器官是一类以干细胞衍生类器官、器官芯片以及这些产品组合等为代表的仿生组织器官的统称。类器官是将干细胞接种在基质胶或基底膜提取物中，并经过特定的细胞因子混合物作用，培养获得的具有器官特异性的三维细胞培养产物。类器官通常来源于胚胎干细胞（ESCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）、成体干细胞（ASCs）等［７］。其中，ESCs类器官可以模拟体内器官组织发育，在形态学特征研究及器官移植方面应用较多；iPSCs和ASCs类器官在药物筛选、精准医疗、难治疾病建模等方面发挥较大作用［８－９］（见图１）。器官芯片是在微流体芯片上构建迷你器官或组织以模拟人体器官或组织的结构、功能以及微环境的工程化微器件［１０］，在体外构建的高度复杂的器官微生理系统可以模仿人体组织的各种功能。类器官与器官芯片是2个独立的概念，类器官偏重于干细胞的自分化、自主装，而器官芯片则更偏重细胞微环境的模拟［１１］。随着生物技术的发展，3D生物打印技术作为一项新兴的生物工程技术，使用活细胞、生物材料、生化因子等成分为原材料，按照仿生形态学及生物体功能的要求，在类器官、器官芯片、微生理系统等多种体外模型的构建中得到了广泛应用［１２］。生物3D打印可提供一种高自由度和高标准化的平台技术，且具备高通量、可异质化等优势，可以实现复杂功能性的组织模型构建，在研究疾病发生机制、药物筛选等方面具有重要作用。 图 １ 类器官的临床应用示意图 ２类器官在药物评价中的应用现状 ２．１类器官在临床前研究中的应用现状 目前，药物临床前研究主要利用二维细胞模型和动物模型进行药物靶点发现、药物疗效与安全性评价。然而，传统的二维细胞模型或动物模型在某些疾病研究上存在一定的局限性。例如，罕见疾病由于具有病情复杂、临床表现多样化、病种繁多等特点，难以建立稳健的疾病动物模型。类器官技术的出现在一定程度上能够克服动物实验模型与人体存在种属差异的挑战。 在药物靶点发现方面，科研人员可以通过类器官技术构建体外疾病模型，帮助理解疾病机制，从而发现潜在药物靶点，确定安全性或药效学生物标记物。有研究成功构建了肠道类器官模型，并模拟了新型冠状病毒感染肠道的全过程，结果显示其对不同上皮组织的感染方式具有相似性，进而可以帮助确定药物靶点的作用机制［１３］。有研究人员从人类干细胞中培养出基因工程人类肾脏类器官模型，并通过体外及原位异种移植研究了罕见疾病结节性硬化症，结果显示TSC1或TSC2双等位基因失活会引发多效性发育后果，这为理解该疾病发病机制提供了重要支持［１４］。 在药物安全有效性评价方面，类器官模型具有高通量筛选的特点，能够高效地筛选化合物，进而可以筛选出具有潜在治疗作用的候选药物，可用于药物疗效与安全性方面的研究。在药物疗效研究中，有研究利用来自HUB Organoids生物样本库中72个大肠癌样本建立类器官模型，对500多个双特异性抗体进行筛选，从中发现了MCLA -158 EGFR x LGR5双特性抗体能够有效抑制结直肠癌类器官的生长，并防止转移的发生［１５］。Han等［１６］利用人源化多能干细胞建立了肺脏类器官和结肠类器官模型，对美国FDA批准的药物进行高通量筛选，结果显示伊马替尼、霉酚酸等小分子药物能够显著抑制严重急性呼吸综合征冠状病毒2型进入细胞，验证了类器官模型可用于新型冠状病毒感染患者候选药物的筛选。有研究利用肿瘤患者来源的转移性胃肠癌器官模型预测患者对抗肿瘤药物的治疗反应，结果显示阳性预测值为88%，阴性预测值为100%［１７］，表明患者来源的肿瘤类器官模型在临床试验中可反映药物对患者的疗效，可用于抗肿瘤药物有效性筛选。另有研究利用3D生物打印技术构建了肝癌簇大小可控的3D共培养微流控模型，用于新型抗CD147单克隆抗体metuzumab的药效学实验，结果显示与2D模型相比，新模型中肝癌细胞在迁移性能、增殖性能和蛋白表达水平方面受药物剂量增加的影响较小，且疗效结果与动物实验和类似抗CD147抗体药物的临床试验结果一致［１８］。在药物安全性研究中，有研究报道了类器官可代替动物模型进行药物毒性研究，Shinozawa等［１９］开发了基于人类肝脏类器官的高通量毒性筛查模型，对已上市的238种药物进行毒性研究，其中包括32个阴性对照药物和206个已证明可导致药物性肝损伤的药物，结果显示类器官模型具有较强的毒性预测能力。另有研究报道，通过利用集成仿生阵列芯片S1芯片建立了人原代肝细胞3D模型，该模型具有高度准确的预测药物性肝损伤能力，与传统2D培养模型相比，人原代肝细胞3D模型在预测敏感性和阳性预测率方面表现更好，并且能够减少动物实验的局限性，这一研究成果对于药物研发具有重要意义，有助于提升药物安全性评估的准确性，降低新药研发风险［２０］。 ２．２类器官在临床试验中的应用现状 ２．２．１新药临床试验申请（IND）申报及临床开发情况 目前，国内外已有多个利用类器官技术申报获批的IND。国际上最早在2022年8月9日由赛诺菲公司和Hesperos器官芯片公司合作进行的新药SAR445088的IND申请获美国FDA批准，成为全球首个基于类器官芯片研究获得临床前数据的新药进入临床试验（NCT04658472）。值得注意的是，慢性炎症性脱髓鞘性多发性神经病是一种罕见疾病，这种疾病很难在动物模型中复制。然而，在新药开发过程中，研究人员利用类器官芯片系统成功模拟了罕见自身免疫性神经病变的疾病机制，测试候选药物对罕见病患者的疗效，以类器官芯片数据成功支持了SAR445088新药IND申报［２１］。类器官技术在IND申请中获得药品监管机构的认可和批准，标志了这一创新技术在全球药品研发领域中的应用迈出了重要一步。 在我国，本土制药企业如恒瑞医药股份有限公司等也紧跟国际趋势，利用类器官数据推动和加速新药研发进程，且取得了显著成果。2023年5月，恒瑞医药股份有限公司HRS-1893片的IND申请获得我国国家药品监督管理局（NMPA）批准，是国内首个使用心脏器官芯片数据获批进入临床试验的新药。在临床前筛选过程中，研究团队利用心脏类器官收缩振幅及钙瞬变峰值的影响进行化合物体外活性和药物选择性的筛选［２２］。紧随其后，2023年6月28日，北京艺妙神州医药科技有限公司自研的新一代抗肿瘤药物IM83嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）注射液也获得了NMPA的药物临床试验许可，用于治疗晚期肝癌。在此项目中，研究者利用肿瘤类器官模型对CAR-T药效进行评价，进而快速准确筛选出有效候选CAR-T药物［２３］。2023年7月24日，齐鲁制药集团有限公司开发的双特异性抗体肿瘤Ⅰ类新药注射用QLF3108获得临床许可，目标适应证为晚期实体瘤。在IND申报过程中，研究团队利用IBAC O2芯片构建肿瘤类器官免疫共培养模型对QLF3108进行药效评价，为IND申报提供了关键性数据并最终成功获批［２４］。 以上基于类器官数据成功获批的IND案例不仅展示了类器官技术在新药评价中的巨大潜力，也为我国乃至全球的药品研发领域带来了新的希望和动力。这些案例中，新药SAR445088 IND申请是完全基于类器官芯片研究获得的临床前数据，并且案例中的体外模型服务提供方在开展实验时，均具备常规开展药物临床前研究所需的各项资质，如ISO质量管理认证、GMP标准、CNAS认可等。 ２．２．２我国临床试验注册中心临床试验登记情况 为了解类器官在我国临床试验注册中心的临床试验登记情况，以“类器官”或“芯片”为关键词在中国临床试验注册中心网站检索。截至2023年12月，中国临床试验注册中心共登记了53项类器官相关临床试验，包括35项观察性研究、11项干预性研究、2项诊断性研究、3项基础科学研究、1项病因学／相关因素研究、1项预后研究。其中，干预性研究按临床阶段分为0期（7项）、Ⅰ期（1项）、Ⅱ期（1项）和治疗新技术（2项）临床试验。其中，大部分为肿瘤类器官相关临床试验（52项），非肿瘤临床试验仅有1项。 肿瘤类器官相关临床试验中，研究最多的依次为乳腺癌（8项）、胰腺癌（6项）、胃癌（5项），见表1。这些研究涵盖了类器官技术、3D生物打印以及器官芯片等，例如“基于类器官技术的局部晚期乳腺癌患者个体化治疗观察性临床研究方案”（ChiCTR2100054884）回顾性验证类器官模型对局部晚期乳腺癌患者术前化疗药物敏感性的一致性，探索类器官模型是否可以为局部晚期乳腺癌患者从术前化疗中获得更高病理学完全缓解（pCR）率。另一个例子是“3D生物打印类器官药筛在胰腺癌辅助化疗中的临床应用”（ChiCTR2200066886），通过前瞻性多中心随机对照的临床试验设计，评估类器官平台辅助胰腺癌化疗对患者疗效和预后的影响，进一步规范胰腺癌辅助治疗的用药方案选择。此外，还有“基于微流控类器官芯片的免疫微环境评估模型指导临床肺癌精准免疫治疗”（ChiCTR2300070858），该研究通过创新式设计微流控肿瘤类器官芯片和构建串联式免疫微环境评估的体外仿生模型，模拟复杂的体内微环境，对比体外免疫微环境药物敏感性筛选结果与临床实际用药方案及疗效的一致性，确认类器官芯片在指导肿瘤精准免疫治疗方案制定中的可行性和优势。这些研究不仅突出了类器官技术在临床应用中的多样性和潜能，也为未来的精准医疗提供了新的思路和方法。 表 １ 我国乳腺癌、胰腺癌、胃癌类器官临床试验登记情况（截至2023 年12月） ２．２．３美国临床试验注册库临床试验登记情况 截至2023年12月，美国临床试验注册库（Cliniacal-Trials.gov)中类器官相关临床试验登记有197项，包括117项观察性研究和80项干预性研究。其中，干预性研究按临床阶段分为0期（3项）、Ⅰ期（6项）、Ⅱ期（24项）、Ⅲ期（4项）临床试验和不适用（40项）。美国临床试验注册库中登记的临床试验分布在世界各地（见表2），如美国、中国、法国、荷兰、意大利、加拿大、德国、英国、比利时等。 与国内临床试验登记情况类似，美国临床试验注册库中登记的类器官临床试验以肿瘤相关研究为主（164项），非肿瘤类器官临床试验只有33项。其中，研究最多的为乳腺癌类器官相关临床试验（见表3），还有少部分肠道、脑、肺脏、肾脏、子宫内膜和胚胎等类器官的临床试验。美国登记注册的类器官临床试验内容与国内相似，主要利用人体来源的样本建立各种类器官模型，进行药物筛选、疗效和安全相关的评价，从而指导个体化治疗策略的制定。例如：一项“基于患者来源类器官模型对乳腺癌治疗进行药敏验证或预测的临床研究”（NCT03544047），旨在通过建立Ⅱ～Ⅲ期乳腺癌患者来源类器官模型，预测紫杉醇治疗乳腺癌临床疗效的一致性和准确性。此外，还有研究“基于类器官的胰腺癌新辅助治疗及预后预测平台开发”（NCT04777604），通过获取患者来源的胰腺癌组织构建类器官，并通过细胞活力测定方法检测对胰腺癌新辅助化疗抗癌药物的反应性。另一项临床试验“子宫内膜3D类器官在子宫内膜损伤修复中的建立及应用”（NCT05521932），该研究通过建立来源于宫腔粘连患者的子宫内膜类器官，旨在深入研究宫腔粘连的发病机制并寻求个体化治疗方案。 表 ３ 美国乳腺癌类器官临床试验登记情况（16项，截至2023年12月） ３类器官相关政策法规 随着类器官技术的发展，其在生物医药领域中的优势逐渐彰显，引起了国内外关注。为了推动类器官技术在非临床和临床研究中的应用，相应的支持性政策法规也相继出台。2021年12月3日，我国国家药品监督管理局药品审评中心发布《基因治疗产品非临床研究与评价技术指导原则（试行）》和《基因修饰细胞治疗产品非临床研究技术指导原则（试行）》，这2份指导文件首次将类器官技术纳入基因治疗和基因修饰细胞治疗产品的非临床研究评价体系中，并指出类器官可用于评估药物的有效性和安全性［２５－２６］。随后，药品审评中心2024年1月18日发布的《人源干细胞产品非临床研究技术指导原则》进一步指出：每种动物种属／模型均有其优点和不足，当缺少相关动物种属／模型时，基于细胞和组织的模型（如二维或三维组织模型、类器官和微流体模型等）可能为非临床有效性和安全性的评估提供有用的补充信息［２７］。这些指导原则的发布和实施为类器官技术的应用提供了明确的法规框架和科学指导。 此外，美国也在积极推进相关立法工作，以促进和规范类器官技术在药物研发中的应用。2022年6月8日，美国国会众议院通过了《2022年食品和药品修正案》（H.R.7667-Food and Drug Amendments of 2022），首次将微生理系统、生物打印模型、计算机模型作为独立的药物非临床试验评估体系纳入法案中［２８］。2022年9月29日，美国国会参议院通过《美国食品药品监督管理局现代化法案》（FDA Modernization Act 2.0)，并于2022年12月下旬正式签署通过。该法案标志着一个重要的转折点，终止了对药物研发者的“动物实验强制令”，并以“非临床测试和试验”取代原先的“动物实验”。这里的“非临床测试和试验”涵盖了体外测试、计算机模拟评价、体外化学分析法和其他可能包括动物实验的非人体体内试验［２９］。 ４结语 类器官以其独特的三维培养方式、细胞组成和功能特征，在模拟真实人体器官结构和功能方面具有显著优势。与二维细胞培养相比，其更接近原位组织的生理功能；与动物实验相比，更容易操作，且能够更准确地模拟人类发育和疾病特征。由人体组织来源建立的类器官模型为研究组织发育、内环境稳态和发病机制提供了有力的工具，有助于揭示人体对治疗的反应，进而探索可行的个体化治疗方案，并在药物研发方面具有良好的发展前景。然而，类器官技术的发展仍面临一些挑战。目前尚缺乏统一的标准体系指导类器官的构建和评价，而且并非所有器官组织都能成功构建类器官模型。此外，现有的类器官模型中缺乏神经、血管及免疫细胞，使其不能完全表现出器官的全部特征，对于疾病过程的模拟也只能实现部分重现。随着类器官技术的不断进步，迫切需要建立和完善相关规范和监管政策，以确保该技术构建流程标准化和科学化。类器官技术作为一项新兴的具有广阔应用潜力的评价技术，具有广阔的应用前景。为了推动类器官技术在新药评价领域中应用和持续发展，需要不断加强学术界、产业界和监管机构等多方合作与交流。通过这种跨领域的协同努力，类器官技术有望在新药评价领域不断取得新的进展与突破，从而为药物研发和临床诊疗带来显著改善。 参考文献：略 版权声明：本文章内容来源于中国新药杂志2024年第33卷第20期 END 免责声明：本文仅作知识交流与分享及科普目的，不涉及商业宣传，不作为相关医疗指导或用药建议。文章如有侵权请联系删除。 OTC2025论坛深度聚焦类器官与疾病建模、新药发现/研发、3D细胞培养、类器官培养及质控。展位咨询请联系：王晨 180 1628 8769。