近年来，肿瘤的治疗方法已经从广谱的细胞毒性药物如化疗，转变为适用于个体患者的精准治疗，治疗效果得到大幅提升。精准治疗依赖于对患者肿瘤的分子和细胞层面的分析，然而，利用分子方法只能在一小部分患者中发现可以成药的肿瘤驱动基因。对于那些不携带靶点突变或者肿瘤突变负荷低的患者，就难以通过基因组分析来选择合适的药物。
这个问题普遍存在于儿童肿瘤中，如横纹肌肉瘤（RMS）。RMS是儿童中最常见的软组织肉瘤，30%的患者临床治疗效果较差。到目前为止，RMS尚无靶向治疗方法面世。这类肿瘤患者急需更有效的药物选择方法。
2020年9月15日，由GABRIELE MANZELLA等发表在NATURE COMMUNICATIONS的题为PHENOTYPIC PROFILING WITH A LIVING BIOBANK OF PRIMARY RHABDOMYOSARCOMA UNRAVELS DISEASE HETEROGENEITY AND AKT SENSITIVITY的文章，阐述了其构建的一个功能性药物发现平台。该平台优化了RMS细胞的生长培养条件，而且能够实现精准地筛选患者特异性的药物。
首先，研究对RMS细胞培养进行优化。作者选用了20种RMS人源性肿瘤组织异种移植（PDX）来源的细胞（PDX-DERIVEDPRIMARY CELLS, PPCS），分别比较在多种不同培养基中的细胞活力、增殖能力、分化以及小鼠肿瘤间质细胞的污染情况。其中，NEUROBASAL（NB）培养基结合一种黏附基质可以支持大多数PPCS的生长，而且表现出较低的小鼠间质细胞污染及低细胞分化。
长期的细胞增殖研究也发现，NB培养的细胞可以保持指数增殖。优化的培养基也能够支持细胞的3D增殖。将体外培养的PPCS细胞及亲代PDX细胞分别注射进NSG小鼠体内，两种模型下植入率均达到了100%，而且肿瘤的生长情况及荷瘤小鼠的存活率也都类似。说明这个平台能够很好地支持异质性肿瘤细胞的生长。
A. 临床前药物筛选平台的建立流程。B. PPCS培养基的优化。C.两种PPCS在DMEM和加入生长因子的NB培养基上的生长曲线。
为评估培养条件是否会导致克隆选择，该研究对PDX和相对应的PPCS细胞进行了分子层面分析。全基因组拷贝数检测、外显子组测序、甲基化图谱均发现PDX和PPCS存在高度一致性，说明培养细胞的表观遗传和基因型都是稳定的。为了检测培养的PPC细胞是否保留了肿瘤的组织学特征，研究者将传代4至6代的PPC细胞生成了异种移植物（CDX），发现CDX和PDX的组织学特征与原始RMS组织一致。
随后，作者研究了体外培养的PPCS是否能用于个体化的药物筛选。药物筛选使用一个包含204种药物的化合物库，覆盖了一系列的靶点。将17个PPCS和4个已建立的细胞系分别用500 NM的各类药物处理72小时后，约30.9%的药物导致至少一个样本活性降低40%及以上。大多数药物效应模式表现出患者特异性。其中，AKT和MEK抑制剂均表现出选择性敏感性。进一步的实验证明药物毒性也不受培养状态（2D还是3D）影响。
为使这个平台适用于临床，研究者下一步将患者肿瘤组织直接进行体外培养。研究者选用了RMS患者第二次复发后的淋巴结活体组织，其在添加了B27和BFGF的NB培养基中生长良好。药物筛选结果发现的有效药物包括蛋白酶体和HDAC抑制剂，证明PPCS药物筛选平台还可以使用直接从患者肿瘤中分离的细胞，这样，使用更短的时间来在临床上进行个性化药物选择成为了可能。
A. RMS患者临床诊断，治疗及药物筛选流程。B. 患者淋巴结活检分离出的细胞明场图像。C. FOXO1基因荧光原位杂交检测。D. 筛选药物的活性。E. 左：PANOBINOSTAT 和BORTEZOMIB单独和联合使用对细胞活力的影响；右：PANOBINOSTAT 和BORTEZOMIB的协同作用。
筛选出的药物中，AKT和MEK抑制剂表现出的患者特异性敏感性吸引了研究者的关注。研究者根据PPCS对药物的反应将其分成了3个亚组，两组对AKT或EKR抑制剂有响应，另外一组对两者都没有响应。为进一步了解机制，研究者用AKT抑制剂（AFURESERTIB）和MEK抑制剂（TRAMETINIB）一起处理了8种PPCS培养物。两种药物在7种PPCS中呈现出协同作用，而这种协同作用在RAS突变的PPCS中更加明显。当分别单独用AFURESERTIB和TRAMETINIB处理PPCS时，IC50表现出显著的个体差异，其中对药物最敏感的样本的IC50已经达到了治疗使用的浓度范围。
为进一步验证该药物筛选平台的可靠性，研究者进行了体内研究：用AFURESERTIB连续处理敏感和耐药的PDX至少3个周期。结果证明，AFURESERTIB敏感荷瘤小鼠的寿命明显长于耐药小鼠。研究者进一步给予AFURESERTIB敏感小鼠AFURESERTIB联合TRAMETINIB，和体外结果一致，也表现出协同作用。
综上，本文的研究构建了一个针对横纹肌肉瘤（RMS）的临床前药物筛选平台。在平台的构建验证过程中，也揭示了RMS对不同药物敏感的异质性。通过该平台还筛选出AKT、MEK抑制剂联合可能对部分RMS患者有效。该结果为临床药物筛选提供了重要的理论基础，相信未来可以用于为患者提供个性化的治疗决策。