編者按
肝母細(xì)胞瘤（Hepatoblastoma, HB）是兒童最常見的肝臟惡性腫瘤，其發(fā)生與WNT/β-catenin信號(hào)通路的異常激活密切相關(guān)。
今天，我們分享2024年11月由荷蘭瑪西瑪公主兒童腫瘤中心研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《Nature Communications》上的題為“Divergent WNT signaling and drug sensitivity profiles within hepatoblastoma tumors and organoids”的最新研究。該研究首次利用大規(guī)模、具有明確特征的患者來(lái)源肝母細(xì)胞瘤類器官模型，創(chuàng)新性地闡述了肝母細(xì)胞瘤的異質(zhì)性并尋找新的靶向治療方法，闡明了不同信號(hào)亞型對(duì)靶向藥物的敏感性差異。
研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤的基因突變譜，如CTNNB1突變與WNT信號(hào)活性水平直接相關(guān)，且高WNT活性亞型對(duì)Porcupine抑制劑，如LGK974和β-catenin降解劑，如BC2059更敏感。基于患者來(lái)源類器官（PDOs）的藥敏測(cè)試顯示，WNT信號(hào)異質(zhì)性可顯著影響靶向治療療效，為個(gè)體化精準(zhǔn)治療提供了新依據(jù)。
文章題目
Divergent WNT signaling and drug sensitivity profiles within hepatoblastoma tumors and organoids
雜志：Nature Communications（IF=14.7）
發(fā)表時(shí)間：2024年11月20日
作者：Thomas A. kluiver o.n, Hans Clevers & Weng Chuan Peng等
單位：荷蘭烏得勒支大學(xué)瑪克西瑪兒童腫瘤中心等
01、研究亮點(diǎn)
1. 首次建立大規(guī)模、具有明確特征的患者來(lái)源肝母細(xì)胞瘤類器官模型，將肝母細(xì)胞瘤劃分為"胎兒型"和"胚胎型"兩個(gè)不同轉(zhuǎn)錄特征的亞型，揭示了HNF4A和LEF1對(duì)立的表達(dá)模式可精確區(qū)分腫瘤細(xì)胞亞型；
2. 首次利用多組學(xué)技術(shù)，如單細(xì)胞RNA-seq/ATAC-seq、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等全面繪制了肝母細(xì)胞瘤分子異質(zhì)性圖譜，揭示腫瘤異質(zhì)性和潛在治療靶點(diǎn)的多維視角；
3. 通過(guò)類器官高通量藥物篩選確定了亞型之間的差異敏感性，特別是表明胚胎腫瘤對(duì) FGFR 抑制劑敏感，而胎兒腫瘤對(duì) EGFR 抑制劑敏感，并提出基于WNT活性分層的治療策略，為高風(fēng)險(xiǎn)患者提供精準(zhǔn)用藥指導(dǎo)。
02、研究背景
肝母細(xì)胞瘤（Hepatoblastoma）是兒童中最常見的肝臟惡性腫瘤，其發(fā)病率呈上升趨勢(shì)。盡管化療和手術(shù)切除提高了低風(fēng)險(xiǎn)腫瘤患者的生存率，但由于高復(fù)發(fā)率和化療耐藥性，高風(fēng)險(xiǎn)或晚期肝母細(xì)胞瘤兒童的預(yù)后仍然不佳（約占全體患者的60%）。此外，化療的長(zhǎng)期副作用，如聽力損失、心臟和腎功能減退以及繼發(fā)性癌癥，也會(huì)嚴(yán)重影響兒童的發(fā)展和幸存者的生活質(zhì)量。因此，需要開發(fā)針對(duì)性的療法來(lái)改善這些患者的治療。
肝母細(xì)胞瘤具有較低的突變負(fù)荷和少量反復(fù)出現(xiàn)的染色體畸變。其特征是攜帶CTNNB1（編碼β-連環(huán)蛋白）或其他WNT通路基因的激活突變，這種突變?cè)?0%以上的病例中存在。這些腫瘤被認(rèn)為起源于胚胎肝臟發(fā)育期間，攜帶CTNNB1突變的肝祖細(xì)胞的異常擴(kuò)增，其形態(tài)特征與肝臟發(fā)育的某些階段相似。在腫瘤上皮中，通常觀察到兩種主要的組織學(xué)類型即更為分化，類似于肝臟發(fā)育的胎兒階段的“胎兒型”，以及分化程度較低，類似于更早期的肝臟發(fā)育階段的“胚胎型”。通常情況下，腫瘤中同時(shí)包含胎兒型和胚胎型的組織學(xué)成分。一般認(rèn)為，富含胚胎型成分的腫瘤與較差的預(yù)后相關(guān)。
之前，幾個(gè)小組采用批量轉(zhuǎn)錄組對(duì)肝母細(xì)胞瘤的分子特征進(jìn)行了表征，存在三個(gè)主要的分子亞群，每個(gè)亞群都有其特定的組織學(xué)和分子特征。最近，基于少數(shù)患者隊(duì)列的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究報(bào)告了五或七個(gè)腫瘤細(xì)胞簇的分類。此外，有幾項(xiàng)研究報(bào)道了與臨床行為和結(jié)果相關(guān)的生物學(xué)標(biāo)志物，如16基因特征、四基因特征、波形蛋白的表達(dá)和14q32基因特征。然而，肝母細(xì)胞瘤中觀察到的轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性，特別是在單細(xì)胞水平上，大部分仍未被探索。
這項(xiàng)研究中，研究人員采用使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）、單細(xì)胞轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)測(cè)序單細(xì)胞（ATAC-seq）、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和高通量藥物篩選，對(duì)肝母細(xì)胞瘤和腫瘤衍生的類器官進(jìn)行了全面分析，來(lái)探究肝母細(xì)胞瘤的分子圖譜（補(bǔ)充圖1a）。研究確定了兩個(gè)不同的腫瘤上皮特征，即具有肝臟細(xì)胞特征“胎兒”型和 WNT信號(hào)通路激活的“胚胎”型。
此外，研究人員從患者腫瘤材料中建立了肝母細(xì)胞瘤類器官隊(duì)列，這些類器官再現(xiàn)了腫瘤異質(zhì)性，并有助于深入的分子表征。這些類器官可以進(jìn)行高通量藥物篩選，并揭示腫瘤發(fā)生所必需的信號(hào)通路。研究人員還鑒定了幾種可作為治療藥物的抑制劑，如HDAC抑制劑，為兒童肝腫瘤的靶向治療提供了重要的見解。
03、研究成果
1. scRNA-seq證實(shí)了肝母細(xì)胞瘤中存在胎兒和胚胎腫瘤特征，胎兒和胚胎腫瘤細(xì)胞分別富集在肝臟和WNT通路相關(guān)調(diào)節(jié)子中
研究中確定了兩個(gè)不同的腫瘤上皮特征：具有肝臟細(xì)胞特征“胎兒”型和 WNT信號(hào)通路激活的“胚胎”型。胎兒組富含肝臟特異性 WNT 靶標(biāo)，而胚胎組富含經(jīng)典 WNT 靶基因。
在胎兒亞型中，與膽汁酸、脂質(zhì)和外源性代謝等肝功能相關(guān)的調(diào)節(jié)子富集。胎兒和胚胎腫瘤細(xì)胞分別富集在肝臟和WNT通路相關(guān)調(diào)節(jié)子中，胎兒和胚胎型腫瘤簇背后存在不同的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，肝臟特異性和WNT通路相關(guān)TFs影響著RNA-seq數(shù)據(jù)中觀察到的不同腫瘤特征。
圖1
2. 肝母細(xì)胞瘤的空間分子譜系揭示了腫瘤的異質(zhì)性
在肝母細(xì)胞瘤組織中，研究人員觀察到胎兒型肝母細(xì)胞瘤區(qū)域和基質(zhì)區(qū)域。與非腫瘤區(qū)域和配對(duì)的正常肝組織相比，胎兒型腫瘤區(qū)域上調(diào)了胎兒肝臟和腫瘤標(biāo)記物（如GPC3、SPINK1、REG3A），這些在正常肝臟中未檢測(cè)到。PT13的表達(dá)譜與scRNA-seq分析一致，并揭示了腫瘤異質(zhì)性。ST分析與胎兒和胚胎型腫瘤特征一致。
圖2
3. HNF4A和LEF1標(biāo)記不同的腫瘤亞群
轉(zhuǎn)錄因子 HNF4A 和 LEF1 的互斥表達(dá)可以用于明確區(qū)分胎兒型和胚胎型腫瘤細(xì)胞。研究證實(shí)了表達(dá)HNF4A或LEF1的兩種不同腫瘤亞群的存在，并發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)標(biāo)記物比單獨(dú)用β-catenin染色能更好地區(qū)分腫瘤亞群。
圖3
4. 患者源性肝母細(xì)胞瘤類器官的建立
研究人員利用來(lái)源于活檢或切除的腫瘤患者的腫瘤組織，成功建立了肝母細(xì)胞瘤腫瘤類器官（HBTOs），涵蓋了多種臨床階段。其中，兩位患者（PT13和PT17）分別從診斷時(shí)和手術(shù)切除時(shí)的腫瘤組織中建立了類器官模型，用于動(dòng)態(tài)研究疾病進(jìn)展和治療反應(yīng)。
圖4
5. 類器官模型概括了胎兒和胚胎腫瘤的特征
通過(guò)對(duì)類器官隊(duì)列的分析表明，肝臟標(biāo)志物、WNT 通路相關(guān)因子和 EMT 標(biāo)志物的表達(dá)模式與腫瘤組織分析中鑒定的胎兒和胚胎肝母細(xì)胞瘤特征一致，這表明類器官模型有效地概括了在肝母細(xì)胞瘤中觀察到的不同亞群的特征。
圖5
6. 高通量藥物篩選將HDAC確定為潛在的治療靶點(diǎn)
為了確定針對(duì)肝母細(xì)胞瘤的潛在靶向治療方案，研究人員利用腫瘤類器官模型對(duì) 200 多種化合物進(jìn)行了高通量藥物篩選，確定了靶向多種肝母細(xì)胞瘤類器官的各種抑制劑，包括靶向 HDAC、蛋白酶體、PLK-1 和 FGFR 的抑制劑等。其中，肝母細(xì)胞瘤類器官對(duì) romidepsin、panobinostat和 fimepinostat等HDAC家族抑制劑顯示出了較高的敏感性。
圖6
04、編者點(diǎn)評(píng)
綜上所述，該研究首次利用多組學(xué)技術(shù)，如單細(xì)胞RNA-seq/ATAC-seq、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等全面繪制了肝母細(xì)胞瘤分子異質(zhì)性圖譜，創(chuàng)新性地闡述了肝母細(xì)胞瘤的異質(zhì)性并尋找新的靶向治療方法，揭示了HNF4A和LEF1對(duì)立的表達(dá)模式可精確區(qū)分腫瘤細(xì)胞亞型，為靶向治療的開發(fā)創(chuàng)造了條件。
作為健康美麗產(chǎn)業(yè)CRO服務(wù)開拓者與引領(lǐng)者、斑馬魚生物技術(shù)應(yīng)用企業(yè)，環(huán)特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動(dòng)物、人體”多維生物技術(shù)服務(wù)體系，開展健康美麗CRO服務(wù)、科研服務(wù)、智慧實(shí)驗(yàn)室搭建三大業(yè)務(wù)。目前，環(huán)特已建立200多種斑馬魚模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養(yǎng)平臺(tái)，歡迎有需要的讀者垂詢！