編者按
肝母細胞瘤（Hepatoblastoma, HB）是兒童最常見的肝臟惡性腫瘤，其發生與WNT/β-catenin信號通路的異常激活密切相關。
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隊發表在《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模、具有明確特征的患者來源肝母細胞瘤類器官模型，創新性地闡述了肝母細胞瘤的異質性并尋找新的靶向治療方法，闡明了不同信號亞型對靶向藥物的敏感性差異。
研究發現，腫瘤的基因突變譜，如CTNNB1突變與WNT信號活性水平直接相關，且高WNT活性亞型對Porcupine抑制劑，如LGK974和β-catenin降解劑，如BC2059更敏感?；诨颊邅碓搭惼鞴伲≒DOs）的藥敏測試顯示，WNT信號異質性可顯著影響靶向治療療效，為個體化精準治療提供了新依據。
文章題目
Divergent WNT signaling and drug sensitivity profiles within hepatoblastoma tumors and organoids
雜志：Nature Communications（IF=14.7）
發表時間：2024年11月20日
作者：Thomas A. kluiver o.n, Hans Clevers & Weng Chuan Peng等
單位：荷蘭烏得勒支大學瑪克西瑪兒童腫瘤中心等
01、研究亮點
1. 首次建立大規模、具有明確特征的患者來源肝母細胞瘤類器官模型，將肝母細胞瘤劃分為"胎兒型"和"胚胎型"兩個不同轉錄特征的亞型，揭示了HNF4A和LEF1對立的表達模式可精確區分腫瘤細胞亞型；
2. 首次利用多組學技術，如單細胞RNA-seq/ATAC-seq、空間轉錄組學等全面繪制了肝母細胞瘤分子異質性圖譜，揭示腫瘤異質性和潛在治療靶點的多維視角；
3. 通過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 FGFR 抑制劑敏感，而胎兒腫瘤對 EGFR 抑制劑敏感，并提出基于WNT活性分層的治療策略，為高風險患者提供精準用藥指導。
02、研究背景
肝母細胞瘤（Hepatoblastoma）是兒童中最常見的肝臟惡性腫瘤，其發病率呈上升趨勢。盡管化療和手術切除提高了低風險腫瘤患者的生存率，但由于高復發率和化療耐藥性，高風險或晚期肝母細胞瘤兒童的預后仍然不佳（約占全體患者的60%）。此外，化療的長期副作用，如聽力損失、心臟和腎功能減退以及繼發性癌癥，也會嚴重影響兒童的發展和幸存者的生活質量。因此，需要開發針對性的療法來改善這些患者的治療。
肝母細胞瘤具有較低的突變負荷和少量反復出現的染色體畸變。其特征是攜帶CTNNB1（編碼β-連環蛋白）或其他WNT通路基因的激活突變，這種突變在90%以上的病例中存在。這些腫瘤被認為起源于胚胎肝臟發育期間，攜帶CTNNB1突變的肝祖細胞的異常擴增，其形態特征與肝臟發育的某些階段相似。在腫瘤上皮中，通常觀察到兩種主要的組織學類型即更為分化，類似于肝臟發育的胎兒階段的“胎兒型”，以及分化程度較低，類似于更早期的肝臟發育階段的“胚胎型”。通常情況下，腫瘤中同時包含胎兒型和胚胎型的組織學成分。一般認為，富含胚胎型成分的腫瘤與較差的預后相關。
之前，幾個小組采用批量轉錄組對肝母細胞瘤的分子特征進行了表征，存在三個主要的分子亞群，每個亞群都有其特定的組織學和分子特征。最近，基于少數患者隊列的單細胞轉錄組研究報告了五或七個腫瘤細胞簇的分類。此外，有幾項研究報道了與臨床行為和結果相關的生物學標志物，如16基因特征、四基因特征、波形蛋白的表達和14q32基因特征。然而，肝母細胞瘤中觀察到的轉錄組異質性，特別是在單細胞水平上，大部分仍未被探索。
這項研究中，研究人員采用使用單細胞轉錄組測序（RNA-seq）、單細胞轉座酶可及染色質測序單細胞（ATAC-seq）、空間轉錄組學和高通量藥物篩選，對肝母細胞瘤和腫瘤衍生的類器官進行了全面分析，來探究肝母細胞瘤的分子圖譜（補充圖1a）。研究確定了兩個不同的腫瘤上皮特征，即具有肝臟細胞特征“胎兒”型和 WNT信號通路激活的“胚胎”型。
此外，研究人員從患者腫瘤材料中建立了肝母細胞瘤類器官隊列，這些類器官再現了腫瘤異質性，并有助于深入的分子表征。這些類器官可以進行高通量藥物篩選，并揭示腫瘤發生所必需的信號通路。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證實了肝母細胞瘤中存在胎兒和胚胎腫瘤特征，胎兒和胚胎腫瘤細胞分別富集在肝臟和WNT通路相關調節子中
研究中確定了兩個不同的腫瘤上皮特征：具有肝臟細胞特征“胎兒”型和 WNT信號通路激活的“胚胎”型。胎兒組富含肝臟特異性 WNT 靶標，而胚胎組富含經典 WNT 靶基因。
在胎兒亞型中，與膽汁酸、脂質和外源性代謝等肝功能相關的調節子富集。胎兒和胚胎腫瘤細胞分別富集在肝臟和WNT通路相關調節子中，胎兒和胚胎型腫瘤簇背后存在不同的基因調控網絡，肝臟特異性和WNT通路相關TFs影響著RNA-seq數據中觀察到的不同腫瘤特征。
圖1
2. 肝母細胞瘤的空間分子譜系揭示了腫瘤的異質性
在肝母細胞瘤組織中，研究人員觀察到胎兒型肝母細胞瘤區域和基質區域。與非腫瘤區域和配對的正常肝組織相比，胎兒型腫瘤區域上調了胎兒肝臟和腫瘤標記物（如GPC3、SPINK1、REG3A），這些在正常肝臟中未檢測到。PT13的表達譜與scRNA-seq分析一致，并揭示了腫瘤異質性。ST分析與胎兒和胚胎型腫瘤特征一致。
圖2
3. HNF4A和LEF1標記不同的腫瘤亞群
轉錄因子 HNF4A 和 LEF1 的互斥表達可以用于明確區分胎兒型和胚胎型腫瘤細胞。研究證實了表達HNF4A或LEF1的兩種不同腫瘤亞群的存在，并發現這兩個標記物比單獨用β-catenin染色能更好地區分腫瘤亞群。
圖3
4. 患者源性肝母細胞瘤類器官的建立
研究人員利用來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）分別從診斷時和手術切除時的腫瘤組織中建立了類器官模型，用于動態研究疾病進展和治療反應。
圖4
5. 類器官模型概括了胎兒和胚胎腫瘤的特征
通過對類器官隊列的分析表明，肝臟標志物、WNT 通路相關因子和 EMT 標志物的表達模式與腫瘤組織分析中鑒定的胎兒和胚胎肝母細胞瘤特征一致，這表明類器官模型有效地概括了在肝母細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
為了確定針對肝母細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 200 多種化合物進行了高通量藥物篩選，確定了靶向多種肝母細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，肝母細胞瘤類器官對 romidepsin、panobinostat和 fimepinostat等HDAC家族抑制劑顯示出了較高的敏感性。
圖6
04、編者點評
綜上所述，該研究首次利用多組學技術，如單細胞RNA-seq/ATAC-seq、空間轉錄組學等全面繪制了肝母細胞瘤分子異質性圖譜，創新性地闡述了肝母細胞瘤的異質性并尋找新的靶向治療方法，揭示了HNF4A和LEF1對立的表達模式可精確區分腫瘤細胞亞型，為靶向治療的開發創造了條件。
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