編者按
食管癌是全球第八大最常見的癌癥，其發病率存在顯著的地理差異。食管癌主要有兩種組織學亞型構成:食管鱗狀細胞癌(ESCC)和食管腺癌(EAC)。近30年來，食管腺癌在西方國家已成為主要亞型，且發病率發生率逐年增加，近5年生存率低于15%。最近，通過全基因組測序研究發現食管腺癌是一種高突變的癌癥，因此理論上可以根據患者的顯性特征提供治療方案，但因缺乏有效的實驗模型進而阻礙了相關研究的進展。
今天，我們回顧一項于2018年發表在《Nature Communications》的經典研究——《Organoid cultures recapitulate esophageal adenocarcinoma heterogeneity providing a model for clonality studies and precision therapeutics》，該研究成功構建了具有臨床注釋的食管腺癌類器官模型，再現了原發腫瘤的形態、基因組和轉錄組情況；通過核型分析評估了類器官模型的克隆性和亞克隆隨時間的演變方式；中通量藥物敏感性測試證明了靶向受體酪氨酸激酶和下游介質的潛力。食管腺癌類器官模型為克隆進化和精準治療研究提供了臨床前工具。
主要研究成果
1. 為證實構建的食管腺癌類器官細胞的來源及展現出的功能性，通過免疫組化（IHC）對上皮特異性標志物進行鑒定。結果表明類器官中存在泛細胞角蛋白，沒有波形蛋白表達，證實所有類器官細胞均來源于樣本組織上皮。
細胞極性被破壞是評估細胞癌變的標志之一，對研究腫瘤的發生和發展至關重要。為觀察細胞極性，研究者評估了F-肌動蛋白和α6整合素的表達，發現以食管腺癌樣本構建的類器官內部結構紊亂，在培養過程中易出現小型腔隙結構，且不同患者的結構復雜程度和極性破壞程度存在差異。通過Ki67染色證實類器官內的細胞增殖模式與食管腺癌腫瘤一致。
圖1
2、為研究食管腺癌類器官基因組特征與腫瘤組織的相似性，研究者對類器官和配對組織進行全基因組測序。
結果表明類器官中含有一組和腫瘤一致的受非同義點突變或插入/缺失影響的異質性癌癥驅動因子，且在類器官中驅動突變的等位基因頻率更高。
除癌癥驅動基因外，大多數單核苷酸變異（SNV）和InDels在腫瘤和類器官之間的表現是一致的。同時，在類器官中可以觀察到與原位腫瘤相一致的六種突變特征，且不同患者來源的類器官也可以證實不同患者間的異質性。
圖2?
3、與SNVs/InDels相比，大規模的結構變化顯示出類器官與原位腫瘤之間有著更高程度的一致性，并且二者整體拷貝數圖譜基本保持不變，這種一致性可以在臨床上相關的RTK以及其他病灶或更大的基因組片段中觀察到。
結構重排模式清楚地表明每個類器官和各自的原發腫瘤都有共同的遺傳背景，即類器官與原位腫瘤具有共同的基因組景觀。
總的來說，研究者從SNV、CNV和SV的角度分別比較構建的類器官和原位腫瘤基因，均都得到了非常好的一致性，表明所構建的類器官可以很好的作為體外模型來替代原位腫瘤進行研究。
圖3
4、為了解腫瘤和對應類器官之間基因表達和表達突變的關系，研究者通過mRNA測序，利用整體基因表達譜之間的歐幾里得距離進行分層聚類，從而量化類器官和原位腫瘤之間的表型異同。
結果表明，患者特異性基因表達在類器官中是保守的，原位腫瘤和類器官的表達模式具有很好的相關性。在mRNA水平表達的驅動基因突變方面與DNA測序一致，原位腫瘤與類器官之間存在高度一致性。
圖4
5、鑒于瘤內異質性是食管腺癌的一個特征，可能會影響腫瘤的進展、患者療效以及耐藥性的出現。為解決傳代過程中類器官是否保留原有層次結構及遺傳表型，研究者通過分析類器官的光譜核型（SKY）；對不同代數類器官進行全基因組測序；基于存在體細胞突變的等位基因頻率，估計每個時間點的亞克隆結構。
結果表明，類器官中的細胞是多克隆的，在原位腫瘤組織中發現的所有克隆都具有代表性，并且無論類器官中亞克隆的動態進化如何，關于顯性突變特征的基因都非常穩定，可以很好的保留原位腫瘤的內異質性和克隆動態。
圖5
6、為評估食管腺癌類器官的藥物敏感性，研究者使用24種抗癌化合物對類器官進行測試。結果顯示，在所有類器官中，具有重疊靶點的化合物具有相似的藥物活性，且不同階段的類器官在藥物敏感性上是一致的。
此外，無論單細胞還是類器官，其藥物敏感性都相似，其結果同時驗證了類器官保留了與食管腺癌相同的異質性，不同來源的類器官對藥物具有不同的敏感性。總體而言，構建的大多數類器官對藥物缺乏敏感性，這與當前食管腺癌較差的化療結果相符合。
圖6-1
圖6-2
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”四位一體的綜合技術服務體系，開展健康美麗CRO、智慧實驗室建設、科研服務三大業務。目前，環特類器官平臺已開發多種生理類器官模型，如食管腺癌、肝、肺、腎等，歡迎有需要的讀者垂詢！
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