原发性肝癌（Primary Liver Cancer, PLC）是全球癌症相关死亡的第三大原因，包括肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）、肝内胆管癌（Intrahepatic Cholangiocarcinoma, ICC）等。肿瘤内异质性（Intra-tumor Heterogeneity, ITH）目前被认为是癌症治疗的主要障碍，其具有不同分子特征的多细胞群，决定了药物敏感性的差异及癌症治疗的最终效果。

患者来源的类器官可用于再现肿瘤异质性及测试针对不同肿瘤的药物敏感性。然而，由于过往的PLC类器官研究受到样本数量和区域的限制，很难具有广泛的代表性。因此，建立一个大规模的PLC类器官生物库，对于深入理解PLC的异质性和开发新的精准治疗策略至关重要。

本研究建立了一个包含144名肝癌患者、总计399例肝癌类器官的生物库。该生物库重现了PLC的组织病理学和基因组特征；通过靶向药的药敏筛选结果进行了分子分型，开发了预测药物反应的生物标志物；还发现了仑伐替尼耐药的机制，为肝癌的精准诊疗提供了重要指导。

2.1 建立肝癌类器官生物库，并检测肿瘤内药敏异质性

研究团队建立了含有144位患者的399例肿瘤类器官的生物库，基于HE染色、IHC染色和IF染色，证实了类器官与亲代肿瘤间的相似组织病理学及特异性标志物的表达。随后，研究团队通过全外显子组测序、RNA测序等手段，从体细胞突变、拷贝数变异和转录组相似性等维度，验证类器官与亲本肿瘤之间存在高度的相关性。

△ 肿瘤类器官生物库的肿瘤分型和组织学

为了验证基因组和转录组的异质性能否导致药物敏感性的差异，研究人员用79名患者的255例PDO研究了PLC一线药物索拉非尼和仑伐替尼靶基因的表达。结果显示，不同患者不同部位肿瘤的药物反应具有异质性，且靶基因表达水平下降的部位具有更高的耐药性。

总之，研究人员揭示了PLC存在与预后相关的、广泛水平的基因组ITH，并可能导致对药物治疗的异质反应。

2.2 评估类器官药敏反应的临床一致性，并开发预测临床药敏反应的生物标志物

研究人员在116名患者的376例类器官中筛选出7种PLC相关药物。随后，将类器官的药敏结果进行临床一致性的比较，发现临床反应支持仑伐替尼、索拉非尼和阿帕替尼等药敏结果，源自不同部位样本衍生的类器官累计敏感性可达72.9%，证实了类器官药物筛选的预测价值。

接下来，为了确定药物反应相关的关键基因，研究通过机器学习模型解析了肝癌临床靶向药的药敏分子分型，揭示了包括JUN、HIST1H1E和WNT6A在内的药敏标志物。

△ 临床反应一致性及靶向药物在类器官水平和患者水平的累积敏感性

2.3 发现c-Jun介导仑伐替尼耐药，并开发c-Jun抑制剂与仑伐替尼的协同抗癌药物

研究人员对仑伐替尼敏感显著相关的基因进行蛋白互作分析，发现JUN是该PPI网络的核心蛋白。进一步研究HCC患者和ICC患者对仑伐替尼治疗的反应，发现与敏感类器官相比，耐药类器官中c-Jun的水平升高。

随后，研究人员对与仑伐替尼应答显著负相关的基因进行功能富集分析。发现Wnt和c-JNK信号通路显著失调；在仑伐替尼耐药类器官中，β-catenin和c-Jun的表达呈正相关；这些结果表明，JNK和Wnt/β-catenin可能是c-Jun介导仑伐替尼耐药的上游调控因子。

△ c-Jun介导仑伐替尼耐药性

接下来，基于研究团队发现的仑伐替尼和c-Jun抑制剂的协同用药效果，研究人员设计了连接仑伐替尼和c-Jun抑制剂Veratramine的化合物，并合成PKUF-01。通过体内外实验，发现其具有优于仑伐替尼的肿瘤杀伤效果。

此外，用类器官生物库对PKUF-01进一步评估时，发现相比仑伐替尼或Veratramine，PKUF-01的治疗敏感性显著提高。

△ PKUF-01增加了耐药类器官的敏感性

研究团队首先建立了一个包含144名患者的、总计399例肝癌类器官的生物库，利用该生物库重现了原发性肝癌的组织病理学和基因组特征。

其次，评估其对不同药物的敏感性，并开发可预测治疗反应的生物标志物，以为患者提供更精准的治疗选择。

接下来，发现c-Jun可以介导仑伐替尼的耐药性，为克服临床治疗的耐药问题提供了新的靶点。

最后，基于c-Jun抑制剂和仑伐替尼的协同效应，合成化合物PKUF-01并验证了其优异的肿瘤杀伤效果。

总之，文章开发的生物标志物、耐药性靶点和联合治疗方案值得未来的进一步研究，以促进肝癌的精准医疗。

● 构建大型肝癌类器官生物库：描绘了肝脏肿瘤间和肿瘤内异质性的基因及转录图谱。

● 发现可预测临床药物治疗反应的生物标志物：对治疗原发性肝癌的药物基因组相互作用进行建模，识别了稳健的多基因表达特征和生物标志物，并成功预测了抗血管生成酪氨酸激酶抑制剂治疗的敏感性。

● 开发新化合物增加了抗癌药物敏感性：开发的PKUF-01在仑伐替尼耐药类器官中显示出显著疗效，并可能使更多原发性肝癌患者受益。

参考文献：

Neal JT, Li X, Zhu J, et al. Organoid Modeling of the Tumor Immune Microenvironment[J].Cell,2018,175(7): 1972-1988.e1916.DOI:10.1016/j.cell.2018.11.021