在探寻肿瘤治疗的路上，人类一直在积极寻求新的方式。

癌症基因组学研究表明，体细胞拷贝数增益在多种癌症类型中普遍存在，但这些增益在肿瘤发生中的作用尚未得到充分评估。这在一定程度上是由于拷贝数增益跨越了大的染色体区域，掩盖了因果位点。

为了解决这一问题，来自斯坦福大学医学院等机构的科学家们利用肿瘤类器官模型对通过综合计算分析在癌症基因组图谱（TCGA）中鉴定的候选致癌位点进行了评估。

△ 通过研究发现了一种新方法来筛选引起多种不同类型癌症生长的基因，并识别出了在头颈癌和食管鳞癌中非常有希望的潜在靶点。

科学家们通过研究发现了一种新方法来筛选引起多种不同类型癌症生长的基因，使用肿瘤类器官来识别和验证来自癌症基因组图谱的潜在基因位点，并从中发现了头颈鳞癌（HNSC）和食管鳞癌（ESCA）中非常有前景的精准肿瘤靶点。该创新研究有望对肿瘤基因筛查、确定精准治疗的肿瘤靶点产生积极影响。

利用肿瘤类器官模型

识别潜在癌症基因位点

体细胞拷贝数畸变（Somatic copy number aberrations，SCNA）一般是指基因组中某个区域的DNA片段拷贝数与正常拷贝数存在差异的现象。这种畸变在癌种的发展中扮演着重要角色，通常与肿瘤发展和恶性程度有关。

扩增或缺失形式的体细胞拷贝数畸变常见于实体瘤。尽管有曲妥珠单抗等疗法可以成功靶向扩增或删除诸如MTAP（甲基硫腺苷磷酸化酶）基因（目前是“合成致死”相互作用的治疗开发主题），然而，系统地了解SCNA对肿瘤生物学和混着预后的贡献仍然是一个理想的目标。

“癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas, TCGA）中有大量数据，该领域已经开发出可以延长和挽救生命的精准药物，但这些数据中只有一小部分可以告诉我们肿瘤是如何生长的，以及它是否是药物靶标。”

该论文主要作者、伊利诺伊大学芝加哥分校医学和生物化学助理教授、斯坦福大学Calvin Kuo实验室前博士后研究员Ameen Salahudeen解释道。“我们需要一种可扩展的、实用的方法来了解数据，了解肿瘤生长的驱动因素，以及它是否可以被靶向。”

△ 论文图形摘要。

为探明导致肿瘤生长的基因，研究团队决定关注基因组中具有以下两点的区域：拥有相同基因异常高拷贝的区域（这是许多类型的癌症所共有的）以及RNA表达水平高的区域（这表明这些基因参与了肿瘤生长）。

为了从功能上检验基因组癌症分析的假设，现阶段常使用2D细胞系或异种移植模型作为试验模型。但是，这种研究系统具有单克隆或寡克隆（即缺乏肿瘤异质性）、细胞系中的继发突变负荷、患者来源的异种移植物的可处理性有限以及基因工程小鼠的低通量、可扩展性差、非常耗时等潜在缺点。

相比之下，将未转化的原代组织作为三维类器官的体外器官型培养为驱动癌基因验证提供了一种有前途的方法。

研究团队匹配了食管鳞癌（ESCA）、头颈鳞癌（HNSC）、结肠腺癌（COAD）、胰腺导管腺癌（PDAC）、肺腺癌（LUAD）及胃腺癌（STAD）这六种癌症的癌症基因组图谱（TCGA）数据集中异常过表达和异常拷贝数扩增，在这六种不同癌症中分别确定了有希望的候选基因位点。

接下来，研究人员为这六种器官中的每一个构建了肿瘤类器官，并在这些肿瘤类器官上测试他们筛选的候选基因，以确定究竟哪些与肿瘤生长有关。

研究人员采用了由Jose A. Seoane博士在斯坦福大学开发的整合计算分析方法，识别了与极端表达失调重叠的极端拷贝数增益的候选致癌位点。

△ 作为泛癌异常值的表达和拷贝数扩增事件的综合分析概述。

他们在携带初始致癌突变的相应食管、口腔、结肠、胃、胰腺和肺类器官中，对这些“异常值”候选基因进行了组织特异性的cDNA慢病毒文库筛选。

研究发现，激酶DYRK2在12q15位点的扩增是口腔粘膜类器官中头颈鳞状细胞癌的致癌基因。类似地，FGF3基因（一种已知的致癌基因）在11q13位点的扩增，在41%的食管鳞状细胞癌中促进了p53-/-食管类器官的生长，这种生长可通过小分子和可溶性受体拮抗FGFRs来逆转。

Salahudeen教授表示，“FGF3基因在近一半的食管鳞状癌中被扩增，并且已知可与FGFR相互作用，这可能使近一半的食道癌患者受益。”未来，进一步的研究是在食管鳞癌患者的新适应症中研究这一FGFR抑制剂，并继续研究目前发现的其他潜在有希望的基因。

此外，研究人员通过从小鼠身上植入癌基因工程野生型类器官来启动胃肠道恶性肿瘤和人体组织。重要的是，这些癌症类器官模型是通过将“首次命中”致癌等位基因引入正常野生型基因组而产生的，代表了同源癌症类型的主要驱动因素。

在这项研究中，生成了Kras^G12D通过培养LSL-Kras^G12D的小鼠胰腺类器官，胰腺作为气液界面（ALI） 类器官并感染腺病毒-Cre-GFP 以激活潜伏Kras^G12D的表达。APC-/-结肠类器官由CRISPR-Cas9生成和TP53^R175TH型通过稳定的慢病毒转导的胃类器官，两者都在人类野生型类器官的背景下。

尽管人类野生型胃和结肠类器官在标准浸没方法下生长。但是试验还生成了三个对应于p53-null（P53-/-）口腔鳞状细胞癌，p53-/-食管鳞状细胞癌（ESCC）和Kras^G12D;p53-/-肺腺癌（LUAD）。p53抑癌基因的突变失活发生在原发性HPV阴性头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）的高频率中。

△ 小鼠P53的产生和表征-/-口腔粘膜、食管和Kras^G12D P53-/-肺腺癌类器官。这些小鼠口腔黏膜类器官在ALI中维持了1年以上。

在这里，研究人员利用各种首次命中工程类器官模型的白板背景来快速询问几种实体瘤组织学中候选扩增/过表达异常位点的致癌潜力。然后，将代表肿瘤亚型特异性体细胞拷贝数畸变（SCNA）的慢病毒条形码开放阅读框（ORF）文库转导为同源组织特异性类器官模型，然后可以对致癌性进行系统的功能筛选，然后进行迭代遗传和药理学命中验证。

△ 筛选具有相应组织背景的类器官中的泛癌候选扩增异常值。

综上，通过这一前瞻性试验，研究人员证明了原代类器官培养的稳定应用，以混合条形码筛选格式验证候选的癌症驱动因素数据集，使用扩增的异常值位点作为原理证明。

未来，随着肿瘤类器官技术的不断精进，可以使这种多组织类器官框架适应CRISPR变体，从而使用完全人类类器官模型和逐渐小型化的格式以进一步与其他组织类器官模型、基因组区域和遗传改变类器别的系统功能进行综合评估。

简言之，基于类器官的功能基因组学筛选的持续探索，将在肿瘤学以及更广泛的人类疾病中具有巨大应用潜力，有望斩获在抗肿瘤药物筛选、药物毒性测定、肿瘤类器官建库、研究肿瘤发生机制等领域的新突破。

肿瘤类器官为患者

提供精准医疗新策略

与常规的类器官模型不同，肿瘤类器官（Patient-derived organoid，PDO）取材的样本绝大部分都是选择肿瘤组织或是肿瘤细胞，这种来源决定了肿瘤类器官更能高度还原样本来源肿瘤的特异性特征，从而成为绝佳的抗肿瘤药物的体外“替身”，临床实验数据优异。

2018年，来自英国伦敦癌症研究所的Nicola Valeri博士曾在顶尖学术期刊《Science》上发表最新研究[2]，研究人员通过对71名已经出现转移并且经历了多种治疗方案的晚期结肠癌和胃食道癌患者进行临床实验，发现类器官在预测抗癌药物的有效性上，具有100%敏感性、93%特异性、88%阳性预测值、100%阴性预测值。

不仅如此，肿瘤类器官对肿瘤组织特异性的高度模拟性和培养稳定性，在抗肿瘤药物筛选中辅助进行药物毒性测定，有利于帮助患者筛选出最优的抗肿瘤药物，为肿瘤精准治疗提供新方向。

头颈癌（HNC）是一类癌症的总称，常见的口腔癌、鼻咽癌、喉癌，以及较少见的牙龈癌、唇癌、舌癌等。

由于头颈部重要器官较为集中，解剖关系复杂，导致了其治疗难度大，易复发、转移等问题，大约75%的头颈癌患者首次就诊时已处于局部晚期，而即时经历了严厉的治疗，60%的患者仍会复发，严重影响其生存质量。

2023年《Med explains》上的一项研究[3]显示，研究人员建立了一个由110个类器官模型组成的头颈癌（HNC）生物库，其中包括65个肿瘤模型。

△ 来自生物库的头颈癌类器官。

这些类器官保留了在HNC中发现的DNA改变，科学家们通过将这些类器官与患者放化疗反应的试验效果对比，可以帮助测试具有潜力的治疗方法，这是头颈癌精准个性化治疗迈出的重要一步。

神经内分泌肿瘤（NEN）是一种起源于神经内分泌细胞的肿瘤。神经内分泌细胞遍布全身各处，是可以产生多种激素的一大类细胞，因此神经内分泌肿瘤可以发生在体内任何部位。其中，在肺和胃肠胰腺系统中发病率最高。

类器官领域的“鼻祖”Hans Clevers教授团队利用患者来源神经内分泌肿瘤在体外生成肿瘤类器官模型，为肿瘤类器官研究领域再添新作。根据发表在《Cancer Cell》杂志上的文章[4]显示，他们成功地从神经内分泌瘤和大细胞神经内分泌癌中建立了患者来源的肿瘤类器官模型（PDTO）。

△ 患者来源的神经内分泌肿瘤类器官（PDTO）。

该研究丰富了医学界对神经内分泌肿瘤疾病的认识，这一策略不仅有望提高神经内分泌肿瘤的治疗效果，也有助于减少不必要的副作用。其结果再次体现了高仿生体外模型在神经内分泌肿瘤研究中的重要性，推进了肿瘤类器官在肿瘤药物筛选和精准治疗中的临床前应用，成为肿瘤类器官技术在肿瘤患者个体化治疗路上的又一力证。