4D-Labelfree在肺癌類器官臨床轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域中的重大突破

 

肺癌是我國(guó)惡性腫瘤發(fā)病率及死亡率排名首位的癌種，同時(shí)發(fā)生惡性漿膜腔積液 (MSE)的晚期肺癌患者的預(yù)后明顯更差。預(yù)測(cè)局部晚期或轉(zhuǎn)移性肺癌患者的腫瘤類器官是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中預(yù)測(cè)臨床對(duì)治療反應(yīng)的一種潛在方法。然而，由于難以生成純腫瘤類器官，其在肺癌中的臨床應(yīng)用鮮有報(bào)道。

2023年1月，廣東省人民醫(yī)院楊衿記教授團(tuán)隊(duì)在Cell Reports Medicine（IF 16.988）期刊上發(fā)表了題為“Using patient-derived organoids to predict locally advanced or metastatic lung cancer tumor response: A real-world study”的文章。該研究首次大規(guī)模收集晚期肺癌患者的漿膜腔積液（MSE）或腫瘤組織成功培養(yǎng)了162例類器官模型，并基于類器官的藥物敏感性測(cè)試（LCO-DST）結(jié)果預(yù)測(cè)了LCOs臨床療效的準(zhǔn)確性，且發(fā)現(xiàn)了LCOs具有預(yù)測(cè)聯(lián)合治療方案的巨大潛力。此外通過4D-Labelfree蛋白組學(xué)方式揭示了雙靶向治療明顯觸發(fā)細(xì)胞死亡的分子機(jī)制。中科新生命為該研究提供了4D-Labelfree蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)服務(wù)。
 

 

 研究材料

肺癌類器官（LCOs）

 

 技術(shù)路線

步驟1：患者源性肺癌類器官的建立及其病理、基因組分析；

步驟2：LCOs可預(yù)測(cè)患者對(duì)靶向治療和化療的臨床反應(yīng)；

步驟3：來自多個(gè)樣本的LCOs顯示LCO藥物反應(yīng)的穩(wěn)定性和異質(zhì)性；

步驟4：LCO藥物篩選預(yù)測(cè)雙靶向治療的臨床反應(yīng)；

步驟5：LCOs的蛋白質(zhì)組學(xué)研究揭示雙靶向治療的分子機(jī)制。

 

 研究結(jié)果

1. 患者源性肺癌類器官的建立及其病理、基因組分析

在本研究中，作者共收集了107名晚期癌癥患者的214例樣本用于生成類器官，成功建立了162例LCOs（肺癌類器官）（圖1A）。其中132例LCOs來源于肺癌患者的惡性漿膜腔積液（MSE）樣本，建模成功率高達(dá)81.5%。

作者首先通過HE染色和IHC免疫組化方法將LCOs與原始組織進(jìn)行形態(tài)和病理的比較分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)類器官樣本與同源的臨床樣本一致率為77.6%，表明LCOs保留了原始腫瘤組織或MSE的組織病理學(xué)特征并可反映其個(gè)體特征（圖1左）。

隨后作者對(duì)LCOs與臨床樣本的基因組的一致性進(jìn)行驗(yàn)證（以MSE衍生的LCOs和MSE基因組作為參照）（圖1右），結(jié)果發(fā)現(xiàn)類器官樣本所有體細(xì)胞突變的敏感性達(dá)到70.1%，特異性為97.7%。表明MSE和LCOs樣本之間的基因組譜具有可接受的一致性。

 

2. LCOs可預(yù)測(cè)患者對(duì)靶向治療和化療的臨床反應(yīng)

作者隨后開展了基于類器官模型的靶向治療和化療的敏感性試驗(yàn)來預(yù)測(cè)臨床腫瘤療效。作者將來自36例臨床方案與LCO-DST（類器官的藥物敏感性測(cè)試）結(jié)果相同的患者的54例LCOs分為四組:奧希替尼、化療、雙靶向治療和其他靶向治療組。類器官藥敏結(jié)果和臨床療效的一致性分別為 86.7%, 83.3%, 100%, 和70.6%，總體的準(zhǔn)確率為83.3%（45/54）。通過LCO-DST的結(jié)果與其對(duì)臨床治療的指導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行比較分析，證實(shí)使用LCO-DST可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)大多數(shù)患者的臨床反應(yīng)、對(duì)靶向治療藥物的耐藥性以及對(duì)化療的反應(yīng)(圖2)。
 

 

3. 來自多個(gè)樣本的LCOs顯示LCO藥物反應(yīng)的穩(wěn)定性和異質(zhì)性

除了模型的成功率和純度，使用腫瘤類器官進(jìn)行藥物篩選的另一個(gè)挑戰(zhàn)是實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性。此外，腫瘤間和腫瘤內(nèi)的一致性對(duì)于臨床治療也是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。為此作者收集了同一患者的不同樣本（在不同時(shí)間提取MSE樣本）、不同患者的不同部位進(jìn)行類器官培養(yǎng)，并進(jìn)行體外LCO藥物反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)表明在這兩種不同類型的樣本中，LCO-DST均保持了結(jié)果的穩(wěn)定性（圖3）。
 

 

4. LCO藥物篩選預(yù)測(cè)雙靶向治療的臨床反應(yīng)

晚期肺癌患者對(duì)單一抗癌藥物的耐藥性是很常見的，因?yàn)橄炔捎肔CO-DST進(jìn)行聯(lián)合靶向治療效果的體外評(píng)價(jià)，對(duì)于腫瘤患者的臨床治療是非常有幫助的。作者選擇兩例晚期肺腺癌的典型案例：一例EGFR基因突變合并原發(fā)MET基因擴(kuò)增，另外一例EGFR基因突變合并獲得性RET基因融合。結(jié)果表明相比于單一靶向藥物，聯(lián)合靶向治療（奧希替尼+賽沃替尼/卡博替尼）對(duì)腫瘤的控制率更高，并且在臨床治療中得到證實(shí)，雙靶聯(lián)合治療均達(dá)到了部分緩解（PR）的療效。此外，結(jié)果也證明了LCO-DST作為預(yù)測(cè)聯(lián)合治療方案的巨大潛力（圖4）。
 

 

5. LCOs的蛋白質(zhì)組學(xué)研究揭示雙靶向治療的分子機(jī)制

為進(jìn)一步探索雙靶向治療的分子機(jī)制，作者進(jìn)行了4D-Labelfree蛋白組學(xué)分析（組別設(shè)置：對(duì)照組（EGFR突變合并RET融合）、單靶向治療組（osimertinib/BLU-667治療）和雙靶向治療組）。共鑒定到4865個(gè)蛋白質(zhì)。顯著性差異蛋白分析發(fā)現(xiàn)與腫瘤細(xì)胞的存活密切相關(guān)的多個(gè)蛋白家族發(fā)生改變：引發(fā)細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因子caspase 3的表達(dá)顯著升高， EGFR和RET的下游蛋白如RAC、PI3K、MEK的表達(dá)下調(diào)，MOB1和MST1/2水平顯著降低，生存相關(guān)基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子YAP表達(dá)水平下降。這些結(jié)果均表明，與單一藥物處理相比，雙靶向處理顯著觸發(fā)了細(xì)胞死亡（圖5）。

 

圖5 LCOs的蛋白質(zhì)組學(xué)研究揭示雙靶向治療的分子機(jī)制

 

 小結(jié)

本研究中，成功建立了肺癌類器官模型，并基于肺癌類器官的藥敏試驗(yàn)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了晚期肺癌患者抗腫瘤治療的臨床療效，提示腫瘤類器官可作為肺癌的體外模型，其藥敏試驗(yàn)可作為晚期肺癌的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)或個(gè)體化醫(yī)療的有效預(yù)測(cè)工具。此外，雙靶向治療機(jī)制的研究對(duì)于詮釋雙靶向治療的療效提供了有力的依據(jù)。
 

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