類器官形態(tài)學與基因組、轉錄組學整合優(yōu)化方案
題目Organoid morphology-guided classification for oral cancer reveals prognosis
期刊Cell Reports Medicine
IF10.6
DOI10.1016/j.xcrm.2025.102129.
研究目的
本研究提出了一種基于患者來源類器官（PDOs）形態(tài)學特征的口腔癌亞型分類創(chuàng)新方法并提出治療策略。采用人工分類與AI評分相結合的方法將其分為三種不同亞型：正常樣、致密型和葡萄狀。這些亞型與獨特的轉錄組特征、基因突變及臨床結果相關，其中致密型和葡萄狀類器官患者的預后較差。此外，對14種單藥及順鉑聯(lián)合療法的藥物反應評估表明，可針對耐藥亞型采用協(xié)同治療策略。本研究強調了將形態(tài)學分類與基因組學及轉錄組學分析相結合，以優(yōu)化口腔癌亞型分型并制定有效治療策略的潛力。
實驗方法與結果
建立大規(guī)�？谇话╊惼鞴偕飵�
● 樣本：成功建立了76個癌癥類器官和81個正常類器官，涵蓋口腔鱗狀細胞癌（OSCC）及多種罕見類型，是迄今為止最大的口腔癌類器官庫之一。
● 模型驗證：類器官在組織學（H&E染色）、標志物表達（Pan-CK, P63, Ki-67, P53）上高度保留了原始腫瘤的特征，證實其是可靠的臨床前模型。
在培養(yǎng)過程中，觀察到類器官呈現(xiàn)出三種穩(wěn)定且可區(qū)分的形態(tài)：
● 正常樣 (Normal-like)：圓形，邊緣光滑，中心細胞密度低。
● 致密型 (Dense)：略呈橢圓形，邊緣不光滑，中心細胞密度高。
● 葡萄樣 (Grape-like)：形狀極不規(guī)則，細胞侵襲性強，常從主類器官中"出芽"形成子代。
● 臨床相關性：這三種形態(tài)與患者的無復發(fā)生存期顯著相關。正常樣類器官來源的患者預后最好，而致密型和葡萄樣類器官來源的患者復發(fā)風險高，預后差。
3. 形態(tài)學量化評分
為了使分類客觀化，研究者開發(fā)了一個基于圓度和緊實度兩個參數(shù)的形態(tài)學評分模型。該模型對68個OSCC 類器官中隨機選取的336張圖像的分類準確率高達0.82，成功將主觀觀察轉化為可量化的指標。
4. 多組學驗證
● 基因組：致密型和葡萄樣類器官中，TP53突變頻率極高（87%），而在正常樣類器官中未檢測到TP53突變。此外，它們的腫瘤突變負荷也顯著更高。
● 轉錄組：RNA測序顯示三種形態(tài)具有不同的轉錄譜�；谶@些特征，研究者成功地將TCGA數(shù)據庫中的338名OSCC患者重新分類為對應的三種亞型，并且這些亞型同樣顯示出顯著的預后差異。
● 藥物篩選：使用14種化合物（包括靶向藥和化療藥）測試類器官的藥物反應。
● 亞型特異性：正常樣類器官對靶向藥（如MDM2抑制劑Nutlin-3a）更敏感；致密型類器官對大多數(shù)單藥治療表現(xiàn)出普遍耐藥性。
● 協(xié)同治療：針對預后差的致密型類器官，研究發(fā)現(xiàn)ATR抑制劑BAY1895344與順鉑聯(lián)合使用具有顯著的協(xié)同殺傷效果，為這類患者提供了潛在的治療新策略。
盡管基于類器官形態(tài)的三分型系統(tǒng)已顯示出與基因組特征及臨床預后的強相關性，但目前的分型主要依賴于特定時間點的靜態(tài)圖像觀察。然而，類器官的形態(tài)發(fā)生是一個高度動態(tài)的生物學過程——從單個細胞增殖、聚集成團，到逐步分化出正常樣的光滑邊緣或葡萄樣的侵襲性出芽，這一連續(xù)演變過程無法通過終點法完全捕捉。腫瘤細胞的侵襲性行為，如葡萄樣類器官中觀察到的'出芽'現(xiàn)象，本質上是一個動態(tài)事件，其發(fā)生時間、頻率和速度可能蘊含著比靜態(tài)形態(tài)更豐富的預后信息。
因此，引入實時活細胞成像系統(tǒng)對類器官的形態(tài)發(fā)生進行全程動態(tài)監(jiān)測顯得尤為重要。以JuLI™ Stage活細胞成像分析系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)可在培養(yǎng)箱內連續(xù)記錄類器官從接種到成熟的全過程，使我們能夠量化每個類器官亞型的形態(tài)動力學參數(shù)——包括正常樣類器官維持球形輪廓的穩(wěn)定性以及葡萄樣類器官首次出芽時間、出芽頻率和侵襲速度等。這些動態(tài)參數(shù)可與已有的轉錄組數(shù)據關聯(lián)，從而揭示特定基因突變是如何在時間維度上驅動形態(tài)轉變的。
