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(lái)源類器官（PDOs）形態(tài)學(xué)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(píng)分相結(jié)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(dú)特的轉(zhuǎn)錄組特征、基因突變及臨床結(jié)果相關(guān)，其中致密型和葡萄狀類器官患者的預(yù)后較差。此外，對(duì)14種單藥及順鉑聯(lián)合療法的藥物反應(yīng)評(píng)估表明，可針對(duì)耐藥亞型采用協(xié)同治療策略。本研究強(qiáng)調(diào)了將形態(tài)學(xué)分類與基因組學(xué)及轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析相結(jié)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(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果
建立大規(guī)模口腔癌類器官生物庫(kù)
● 樣本：成功建立了76個(gè)癌癥類器官和81個(gè)正常類器官，涵蓋口腔鱗狀細(xì)胞癌（OSCC）及多種罕見(jiàn)類型，是迄今為止最大的口腔癌類器官庫(kù)之一。

● 模型驗(yàn)證：類器官在組織學(xué)（H&E染色）、標(biāo)志物表達(dá)（Pan-CK, P63, Ki-67, P53）上高度保留了原始腫瘤的特征，證實(shí)其是可靠的臨床前模型。

在培養(yǎng)過(guò)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(xì)胞密度低。

● 致密型 (Dense)：略呈橢圓形，邊緣不光滑，中心細(xì)胞密度高。

● 葡萄樣 (Grape-like)：形狀極不規(guī)則，細(xì)胞侵襲性強(qiáng)，常從主類器官中"出芽"形成子代。

● 臨床相關(guān)性：這三種形態(tài)與患者的無(wú)復(fù)發(fā)生存期顯著相關(guān)。正常樣類器官來(lái)源的患者預(yù)后最好，而致密型和葡萄樣類器官來(lái)源的患者復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高，預(yù)后差。

● 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(cè)到TP53突變。此外，它們的腫瘤突變負(fù)荷也顯著更高。

● 轉(zhuǎn)錄組：RNA測(cè)序顯示三種形態(tài)具有不同的轉(zhuǎn)錄譜。基于這些特征，研究者成功地將TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中的338名OSCC患者重新分類為對(duì)應(yīng)的三種亞型，并且這些亞型同樣顯示出顯著的預(yù)后差異。

● 藥物篩選：使用14種化合物（包括靶向藥和化療藥）測(cè)試類器官的藥物反應(yīng)。

● 亞型特異性：正常樣類器官對(duì)靶向藥（如MDM2抑制劑Nutlin-3a）更敏感；致密型類器官對(duì)大多數(shù)單藥治療表現(xiàn)出普遍耐藥性。

● 協(xié)同治療：針對(duì)預(yù)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(yù)后的強(qiáng)相關(guān)性，但目前的分型主要依賴于特定時(shí)間點(diǎn)的靜態(tài)圖像觀察。然而，類器官的形態(tài)發(fā)生是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的生物學(xué)過(guò)程——從單個(gè)細(xì)胞增殖、聚集成團(tuán)，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(guò)程無(wú)法通過(guò)終點(diǎn)法完全捕捉。腫瘤細(xì)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(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)事件，其發(fā)生時(shí)間、頻率和速度可能蘊(yùn)含著比靜態(tài)形態(tài)更豐富的預(yù)后信息。

因此，引入實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像系統(tǒng)對(duì)類器官的形態(tài)發(fā)生進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。以JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)可在培養(yǎng)箱內(nèi)連續(xù)記錄類器官?gòu)慕臃N到成熟的全過(guò)程，使我們能夠量化每個(gè)類器官亞型的形態(tài)動(dòng)力學(xué)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(shí)間、出芽頻率和侵襲速度等。這些動(dòng)態(tài)參數(shù)可與已有的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，從而揭示特定基因突變是如何在時(shí)間維度上驅(qū)動(dòng)形態(tài)轉(zhuǎn)變的。