Adv Sci | 王红阳陈磊高栋课题组合作揭示肝癌类器官内细胞亚群协同互作参与耐药的分子机理

王红阳/陈磊/高栋课题组合作的研究揭示了肝癌类器官内GAPDH+和NEAT1+细胞亚群通过受体-配体相互作用，激活CD44/JAK-STAT信号通路，诱导肿瘤耐药。具体介绍如下：研究背景肿瘤内细胞异质性为肿瘤提供了动态遗传多样性及表观遗传可塑性，也为肿瘤适应性生存提供了多样信号途径，是肿瘤耐药、复发和致死的主要原因之一。肝癌被认为是异质性最高的肿瘤，深入了解其异质性的分子机制是发现潜在临床治疗策略的必要条件。近年来，单细胞RNA测序技术（scRNA-seq）的快速发展，极大加深了研究人员对肿瘤异质性、肿瘤驱动基因和异常调控通路的认识。然而肝癌中的异质性肿瘤细胞如何参与耐药，其内在机理尚不清楚。研究过程建立类器官模型：首先在体外建立了患者来源的肝胆肿瘤类器官，本项研究共纳入包括4例肝细胞癌（HCC）、2例肝内胆管癌（ICC）和1例胆囊癌（GBC）的肿瘤类器官。scRNA-seq分析和药物筛选：为阐明肿瘤异质性和潜在的耐药机制，研究人员利用成功构建的类器官进行了scRNA-seq分析和药物筛选。通过分析发现，HCC-272在所有样本中最具肿瘤恶性潜能。它不仅对MK-2206 2HCl和Trametinib不敏感，还对11种TKIs包括sorafenib在内的肝癌一线药物产生耐药。同时还发现肿瘤前体细胞标志物CD44在HCC-272中的表达显著高于其他样本，相应的在该患者原发位肿瘤组织中也观察到了CD44基因的高表达。STAT3抑制剂Cryptotanshinone处理后，HCC-272对药物敏感性显著提高，提示HCC-272可能主要依赖CD44/JAK-STAT通路实现耐药。拟时序分析：进一步通过拟时序分析发现，与其他类器官相比HCC-272具有明显的代谢优势，其中GAPDH+细胞亚群是细胞分化的起始亚群。UMAP和CellPhoneDB分析发现，HCC-272中GAPDH+和NEAT1+两个亚群存在相互作用，代谢优势的GAPDH+亚群可能通过HIF-1信号介导NEAT1+亚群中CD44表达升高，进而激活JAK-STAT信号通路促进广谱耐药。有意思的是，在另一株肝癌类器官HCC-217中也观察到了类似现象，提示细胞亚群互作协同耐药有可能是肿瘤耐药的一个关键机制。研究意义该项研究首次运用肝癌类器官模型，提出了肿瘤内不同细胞亚群协作导致肿瘤耐药的分子机理，为肝癌临床治疗提供了新思路和新策略。该项研究进一步拓展了肿瘤类器官的研究领域，通过系统分析肿瘤类器官异质性建立肿瘤异质性体外研究模型，该模型对深入阐明肿瘤演进规律、耐药机理、以及免疫逃逸机制等都将具有重要意义。