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本文由荷兰马克西玛公主儿科肿瘤中心的科研人员11月24日在线发表于Nature Communications网站。原文衔接请点击文章最后的阅读原文。
肝母细胞瘤肿瘤和类器官内不同的 WNT 信号和药物敏感性特征
文章创新点
肿瘤异质性的单细胞表征：
该研究利用单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) 和单细胞 ATAC 测序 (scATAC-seq) 揭示肝母细胞瘤肿瘤内两种不同的上皮特征：胎儿和胚胎。这些特征显示出不同的 WNT 信号传导模式，胎儿亚型富含肝脏 WNT 靶点和代谢功能，胚胎亚型显示典型的 WNT 靶基因和 EMT 相关通路。与大量转录组学研究和早期的单细胞分析相比，这提供了更细的粒度。
空间转录组学整合：
该研究应用空间转录组学来原位绘制分子异质性图谱，证实了肿瘤内胎儿和胚胎特征的空间共存，并提供了对其空间动态的洞察。
患者衍生的类器官模型：
作者建立了一个全面的肝母细胞瘤肿瘤类器官群，重现了不同临床阶段的肿瘤异质性。这比以前的模型有了重大进步，为功能和治疗研究提供了一个平台。
药物敏感性洞察：
对这些类器官进行高通量药物筛选可确定亚型之间的差异敏感性，特别是表明胚胎肿瘤对 FGFR 抑制剂敏感，而胎儿肿瘤对 EGFR 抑制剂敏感。这种亚型特异性治疗洞察是一项新发现。
亚型背后的分子机制：
基因调控网络分析突出了不同的转录因子和途径——例如 HNF4A 驱动胎儿肿瘤中的肝功能和 LEF1 驱动胚胎肿瘤中的 WNT 信号传导——加深了我们对肝母细胞瘤生物学的理解。
该论文整合了 scRNA-seq、scATAC-seq、空间转录组学和类器官药物筛选等先进技术，以提供肿瘤异质性和潜在治疗靶点的多维视角。这种方法超越了早期研究的范围，这些研究主要依赖于批量转录组学或有限的单细胞分析。
文章解析
背景
肝母细胞瘤 (HB) 是最常见的儿童肝癌，其特征是 WNT 通路基因突变，尤其是CTNNB1。尽管通过基于顺铂的疗法可以提高低风险患者的生存率，但由于化疗耐药性、高复发率和治疗相关副作用，高风险 HB 患者的预后仍然不佳。虽然大量转录组学已经确定了分子亚群，但单细胞水平的异质性及其对治疗的影响尚未得到充分探索。本研究旨在利用先进的分子和类器官建模技术，确定 HB 的分子异质性并确定亚型特异性的靶向治疗机会。
技术方法
单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq)：定义细胞异质性和肿瘤亚型。
单细胞 ATAC 测序 (scATAC-seq)：用于绘制染色质可及性和识别调控网络。
空间转录组学：评估原位肿瘤异质性和亚型的空间动态。
基因调控网络分析：将转录因子与亚型特异性调控机制联系起来。
患者来源的肿瘤类器官：建立了一个大型 HB 类器官群来模拟异质性并进行功能性药物筛选。
高通量药物筛选：筛选了 200 多种化合物以识别亚型特异性治疗弱点。
结果
1. 肝母细胞瘤的单细胞表征识别的亚型：定义了两种主要的上皮亚型，
胎儿和胚胎
胎儿亚型：富含肝脏和胎儿肝脏标志物，具有代谢和肝功能相关调节子。
胚胎亚型：表现出高 WNT 信号活性和 EMT 相关基因。
亚型特异性调节子
胎儿亚型：HNF4A 和肝核受体。
胚胎亚型：LEF1 和 TCF7。
2. 空间转录组学
空间分析证实了肿瘤内胎儿和胚胎区域共存。
肿瘤区域表达混合的胎儿和胚胎标志物，反映空间异质性。
胚胎区域具有更高的 WNT 信号基因表达，而胎儿区域保留了肝脏标志物。
3. 肿瘤类器官的建立
从 12 名患者中开发类器官，代表不同的临床阶段（化疗前/后、转移、复发）。
类器官重现了胎儿和胚胎亚型：
胚胎类器官：WNT 通路活性高。
胎儿类器官：肝功能和胎儿肝脏标志物更高。
4. 类器官中的基因调控网络
类器官中的调节子分析证实：
胎儿亚型中 HNF4A 富集。
胚胎亚型中 LEF1 和 TCF7 富集。
类器官在多次传代中保持了转录组谱，表现出稳定性。
5. 药物筛选
确定了潜在的亚型特异性疗法：
胚胎类器官：对 FGFR 抑制剂敏感。
胎儿类器官：对 EGFR 抑制剂敏感。
两种亚型都对 HDAC 抑制剂敏感，其中罗米地辛和帕比司他最有效。
讨论
该研究对 HB 异质性进行了全面的表征，整合了单细胞、空间和类器官模型。它确定了胎儿和胚胎肿瘤亚型之间的新分子区别，并揭示了它们对 WNT、FGFR 和 EGFR 信号的不同依赖性。对患者衍生的类器官进行高通量药物筛选强调了个性化治疗策略的潜力。这些发现为针对 HB 中特定信号通路的临床试验铺平了道路。
研究的局限性
有限的患者队列：虽然多样化，但队列规模相对较小，可能限制了研究结果的普遍性。
类器官挑战：类器官代表体外系统，可能无法完全重现肿瘤微环境或免疫相互作用。
药物测试：虽然证明了药物敏感性，但需要体内验证和临床试验来确认治疗效果。
化疗后效应：大多数样本是在化疗后收集的，这可能会影响肿瘤生物学和观察到的异质性。
亚型重叠：胎儿和胚胎特征在混合区域中共存，为划定清晰的亚型界限带来了挑战。
这项研究突出了 HB 的分子多样性，并为亚型特异性治疗奠定了基础。它展示了整合尖端技术以解决儿童癌症异质性并改善治疗结果的力量。
往期回顾：
1.Nature重磅！！针对慢性肠道疾病和癌症的治疗策略的一个新的框架
2.肠隐窝的再生调控机制！！Nature Cell Biology
3.乳腺癌中TP53突变细胞 geroconversion（持久肿瘤抑制所必需的状态转换）受损的具体机制---Cancer Cell
4.对骨骼类器官研究的重要启示！！Nature Cell Biology--专门化的动脉后毛细血管促进成人骨骼重塑
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