Cell Reports Medcine:类器官揭示恶性横纹肌样瘤的核苷酸合成代谢脆弱性

恶性横纹肌样瘤（Malignant Rhabdoid Tumor, MRT）是一种罕见但极具侵袭性的儿童恶性肿瘤，通常在婴幼儿期发病，且预后极差。MRT的发生与SMARCB1或SMARCA4基因的双等位基因失活有关，这两者均为SWI/SNF染色质重塑复合体的亚基。尽管近年来在MRT的基因组学和表观遗传学研究方面取得了一定进展，但目前对于MRT的治疗仍主要依赖于化疗、放疗和手术等传统手段，且疗效有限。因此，探索新的治疗靶点和策略对于改善MRT患者的预后具有重要意义。

在癌症研究领域，代谢重编程被认为是癌症的一个重要标志，为肿瘤细胞的快速增殖提供了必要的能量和生物合成前体。已有研究表明，多种代谢途径在不同类型的癌症中发生改变，且针对特定代谢途径的抑制剂在一些癌症治疗中显示出良好的效果。然而，对于MRT的代谢特征及其潜在的治疗靶点，目前的研究相对较少。特别是对于MRT的核苷酸代谢途径，尽管已有研究提示其在一些癌症中可能作为治疗靶点，但在MRT中的具体作用和潜在治疗价值尚未得到充分探索。

本研究通过利用患者源性肿瘤类器官（patient-derived organoids, tumoroids）模型，结合基因表达分析和质谱代谢组学技术，系统地研究了MRT的代谢特征。研究发现，MRT中核苷酸生物合成途径高度活跃，且抑制该途径能够显著诱导MRT细胞凋亡并抑制其生长。这一发现不仅揭示了MRT的一个新的代谢脆弱性，也为开发针对MRT的新型治疗策略提供了重要的理论依据和潜在靶点。此外，本研究还通过在MRT患者源性异种移植（patient-derived xenograft, PDX）小鼠模型中验证了甲氨蝶呤（Methotrexate, MTX）的体内治疗效果，进一步证实了核苷酸合成抑制在MRT治疗中的应用潜力。这些研究成果不仅丰富了MRT的代谢研究领域，也为未来MRT的临床治疗提供了新的思路和方向。

在本研究中，科学家们探讨了恶性横纹肌样瘤（MRT）的代谢特征及其潜在的治疗靶点。研究问题集中在MRT的代谢重编程是否为该肿瘤的一个治疗脆弱性，特别是核苷酸合成途径在MRT中的作用及其作为治疗靶点的可行性。基于MRT的高度侵袭性和传统治疗手段的局限性，科学家们提出了一个猜想：MRT可能依赖于特定的代谢途径来维持其快速生长，抑制这些途径可能有效抑制肿瘤细胞的增殖。为了验证这一假说，研究者采用了患者源性肿瘤类器官（tumoroids）模型，结合基因表达分析和质谱代谢组学技术，系统地研究了MRT的代谢特征。通过分析肿瘤类器官的基因表达数据和代谢物水平，研究者发现MRT中核苷酸生物合成途径高度活跃，特别是嘌呤和嘧啶的生物合成基因表达显著上调，且相关代谢物水平也显著增加（图1A）。这一结果提示核苷酸合成可能是MRT的一个代谢脆弱性。

为了进一步验证这一猜想，研究者使用甲氨蝶呤（MTX）和BAY-2402234两种药物抑制核苷酸合成途径，并观察其对MRT细胞的影响。结果显示，MTX和BAY-2402234能够显著降低MRT肿瘤类器官中的核苷酸水平，并诱导细胞凋亡（图2B）。具体而言，MTX通过抑制二氢叶酸还原酶（DHFR）等酶，干扰嘌呤和嘧啶的生物合成，而BAY-2402234则通过抑制二氢乳清酸脱氢酶（DHODH），特异性地抑制嘧啶的生物合成。在药物处理后，MRT肿瘤类器官中核苷酸的同位素标记模式发生显著变化，表明核苷酸合成途径受到抑制（图3C）。此外，研究者还通过在MRT患者源性异种移植（PDX）小鼠模型中验证了MTX的体内治疗效果，发现MTX能够显著抑制MRT肿瘤的生长（图4B）。这些结果表明，核苷酸合成途径在MRT中确实是一个重要的代谢脆弱性，抑制该途径能够有效抑制MRT的生长。

综上所述，本研究不仅揭示了MRT的代谢特征，特别是核苷酸合成途径在MRT中的重要作用，还为MRT的治疗提供了新的靶点和策略。研究结果表明，针对核苷酸合成途径的抑制剂如MTX和BAY-2402234在MRT治疗中具有潜在的应用价值。然而，研究也存在一些局限性，例如在体外实验中未充分考虑肿瘤微环境的影响，且对于药物的长期毒性和耐药性机制尚未进行深入探讨。未来的研究可以进一步优化实验条件，模拟更接近生理状态的肿瘤微环境，同时探索联合治疗策略以提高疗效并减少药物毒性。此外，对于MRT的其他代谢途径及其在肿瘤发展中的作用也值得进一步研究，以期发现更多潜在的治疗靶点。

在这项研究中，科学家们利用患者源性肿瘤类器官（patient-derived organoids, tumoroids）来模拟恶性横纹肌样瘤（MRT）的生物学特性。类器官是一种三维细胞培养模型，能够在体外重现原组织的结构和功能特征，是研究肿瘤生物学和药物筛选的重要工具。培养步骤如下：

首先，从患者的肿瘤组织中分离出肿瘤细胞。然后，将这些细胞在特定的培养基中培养，通常使用含有生长因子和基质成分的培养基，如含有R-spondin、EGF、FGF-10等生长因子的肾类器官培养基（KOM）。培养基中还包含B27补充剂、N-乙酰半胱氨酸、Rho激酶抑制剂Y-27632等成分，以促进细胞的生长和分化。细胞被种植在基质胶（如BME Cultrex）上，以提供细胞生长的三维基质环境。在培养过程中，定期更换培养基以提供细胞所需的营养物质和生长因子，并通过机械解离或酶解等方法进行传代培养，以维持类器官的生长和扩增。

应用目的方面，这些肿瘤类器官被用于多个方面：一是研究MRT的代谢特征，通过分析类器官的基因表达和代谢物水平，揭示MRT的代谢重编程机制；二是进行药物筛选和评估，利用类器官模型测试不同药物对MRT的抑制效果，如本研究中对甲氨蝶呤（MTX）和BAY-2402234的药物效果进行了评估；三是模拟肿瘤的生长和侵袭特性，为理解肿瘤的生物学行为提供实验依据。此外，类器官模型还可以用于研究肿瘤与微环境的相互作用、肿瘤的耐药机制等，具有广泛的应用前景。

这项研究在恶性横纹肌样瘤（MRT）的代谢研究领域具有以下特色与创新之处：

特色：

1. 患者源性肿瘤类器官模型的应用：研究采用了患者源性肿瘤类器官（tumoroids）模型，这种模型能够更好地保留原发肿瘤的遗传和表型特征，相较于传统的二维细胞培养模型，更能准确地反映肿瘤在体内的生物学行为，为研究提供了更为可靠的实验平台。

2. 多组学联合分析：结合了基因表达分析和质谱代谢组学技术，从基因和代谢物两个层面系统地研究了MRT的代谢特征。这种多组学联合分析的方法能够更全面地揭示肿瘤的代谢重编程机制，为发现新的治疗靶点提供了更丰富的数据支持。

3. 核苷酸合成途径的深入研究：聚焦于核苷酸合成途径在MRT中的作用，详细分析了该途径中关键酶的表达水平和相关代谢物的变化，明确了核苷酸合成作为MRT代谢脆弱性的地位，拓展了对MRT代谢特征的认识。

创新：

1. 发现核苷酸合成抑制剂的治疗潜力：首次在MRT中系统地评估了核苷酸合成抑制剂（如甲氨蝶呤MTX和BAY-2402234）的抗肿瘤效果，发现这些药物能够显著降低MRT中的核苷酸水平并诱导细胞凋亡，为MRT的治疗提供了新的药物选择和治疗策略。

2. 体内模型验证：在MRT患者源性异种移植（PDX）小鼠模型中验证了MTX的体内治疗效果，证实了体外实验结果的临床相关性，为后续的临床研究和药物开发奠定了基础。

3. 代谢脆弱性与治疗靶点的关联：将MRT的代谢脆弱性与潜在治疗靶点直接关联起来，为基于代谢的肿瘤治疗提供了新的思路和方向，有助于推动代谢靶向治疗在MRT中的应用研究。

   
   

在这项研究中，类器官（Organoids）的培养是基于患者来源的肿瘤组织，旨在建立一个体外模型系统，用以模拟原发肿瘤的生物学特性，特别是用于研究肿瘤的代谢特征和药物反应。类器官的培养步骤大致如下：

1. 组织获取与处理：首先从患者身上获取肿瘤组织样本，在无菌条件下将组织样本进行机械或酶解分离，得到单个细胞或小的细胞团。

2. 细胞接种与培养基准备：将分离得到的细胞接种到含有特定细胞外基质（如Matrigel）的培养皿中。然后在细胞上方覆盖一层特制的培养基，该培养基含有多种生长因子、细胞因子、维生素、氨基酸等，以模拟体内环境，促进细胞的生长和分化。

3. 培养条件优化：在适宜的温度（通常为37℃）和二氧化碳浓度（5% CO2）条件下进行培养。定期更换新鲜培养基，以保证营养供应和代谢废物的清除。

4. 类器官形成与扩增：在培养过程中，细胞会逐渐形成具有三维结构的类器官。这些类器官能够自我组织，模拟肿瘤组织的某些结构和功能。随着类器官的生长，可以进行传代扩增，以获得更多的类器官用于实验。

5. 类器官的鉴定与应用：通过显微镜观察、免疫组化染色、基因表达分析等方法对类器官进行鉴定，确认其与原发肿瘤的相似性。随后，类器官可用于药物筛选、代谢组学研究、基因功能研究等多种应用。

在这项研究中，类器官的应用目的是为了研究恶性横纹肌样瘤（MRT）的代谢特征，特别是核苷酸生物合成途径的活性。通过在类器官模型中应用不同的代谢抑制剂，研究者可以观察药物对肿瘤代谢的影响，以及评估其潜在的治疗效果。此外，类器官模型还可以用于探索肿瘤细胞对代谢应激的适应机制，为开发新的治疗策略提供理论依据。

这项研究在探索恶性横纹肌样瘤（MRT）的代谢特征和治疗策略方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之处：

1. 样本量和患者异质性：研究中使用的患者源性肿瘤类器官模型数量有限，且主要来源于特定的患者群体。这可能导致研究结果的普适性受到限制，无法完全代表所有MRT患者的代谢特征和治疗反应。未来的研究需要扩大样本量，涵盖更多不同临床特征和分子亚型的MRT患者，以提高研究结论的可靠性和适用性。

2. 肿瘤微环境的模拟：类器官模型虽然在一定程度上能够模拟肿瘤的三维结构和细胞间相互作用，但仍然缺乏完整的肿瘤微环境，如血管、免疫细胞和基质细胞等。肿瘤微环境在肿瘤的代谢调控和药物反应中起着重要作用，因此，研究中未能充分考虑肿瘤微环境的影响，可能会影响对MRT代谢特征和治疗策略的全面理解。

3. 药物联合治疗的探索不足：研究主要集中在单一药物（如甲氨蝶呤MTX和BAY-2402234）对MRT的治疗效果上，而未深入探讨不同药物联合治疗的潜在协同效应。在临床实践中，联合治疗是提高肿瘤治疗效果的重要策略，未来的研究可以考虑将核苷酸合成抑制剂与其他药物（如靶向治疗药物或免疫治疗药物）联合使用，以探索更有效的治疗方案。

4. 长期疗效和安全性评估：虽然研究在体外和动物模型中观察到了核苷酸合成抑制剂对MRT的抑制作用，但缺乏对长期疗效和安全性的系统评估。在临床应用中，药物的长期疗效和安全性是至关重要的考量因素，未来的研究需要在更长时间尺度上观察药物对MRT的抑制效果以及对正常组织和细胞的影响，以确保治疗的安全性和有效性。

5. 耐药机制的深入研究：研究未涉及MRT对核苷酸合成抑制剂产生耐药性的机制。耐药性是肿瘤治疗中面临的一个重大挑战，了解MRT细胞如何适应和抵抗核苷酸合成抑制剂的作用，对于优化治疗策略和克服耐药性具有重要意义。未来的研究可以探索MRT细胞在长期药物压力下的代谢重编程、基因表达变化以及相关信号通路的激活等耐药机制。

    这项研究通过深入分析恶性横纹肌样瘤（MRT）的代谢特征，揭示了核苷酸合成途径在MRT中的关键作用，并验证了核苷酸合成抑制剂如甲氨蝶呤（MTX）和BAY-2402234对MRT的显著抑制效果，为MRT的治疗提供了新的靶点和潜在的药物选择。研究不仅拓展了对MRT代谢重编程机制的理解，还为基于代谢的肿瘤治疗策略提供了有力的实验证据，具有重要的科学价值和临床意义。

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