我国癌症新发和死亡人数全球第一。据世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）权威发布，2020年我国癌症新发病例和死亡人数均为全球第一。癌症已经成为影响我国人们健康的重大难治性疾病。
肿瘤的异质性和肿瘤治疗的难度。肿瘤具有异质性特点，即同一种癌症，不同个体的症状、病程进展和治疗效果区别极大。这种患者之间的差异，同一患者、不同类型肿瘤或者不同器官组织内肿瘤的差异，同一肿瘤组织内不同细胞之间的差异，被称之为肿瘤的异质性。肿瘤的这种“个性化”给肿瘤治疗带来巨大的难题。治疗方案效果不佳、药物效率不高、晚期耐药性等问题，都是癌症患者不得不面对的诊疗问题。如何实现“精准治疗”，“对症下药”，如何精准的靶向杀死肿瘤细胞，是当前癌症治疗亟需解决的关键问题之一。
类器官与肿瘤“精准医疗“。类器官是目前世界前沿的生物技术之一。类器官是体外培育，具有三维结构特点的微器官。类器官具有如下几个特点：一是与细胞来源机体的遗传背景和组织学特征高度相似；二是与真实器官的复杂结构类似，能部分模拟来源组织器官的生理功能。
有句话这样说：“没有什么比患者身上的细胞更了解什么样的治疗是最合适的“。类器官在肿瘤个体化治疗领域具有巨大潜力，对于严重影响和威胁我国人们生命健康的癌症的治疗，具有国家战略意义。因此，类器官与癌症治疗也必然成为国自然中的热点和重要关切点，2019~2020年两年内显示出强劲的发展势头，相关科研梳理大幅上升；大量基础科研和临床应用数据的积累，将加速促进类器官产业化发展。
肿瘤类器官与“精准治疗“
肿瘤类器官与诊疗决策。利用类器官的原理，从患者体内提取癌细胞，利用3D生物支架等材料模拟体内微环境，体外条件培养出具备三维结构的微器官，就是肿瘤类器官。肿瘤类器官与患者自身的肿瘤细胞，在遗传背景、组织学特性和部分生理功能上高度类似。这样，以肿瘤类器官作为“替身“，可在短时间内获得化疗药、单抗药、靶向药、联合用药等疗法的疗效敏感性检测结果，具有高通量、简单易操作的特性，可为患者争取更多治疗时间，为有效治疗方案的制定提供较精准的数据支撑；肿瘤类器官的药敏结果在未来临床用药决策中将成为重要参考目标。
类器官的药敏结果
今天解读的文献是来自荷兰格罗宁根大学医学中心发表在StemCell Reports ( IF 7.294 )上题为“The tumor suppressor WT1 drives progenitor cell progression andepithelialization to prevent Wilms tumorigenesis in human kidney organoids”的文章，即肿瘤抑制因子 WT1 驱动祖细胞进展和上皮化以防止人肾类器官中的肾母细胞瘤发生。
分子机制图
∞研究摘要∞
Wilms肿瘤是儿童中最普遍的肾癌，通常与肿瘤抑制基因 WT1 的纯合缺失有关。作者开发了一种用于 Wilms 肿瘤形成的人肾脏类器官模型，并表明在类器官发育过程中 WT1 的缺失会诱导肾祖细胞过度生长，但会损害肾小球和肾小管的分化。功能和基因表达分析表明，WT1 的缺失阻止了前上皮细胞状态下的祖细胞进展。通过将 WT1 突变细胞“移植”到野生型肾脏类器官中，发现它们的繁殖需要未转化的微环境。作者的研究定义了 WT1 在肾祖细胞进展和肿瘤抑制中的作用，并建立了人类肾脏类器官作为儿童肿瘤发生的表型模型。
1、WT1缺失抑制NPC上皮化和分化并诱导类器官增生
首先生成肾脏类器官。对于 WT1 的敲除，用驱动 WT1 表达的慢病毒感染了含有强力霉素 (DOX) 诱导型 Cas9 蛋白(WT29-iCas9)的诱导多能干细胞 (iPSC)。通过在肾脏类器官分化的不同阶段添加 DOX 来诱导基因组编辑：在分化前的 iPSC (KOiPSC)、中间中胚层规范 (KOd4-7)、NPC 分化期间 (KOd9-11) 和肾发生期间 (KOd11-14)。在第 21 天，对照和 WT1 突变的类器官具有相似的大小，来自KOiPSC细胞要小得多。培养至第 30 天显示KOiPSC类器官仍然很小，KOd4-7 和 KOd9-11 类器官过度生长，并且 KOd11-14类器官的生长与对照相似。在第 21 天使用细胞类型特异性标记物进行分析（图 1A、1B）显示 SIX2 阳性（SIX2pos）细胞在 KOiPSC 和 KOd4-7类器官中含量丰富，与对照相似的 KOd11-14类器官不存在。在所有 WT1 突变类器官中，表达 PODXL 和 NPHS1 的足细胞显著减少。EPCAMhigh 和 LTL 阳性 (LTLpos) 小管减少，表明小管形成受损（图 1B 和 1C）。在量化 EPCAM 表达时，发现 KOiPSC 和 KOd4-7 d21 类器官中 EPCAMmid 细胞的扩增。EPCAMmid细胞早在第 7 天就出现，并且早于 EPCAMhigh细胞的形成（图 1C）。总之，这些结果表明，去除WT1 会损害 NPC 的进展并导致类器官增生。
2、WT1 的缺失会损害发育转录
为了系统地定义 WT1 依赖性基因调控，作者对在类器官发育和/或 KO 类器官中发生显著变化的转录本进行 k 均值聚类（图 2A 和 2B），确定了 17 个基因簇，其中一些在类器官发育过程中被诱导或抑制而在突变体中没有改变（簇 5、7、11 和 14），而其他基因簇在 KO 类器官中被解除管制，特别是在 d21（簇 1、8、和 13)。
利用已发表的区分人类胎儿肾脏细胞类型的基因集并计算基因集重叠富集，确定了基因簇 1、8、11、13 和 17 与发育中的肾脏中相关细胞类型的标记最相似（图 2C）。簇 11 没有改变，簇 17 仅在 KO 类器官中暂时解除管制（图 2A）。通过在第 16 周人类胎儿肾脏的单细胞 RNA-seq (scRNA-seq) 的 t 分布随机邻域嵌入 (t-SNE) 图中可视化它们的表达来验证簇 1、8 和 13 基因的细胞类型特异性，证实了分别与肾祖细胞 (M1)、增殖中间体 (M12 和M13) 以及足细胞 (M6) 和近端小管细胞 (M9) 基因组的共表达 (图 2D)。总的来说，转录缺陷与肾祖细胞（簇 1）的表型持久性以及突变类器官中肾小管和肾小球形成的减少（簇 13）相关。
3、WT1 KO 类器官重现 Wilms 肿瘤的转录变化
通过将突变体 d21 类器官的转录变化与 WT、肾嫌色细胞肿瘤（KICH）肾肾乳头状细胞癌 (KIRP) 和肾肾透明细胞癌 (KIRC) 患者中的平均基因表达变化进行了比较，表明簇 1 和 8 失调的幅度和方向性在 WT 中是保守的，但不是 KICH、KIRP 或 KIRC 肿瘤（图 3A）。转录组范围变化的成对比较证实突变 d21 类器官的变化与 WT 患者的变化最密切相关（图 3B）。患者基因簇WTPGC 3 仅在 15 名患者的亚组（myo_subset）中上调，富含肌肉 GO 术语，在先前描述的肌源性 S2 和 S4 WT 患者亚组中诱导，并在 d21 KO 类器官中上调（图 3C 和 3D）。反之亦然，WT 患者中第 1 类基因的无监督聚类（图 3E）确定了所有样本中的 NPC TFs 上调，而肌源性 TFs MYOD1 和 MYOG，以及骨骼肌基因 TNNC2 和 MYLPF，在患者的myo_subset 中特别失调。因此得出结论，WT1 突变肾类器官的转录变化概括了 WT 患者的肌源性亚群的转录变化。
4、利基信号传播 WT1 突变 NPC
作者聚合了源自 KOd4-7 d21 类器官的单个细胞，并将它们暴露于类器官形成条件 12 天（对应于 iPSC 分化的d9-d21），并重复此过程最多四次传代（图 4A）。量化嵌合类器官中 GFP 表达细胞的百分比（图 4B）显示 KO 细胞对传代的稳定贡献，表明 KOd4-7 d21 类器官细胞的生长速度与野生型 d9 NPC 一样快。突变细胞类型的组成因传代和混合比例而异（图 4B、4C）：在不存在 (0%) 或存在10% 和 25% 野生型细胞的情况下，SIX2pos细胞的比例第一次传代后从大约 30% 增加到 60%，但在进一步传代期间逐渐下降。相反，未编辑的对照细胞没有获得 SIX2 表达。使用破裂的表达 GFP 的 d21 类器官作为分化的细胞基质，用于 WT1 突变细胞的传代（图 4A）。KOd4-7 d21 细胞明显扩增（图 4D），表达 SIX2 和 KI67，并导致嵌合类器官过度生长（图 4D）。相比之下，未经编辑的 d21 细胞对类器官的贡献很小。
转自：“学术查”微信公众号
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