类器官研究揭示胶质瘤侵袭过程

　　

作者：欧玛干细胞

胶质瘤是一种令人闻之色变的人脑恶性肿瘤，目前治疗手段极为有限。胶质瘤学名为“多形性胶质母细胞瘤（GBM）”。由于胶质瘤生长在脑中，科学家几乎无法观察到这种肿瘤细胞的产生过程，动物模型也无法提供很好的答案。

美国加利福尼亚州的Salk研究所近日在胶质瘤研究中取得重要进展，该机构的科学家成功建立了胶质瘤类器官模型，从而为解决上述难题迈出重要一步。Salk研究所Verma实验室的科学家们通过编辑细胞中的两个基因，就能够在实验室里“制造”出胶质瘤，将来可以用于开发抗胶质瘤药物。该研究在2018.04.24日发表于《Cell Reports》杂志上。

图1.胶质瘤研究示意图。其大意如下：1.（左上部分）胚胎干细胞在三维环境中培养形成了脑类器官；2. （右上部分）脑类器官经过基因编辑以后，变成了胶质瘤类器官（红色）；3.取基因编辑形成的胶质瘤，或者人源性胶质瘤中的肿瘤细胞，与正常脑类器官一起培养，胶质瘤细胞能够逐步腐蚀掉正常脑类器官，导致整个类器官被肿瘤侵袭，这一过程模拟了胶质瘤在人脑中的行为。图片来自Cell Reports, 2018, 23(4):1220–1229。

目前抗癌药物研发存在一个棘手问题：在动物实验中效果良好的药物对病人无效，这是由于老鼠与人的不同导致。为了解决这一问题，科学家们尝试把人的肿瘤移植到老鼠身上，从而在老鼠身上研究人的肿瘤。然而这一方法也有其局限性，例如科学家很难获得足够多的肿瘤组织用于移植；另一方面人的肿瘤也会逐步适应老鼠的体内环境，从而失去对人类肿瘤的代表性。

这篇文章的第一作者Junko Ogawa博士说：“当移植瘤在老鼠身上不断生长时，老鼠体内的微环境改变了肿瘤的特征，导致这些移植瘤不能很好的代表人的肿瘤”。人脑类器官的成功研发有望解决这一难题。Salk Institute的科学家一直在研究如何把干细胞变成脑类器官，现在他们进一步把这一技术推广到胶质瘤领域。

研究者们应用CRISPR-Cas9技术来编辑脑类器官的两个与癌症密切相关的基因——HRAS、TP53。HRAS是一个癌基因，能够引起细胞的持续分裂增殖；TP53则是一个抑癌基因，能够抑制正常细胞向肿瘤细胞转化。当类器官中这两个基因被编辑以后，正常脑细胞就变成了肿瘤细胞——他们生长迅速，最终占领了整个类器官；不仅如此，当把这些肿瘤接种到老鼠体内时，肿瘤能够在老鼠脑内持续生长。

 
图2.Junko Ogawa博士（左）和Gerald Pao博士（右）。图片来自Salk研究所。

通过这一技术建立脑瘤模型具有明显的优点，首先编辑的基因少，仅仅两个基因（HRAS、TP53）就能把正常脑细胞变成肿瘤细胞，符合人体肿瘤发生的真实情况；其次该实验仅需要操纵几个细胞，而不是一次性把成千上万个细胞变成癌细胞，这也与癌变过程类似。

该研究还有一个巧妙的设计：科学家们在HRAS突变基因上添加了一个荧光染料，因此通过显微镜追踪荧光，科学家们就掌握肿瘤的进展情况。不仅如此，通过这种方法产生的肿瘤与人类胶质瘤更加相似，方法也更为简单。Ogawa博士说：“通过胶质瘤类器官，我们能够在老鼠身上追踪肿瘤的表型变化，也可以用这些模型来开发新的治疗药物。”

研究者不仅可以通过基因编辑技术把干细胞变成肿瘤类器官，也可以利用来自病人的胶质瘤或者肿瘤细胞系建立类器官。从病人的胶质瘤构建而成的类器官可以为病人的治疗服务：研究者先在肿瘤类器官上筛选出敏感性药物，病人自己便可以应用这些药物治疗，这样能够极大的提高患者的化疗效果。

参考文献：
1. https://www.salk.edu/news-release/organoids-reveal-how-a-deadly-brain-cancer-grows/
2. Ogawa J, Pao GM, Shokhirev MN, et al. Glioblastoma Model Using Human Cerebral Organoids. Cell Reports. 2018, 23(4):1220-1229.