整合多组学技术对匹配的原发性结直肠癌和肝转移结直肠癌类器官进行研究，发现了潜在的分子靶点

《Translational Oncology》：Integrative multi-omics of matched primary and liver metastatic colorectal cancer organoids identifies putative molecular targets

结直肠癌肝转移（CLM）患者化疗耐药问题通过建立五对CLM类器官，结合基因组、转录组、外泌体miRNA及药物敏感性多组学分析，构建了整合机器学习模型的药物响应预测体系，揭示了KRAS信号通路与Regorafenib敏感性、TGF-β通路的关键作用。

　　### 肠癌肝转移的多组学研究

在多种癌症中，肝转移是导致患者预后不良的主要原因之一，尤其是对于结直肠癌（CRC）患者而言，肝转移（LM）的出现显著降低了其生存率。肝转移的发生通常与肿瘤细胞在转移过程中对现有治疗手段产生耐药性有关，这使得结直肠癌肝转移（CLM）患者的死亡率较高。尽管已有研究表明，多种生物因素可能与肝转移的发生有关，但如何将这些分子信息整合到化疗反应中，仍然缺乏深入的探索。

在本研究中，我们建立了五对CLM类器官，并利用包括遗传、转录组、外泌体miRNA和药理学在内的多组学方法对这些类器官进行了分析。通过机器学习方法，我们将这些多组学数据进行整合，构建了一个药物反应预测模型。这种方法不仅再现了肝转移类器官中特定的可靶向分子标志物，还可能揭示了系统性治疗方案与这些标志物之间的统计学联系。

#### 肠癌肝转移的挑战与研究意义

结直肠癌（CRC）在全球范围内是发病率第三高的恶性肿瘤，同时也是癌症相关死亡率第二高的疾病。在美国和韩国，CRC的发病率和死亡率均较高。由于直肠静脉系统在解剖学上直接引流至门静脉，肝脏成为CRC最常见的转移部位。在诊断时，约15–20%的患者会同步出现肝转移，而在疾病发展过程中，另有8–13%的患者会发展出异时性肝转移。肝转移的存在是CRC患者预后不良的关键决定因素。尽管手术切除可以为部分患者提供长期生存的机会，但只有约20%的患者符合根治性手术条件，而接受手术的患者五年总生存率约为40%。相比之下，无法手术切除的肝转移患者预后更为严峻，仅靠细胞毒性化疗（如CAPOX、FOLFIRI和FOLFOX）治疗的五年生存率约为10%，而使用包括贝伐珠单抗和西妥昔单抗在内的靶向药物进行系统性治疗的五年生存率可提高至22%。

因此，为结直肠癌肝转移（CLM）患者选择最佳的药物方案对于改善其预后至关重要。然而，大多数CLM研究仅关注于肿瘤扩散过程中的遗传和转录组特征，缺乏对治疗反应的全面整合。在这种背景下，肿瘤类器官因其能够重现原始肿瘤的临床病理和分子特征而展现出巨大价值。

#### 研究方法与技术手段

在本研究中，我们从五名患有同步肝转移的CRC患者身上获取了原发肿瘤组织和对应的肝转移组织，并建立了匹配的CLM类器官。这些类器官随后被用于多组学分析，包括全外显子组测序（WES）、RNA测序（RNA-seq）以及药物敏感性测试。我们还利用外泌体miRNA进行分析，以探讨其在肝转移过程中的作用。此外，我们使用了基因表达数据库（如GEO数据库）的数据进行比较分析，并通过基因集变异分析（GSVA）对不同通路的激活情况进行评估。

为了确保实验的可靠性，我们采取了一系列严格的实验操作流程。例如，在提取外泌体miRNA时，我们首先使用了特定的试剂和程序，确保去除细胞裂解物的干扰。我们还通过Western blot技术检测外泌体的存在，并通过统计分析方法，如肘部方法和轮廓方法，对数据的聚类情况进行了验证。这些步骤为后续的多组学整合分析提供了坚实的基础。

#### 研究结果与发现

通过多组学整合分析，我们发现CLM类器官与原发肿瘤在基因突变特征上具有高度相似性，但在转录组和药理学反应上表现出显著差异。这些差异可能与肝转移过程中调控网络的改变有关。例如，我们发现miR-3613–5p、eEF2K和TAS-102之间的关联，以及miR-663b、HTD2和Apitolisib之间的潜在调控网络。这些发现表明，这些分子可能在肝转移过程中发挥关键作用，影响药物敏感性。

此外，我们还发现KRAS信号通路在肝转移中的表达与Regorafenib的反应之间存在显著联系。尽管尚未明确其机制，但这些结果提示了KRAS信号通路在肝转移中的潜在调控作用，并为未来的药物开发提供了新的方向。TGF-β信号通路也被识别为肝转移的重要标志物，其在CLM类器官中的表达与肿瘤侵袭和转移密切相关。

#### 研究的意义与未来方向

本研究通过多组学整合方法，揭示了CLM类器官与原发肿瘤在分子层面的异同，以及这些异同如何影响药物反应。这不仅有助于理解肝转移的生物学特性，也为个性化治疗策略的制定提供了依据。此外，我们还发现，将外泌体纳入类器官模型中，可以进一步拓展其在临床前研究中的应用价值。

然而，由于研究样本数量有限，我们未能完全确认肿瘤类型与分子特征之间的明确关联。未来的研究需要更大规模的临床样本支持，以进一步验证这些发现的普遍性。同时，我们也认识到，仅靠计算模型无法完全揭示调控机制，因此需要进一步的功能性实验，如增益或丢失功能实验，来确认这些分子在肝转移过程中的具体作用。

总之，本研究通过建立和分析CLM类器官，为理解肝转移的分子机制和开发新的治疗策略提供了重要的数据支持。同时，研究还强调了多组学整合方法在癌症研究中的重要性，以及类器官模型在药物筛选和预测系统构建中的应用潜力。未来，随着更多数据的积累和技术的进步，我们有望进一步揭示CLM的复杂分子机制，并为患者提供更加精准的治疗方案。