软骨肉瘤类器官揭示PTCH1与BCOR基因改变驱动的SHH通路激活

《Scientific Reports》：Chondrosarcoma organoids reveal SHH pathway activation driven by PTCH1 and BCOR alterations

本研究针对软骨肉瘤(CS)缺乏有效治疗方案的临床难题，成功建立了患者来源类器官(PDO)模型。研究发现PTCH1和BCOR基因的移码突变导致Sonic Hedgehog(SHH)信号通路异常激活，SHH抑制剂vismodegib在体外显著抑制类器官生长，为靶向治疗提供了新策略。该模型为这种难治性恶性肿瘤的机制研究和药物开发提供了重要平台。

　　

在骨肿瘤领域，软骨肉瘤是仅次于骨肉瘤的第二大常见恶性骨肿瘤，以其独特的软骨样基质产生能力和对传统放化疗的高度耐药性而闻名。由于缺乏有效的系统性治疗方案，晚期软骨肉瘤患者的预后普遍较差，五年生存率不容乐观。更令人困扰的是，这种肿瘤的生长速度极为缓慢，使得临床前研究模型的建立异常困难，严重阻碍了新药研发进程。

近年来，虽然基因组学研究发现了IDH1、IDH2和COL2A1等基因在软骨肉瘤中的反复突变，为靶向治疗提供了潜在方向，但将这些发现转化为临床实践仍面临巨大挑战。其中最关键的限制因素是缺乏能够忠实模拟患者肿瘤生物学特性的 preclinical 模型。传统的细胞系模型在长期培养过程中往往丢失了原始肿瘤的异质性和关键遗传特征，而患者来源的异种移植(PDX)模型则存在建立周期长、成功率低等问题。

正是在这样的背景下，患者来源类器官(PDO)技术为软骨肉瘤研究带来了新的希望。类器官是三维培养的微型器官样结构，能够更好地保留原始肿瘤的组织结构、细胞类型和遗传特征。尽管类器官技术已在常见上皮性肿瘤研究中取得显著成果，但在间叶源性恶性肿瘤如软骨肉瘤中的应用仍处于起步阶段。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，日本大阪国际癌症研究所和大阪大学的研究团队成功建立了首个人类软骨肉瘤类器官模型，并利用这一创新平台深入探索了疾病的分子机制和潜在治疗靶点。

关键技术方法概述

研究团队采用改良气液界面(ALI)培养法，从6例软骨肉瘤患者手术标本中成功建立2株稳定传代的PDO模型(OICI-CS-1029和OICI-CS-1077)。通过类器官衍生异种移植(ODX)模型验证体内成瘤性，利用全外显子测序(WES)和RNA测序进行基因组和转录组分析，并通过体外药物敏感性测试评估SHH抑制剂vismodegib的治疗效果。

研究结果

成功建立软骨肉瘤PDO模型

研究团队从6例软骨肉瘤患者中尝试建立PDO模型，最终成功获得2株能够稳定传代的类器官系(OICI-CS-1029和OICI-CS-1077)。这些类器官在体外培养中表现出稳定的增殖能力，约10天可实现细胞活力翻倍。更重要的是，当移植到免疫缺陷小鼠(NSG小鼠)体内时，两类器官系均能形成皮下肿瘤，且生长8-9个月后肿瘤尺寸可达约1厘米。

组织学分析显示，ODX肿瘤成功保留了原始肿瘤的关键特征：丰富的透明软骨基质、分叶状生长模式、中度核异型性和细胞密度增加。阿尔新蓝染色进一步证实了软骨样基质的存在，表明这些PDO模型在组织水平上忠实再现了亲本肿瘤的病理特征。

遗传特征高度保守

全外显子测序分析揭示，两个软骨肉瘤ODX模型保留了其对应原发肿瘤的大部分遗传改变。值得注意的是，两个模型均未检测到IDH1或IDH2突变，这与部分软骨肉瘤的遗传特征一致。

研究发现了可能的驱动突变：OICI-CS-1029 ODX中存在PTCH1基因的移码突变，导致蛋白质截断而功能丧失；OICI-CS-1077 ODX则携带BCOR基因的移码突变。此外，OICI-CS-1077 ODX还含有TP53、COL2A1、CDKN2A、CDKN2B和MTAP等软骨肉瘤相关基因的已知致病突变。拷贝数变异分析表明，ODX模型在一定程度上保持了亲本肿瘤的基因组改变模式。

转录组特征验证模型可靠性

RNA测序分析进一步证实了PDO模型的可靠性。层次聚类和主成分分析均显示，每个ODX与其对应的原发肿瘤在转录组水平上高度相似。基因集富集分析表明，软骨生成相关基因特征在ODX中显著富集。SOX9、RUNX2、ACAN和COL2A1等软骨分化标志基因在原始肿瘤和ODX中均高表达，证明这些模型在分子水平上成功重现了软骨肉瘤的转录特征。

SHH通路成为潜在治疗靶点

基于发现的PTCH1和BCOR突变，研究团队将焦点转向了Sonic Hedgehog(SHH)信号通路。PTCH1是SHH通路的关键负调控因子，其功能丧失性突变会导致通路组成性激活。而BCOR作为PRC1.1复合物的组成部分，其失活在髓母细胞瘤模型中已被证明可加速SHH驱动的肿瘤发生。

基因集富集分析确实显示SHH信号通路相关基因在软骨肉瘤肿瘤和ODX中显著富集。功能实验证实，SHH抑制剂vismodegib在体外显著抑制了类器官的生长。在OICI-CS-1029类器官中，vismodegib在贴壁和类器官培养条件下均表现出强烈的抗增殖效果，而在OICI-CS-1077中的抑制效果相对较弱。定量PCR分析进一步显示，vismodegib处理可显著抑制OICI-CS-1029中SHH相关基因的表达，但在OICI-CS-1077中未观察到明显抑制。

研究结论与意义

本研究成功建立了首个人类软骨肉瘤类器官模型，为这一难治性恶性肿瘤的研究提供了宝贵的临床前平台。研究发现PTCH1和BCOR基因的移码突变可能导致SHH信号通路异常激活，而SHH抑制剂vismodegib在体外实验中显示出抗肿瘤活性，特别是在PTCH1突变型软骨肉瘤中效果更为显著。

这一发现具有重要的临床意义，因为它提示SHH通路抑制可能对特定分子亚型的软骨肉瘤患者有效，为未来开展精准医疗策略提供了理论依据。与目前正在研究的IDH1抑制剂ivosidenib不同，SHH靶向治疗适用于IDH野生型软骨肉瘤患者，有望扩大潜在受益人群范围。

研究的局限性包括样本量有限、所有模型均来源于高级别软骨肉瘤患者，以及遗传操作技术难度大等。然而，这些初步建立的PDO模型为后续研究奠定了坚实基础。未来通过扩大样本规模、涵盖不同病理分级和临床分期的患者，并结合体内药效验证，将有望加速软骨肉瘤靶向治疗药物的临床转化。

总的来说，这项研究不仅提供了研究软骨肉瘤的新型实验工具，还揭示了一个潜在的治疗靶点，为改善这种顽固性恶性肿瘤患者的预后带来了新的希望。随着类器官模型的不断优化和扩大应用，我们有望在软骨肉瘤的精准医疗领域取得更多突破性进展。