标准化患者来源再聚集胶质母细胞瘤类器官（rGBO）平台用于放疗反应规模化评估及BET抑制剂克服耐药

《Cell Reports Medicine》：A standardized patient-derived glioblastoma organoid platform for evaluating radiotherapy efficacy and overcoming resistance

患者来源的胶质母细胞瘤（GBM）类器官（GBOs）保留其原肿瘤特征；然而，它们尚未被广泛应用于系统性评估大规模治疗反应或阐明治疗耐药机制。在此，研究人员开发了一个标准化的再聚集GBO（rGBO）平台，用于对48例GBM患者的放疗反应进行可扩展的定量评估。rGBO中的放疗反应与接受标准治疗放疗的相应患者的生存持续时间相关。转录组分析识别出与放射敏感性和放射耐药性相关的基因特征。利用扰动数据集进行连接图谱分析，识别出一组具有降低放射耐药特征和增强放射敏感特征潜力的化合物。后续测试表明，溴结构域和超末端（BET）家族蛋白抑制剂通过下调放射耐药特征，在GBO和异种移植模型中增强放疗疗效。总之，研究人员的研究强调了rGBOs在标准化治疗筛选、评估患者特异性反应、识别相关分子特征以及开发克服治疗耐药策略方面的潜力。

胶质母细胞瘤（GBM）是成人中高度侵袭性的脑肿瘤，具有显著的肿瘤间和肿瘤内异质性，这导致治疗耐药和复发。标准治疗包括最大程度手术切除后进行化疗和放疗，但患者反应差异很大。除O₆-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT）启动子甲基化外，标准治疗放疗反应差异的机制仍不明确。大规模分析研究揭示了复发肿瘤的分子变化，但常受治疗效应混杂。提出放疗耐药机制的研究多局限于少数细胞系，可能无法捕获患者水平异质性。这些局限凸显需要高保真临床前模型来重现患者特异性反应并研究治疗耐药机制。患者来源肿瘤类器官日益被认为是癌症研究的重要工具，能更准确、生理相关地代表患者肿瘤。患者来源GBM类器官（GBOs）相比传统单层或球体培养有优势，包括快速建立、无生长因子和无血清条件、更好保留肿瘤异质性和肿瘤微环境（TME），使其成为治疗筛选和转化研究的有力平台。然而，现有研究样本量小且缺乏标准化生成程序以实现可扩展性。因此，研究人员开发了标准化的再聚集GBO（rGBO）模型，将已建立的GBO消化并以确定细胞数再聚集，产生标准化肿瘤细胞聚集体模型，减少类器官间变异，实现跨患者治疗反应的可扩展评估。该研究发表在《Cell Reports Medicine》。

研究人员对48例GBM患者的rGBO放疗反应进行全面映射，发现rGBO放射敏感性与患者术后生存时间显著相关。通过整合肿瘤转录组谱，识别出与差异性放疗反应相关的基因特征。作为概念验证，研究人员进一步识别并验证了能够调节这些特征以增强放疗疗效的化合物。总体而言，该研究证明标准化rGBO模型可用于定量和可扩展评估GBM患者异质性放疗反应，识别与放射敏感性和放射耐药性相关的分子特征，并为发现更有效治疗策略提供框架。

技术方法方面（不超过250字）：研究样本来自Hospital of the University of Pennsylvania，共48例GBM患者，包括原发32例和复发16例。关键技术方法包括：患者GBM样本采集与GBO培养；使用脑肿瘤解离试剂盒将GBO消化为单细胞，并在超低吸附96孔U底板中以每孔5000个细胞再聚集形成rGBO；采用不同剂量放疗（0、2、4、8 Gy等）处理，通过ATP发光法检测细胞活力；对配对原发组织、GBO和rGBO进行RNA测序（RNA-seq）和单细胞RNA测序（scRNA-seq）；使用DESeq2等进行差异表达和转录组分析；利用CmapR包和ConnectivityMap平台进行计算机化合物筛选；构建颅内异种移植模型验证JQ-1联合放疗效果。

研究结果：
标准化rGBOs用于可扩展定量测试：研究人员通过消化GBO为单细胞并再聚集，建立了rGBO模型，减少类器官间变异。免疫组化和RNA-seq显示rGBO与匹配GBO在蛋白和转录组水平高度相似，保留主要GBM细胞状态，支持其作为标准化模型。
rGBOs的差异性放疗反应：对48例患者rGBO测试放疗，发现细胞活力随剂量增加而下降，反应在重复间高度一致。rGBO放疗反应与MGMT启动子甲基化显著相关，与患者术后生存时间显著相关，Kaplan-Meier分析显示rGBO放射敏感性可分层患者生存。
放射敏感和放射耐药基因特征：对放疗前样本RNA-seq，识别出339个与放射敏感性负相关的差异表达基因（DEGs）和753个与放射耐药性正相关的DEGs。耐药DEGs富集炎症/细胞因子信号和细胞外基质（ECM）组织。验证队列中，放疗反应较大与耐药特征降低或敏感特征增加相关。
筛选调节放射耐药和放射敏感特征的化合物：利用扰动数据集筛选可逆转耐药特征或增强敏感特征的化合物，优先选择15个候选化合物。BET抑制剂JQ-1、PFI-1、I-BET151与放疗协同，JQ-1效果最强；靶向单个DEG的抑制剂效果较低。
BET抑制剂下调放射耐药特征：JQ-1处理rGBO后RNA-seq显示放射耐药特征显著下调，下调基因富集ECM、免疫调节和炎症，上调基因富集染色质和核小体组织。JQ-1通过抑制BET蛋白增强放疗疗效。
在异种移植模型中验证BET抑制剂增强放疗：颅内移植GBO细胞后，JQ-1预处理联合放疗显著延长小鼠生存，而JQ-1或放疗单药未显著延长。表明靶向BET蛋白可改善放疗疗效。

讨论部分总结：研究使用rGBO模型大规模映射GBM放疗反应，发现与MGMT启动子甲基化和患者生存相关。通过转录组整合识别分子特征，计算机筛选BET抑制剂并验证其体内外放射增敏作用。rGBO模型减少类器官间变异，保留GBO蛋白和转录组特征，支持其作为个性化治疗筛选和耐药机制研究平台。讨论也指出局限性：样本量受组织可用性和培养能力限制；rGBO缺乏TME、空间组织和系统因素如血脑屏障（BBB）和免疫系统；体内验证动物数少，需进一步验证。结论翻译：总之，研究人员的研究开发了一个标准化的患者肿瘤来源类器官平台，用于大规模定量测试，验证了rGBOs重现患者特异性治疗反应的潜力，提供了一个将rGBO放疗反应与转录组特征联系起来的资源，并识别出可增强标准治疗放疗的候选药物。