原发性肝癌是全球第四大肿瘤致死病因，目前的治疗手段十分有限。肝细胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC，占75%-85%）是最常见的肝癌类型，其次是肝内胆管癌（intrahepatic cholangiocarcinoma, ICC，占10%-15%）以及其他罕见类型。肝癌的致病因素、遗传变异和病理表型存在高度异质性，为其新药研发和治疗带来了较大挑战。建立能够反映肝癌异质性的临床前模型以支撑相关机制研究和体内药物有效性检测具有重要意义。2022年6月22日，浙江大学赵斌实验室在Science Advances上在线发表了题为“Liver cancer heterogeneity modeled by in situ genome editing of hepatocytes”的研究论文。这一研究通过体内原位基因编辑技术建立了25种具有特定基因型的原发性小鼠肝癌模型，并通过多组学联合分析阐明了这些模型的异质性特征，还进一步通过多重基因编辑证明了不同基因型肿瘤对Pkm2基因的依赖性。
该研究首先分析了7套人HCC突变数据，选取了22个高频驱动基因，并主要以TP53、CTNNB1和MYC为基础与其他基因组合用于模型构建。激活的癌基因用PB转座子携带的激活突变体或野生型转基因来模拟，而抑癌基因的失活则通过sgRNA和Cas9介导的基因敲除模拟。质粒体系通过尾静脉液态高压注射方法递送到肝细胞内发挥作用，最终成功建立了25种具有特定基因型的肝癌模型。该研究对小鼠肝肿瘤开展了组织病理、转录组、蛋白质组、和外显子测序分析。揭示了HCC、ICC、混合型HCC-ICC、以及肝母细胞瘤等病理分型。并鉴定了3种与人肝癌分型相匹配的小鼠肿瘤分子分型M1-M3。M1型肿瘤具有去分化、ICC样亚型特征，呈现细胞骨架重排，明显纤维化和较多免疫细胞浸润；M2型肿瘤具有高度增殖的肝干细胞样HCC特征；M3型肿瘤一般分化较好，分级较低，保持了肝功能和肝代谢特征。这些分型特征与人肝癌相吻合。此外，该研究通过单细胞测序分析和表达追踪揭示了M2型丙酮酸激酶Pkm2表达的时空动态特征，进一步证明了在特定基因型肿瘤细胞内特异性失活Pkm2可以逆转Warburg效应，并抑制肿瘤的发生。综上，该研究提供了一个整合性的肝癌异质性体内研究平台，为进一步探索肝癌异质性的机制和评价临床前肝癌的新疗法，促进分子分型研究转化应用奠定了坚实的基础。赵斌实验室博士研究生唐梅、赵杨和梁廷波实验室博士生赵剑辉为本文的共同第一作者。通讯作者为赵斌教授和梁廷波教授。该工作得到了秦钧、冯新华、姬峻芳等合作实验室的支持。https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn5683
