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Science Advances | 浙江大学赵斌/梁廷波生成了25个原发性肝癌小鼠模型,适用于机制研究和临床前测试

显著的异质性阻碍了原发性肝癌 (PLC) 的机制研究和精准治疗,这在任何给定的肝癌小鼠模型中都难以概括。

2022年6月22日,浙江大学赵斌及梁廷波共同通讯在Science Advances 在线发表题为“Liver cancer heterogeneity modeled by in situ genome editing of hepatocytes”的研究论文,该研究报告了通过肝细胞的原位基因组编辑概括了 25 个人类癌症驱动基因或人类癌症驱动基因的组合,生成了 25 个 PLC 小鼠模型。这些小鼠肿瘤代表了人类 PLC 的主要组织病理学类型,根据转录组学和蛋白质组学谱可分为三种与人类匹配的分子亚型。

表型表征确定了免疫微环境、代谢重编程、细胞增殖和药物靶点表达中的亚型或基因型特异性改变。此外,单细胞分析和表达追踪揭示了丙酮酸激酶 M2 (Pkm2) 表达的空间和时间动态。通过多重基因组编辑对 Pkm2 的肿瘤特异性敲低逆转了 Warburg 效应并以基因型特异性方式抑制了肿瘤发生。总之,该研究提供了具有明确遗传驱动因素和特征表型异质性的小鼠 PLC 模型,适用于机制研究和临床前测试。

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原发性肝癌 (PLC) 是全球癌症相关死亡的第三大原因,治疗非常有限。除其他罕见类型外,肝细胞癌 (HCC) 占 PLC 的 75% 至 85%,肝内胆管癌 (ICC) 占 10% 至 15%。30% 到 40% 的 HCC 患者可能适合手术切除或移植。然而,对于晚期 HCC,只有少数几种提供非常有限的生存益处的多激酶抑制剂可用。使用检查点抑制剂(如抗 PD-1 和抗 PD-L1)的免疫疗法已显示出对晚期 HCC 的有希望的结果。
值得注意的是,抗 PD-L1 和抗 VEGF(血管内皮生长因子)抗体的组合比索拉非尼的疗效更好。与 HCC 相比,ICC 更难诊断和治疗,预后更差。虽然人们对通过分子谱鉴定新靶点寄予厚望,但它被 PLC 的病因、遗传学和表型的异质性所掩盖。癌症驱动基因的突变是肝脏肿瘤发生的主要诱因。最近对 HCC 和 ICC 基因组的研究揭示了患者之间存在巨大差异的突变情况,并确定了反复受影响的基因位点,例如 TERT 启动子、TP53、CTNNB1、MYC 和 RAS。这些发现不仅强调了对这些畸变进行功能表征的必要性,而且还提出了开发临床前模型的艰巨挑战。
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通过原位基因组编辑产生基因定义的小鼠肝脏肿瘤(图源自Science Advances 
通过将溶液加压注射到血管中产生的水动力可能会破坏内皮和密切相关的肝细胞质膜。这种方法成功地用于小鼠,将转座子和 CRISPR-Cas9系统传递送到肝细胞中。因此,肝细胞基因组可以通过转座子整合或 CRISPR-Cas9 介导的非同源末端连接进行编辑。这种方法揭示了成熟肝细胞对恶性转化的易感性。
在本研究中,生成了一个质粒工具箱,用于在 Piggybac (PB) 转座子中表达转基因或短发夹 RNA (shRNA)以及用于小鼠肝细胞原位基因组编辑的单向导 RNA (sgRNA) 和 Cas9。基因组编辑的遗传组合的选择由人类 PLC 的突变景观指导。因此,该研究产生了代表 PLC 主要组织病理学类型的 25 种基因型的原发性小鼠肝脏肿瘤。
进一步的分子分析确定了三种人类匹配的小鼠肿瘤分子亚型,反映了治疗相关表型的异质性和动态。通过多重基因组编辑,该研究证明了丙酮酸激酶 M2 (Pkm2) 在代谢重编程和肝肿瘤发生中的基因型特异性重要作用。因此,该研究提供了一个集成平台,包括用于原位基因组编辑的可扩展质粒工具箱、小鼠肝脏肿瘤生物库和相应的多组数据集,从而可以进一步研究和靶向肝癌的异质表型。

参考消息:
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn5683


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