肿瘤研究进入下一代模型时代？

近日，《自然》杂志上发表三篇大型合作研究，分别从模型资源库建设、模型保真度验证和基因依赖性图谱绘制三个维度，系统地论证了类器官等下一代患者来源模型（NextGen模型）取代传统细胞系的科学价值。研究显示，患者来源类器官模型在基因组保真度（97.8%）、靶点发现（如CDK6/WNT通路新依赖）和临床转化（匹配患者治疗史）上全面超越传统细胞系，肿瘤研究正进入下一代模型时代。（Nature. 2026年8月5日在线版）

第一项研究由人类癌症模型计划"（HCMI）国际联盟完成，大多数新一代患者来源肿瘤模型能长期保留原肿瘤的关键分子特征，将这些模型与全基因组CRISPR筛选结合，可发现传统细胞系中缺失的肿瘤依赖性，并揭示具体突变、细胞状态和治疗过程如何改变肿瘤细胞的生存弱点。

研究者从2780名捐献患者的肿瘤组织，成功构建了665个可长期传代的患者来源模型，覆盖25种恶性肿瘤和637例患者，其中78%为3D类器官，16%为传统2D细胞系，6%为神经球模型。该资源库特别纳入153个罕见肿瘤模型、71个非欧洲裔患者来源模型，并为522个模型收集了治疗史、生存情况等临床资料。

研究者随后检验这些模型究竟有多像原来的肿瘤。在421对具有配对组织的患者肿瘤—模型配对样本进行了全基因组、外显子组、甲基化组和转录组的系统比较，结果显示：97.8%的模型与来源肿瘤在DNA水平的遗传一致性高达97.8%，杂合性缺失一致性平均达94%；突变特征谱高度吻合，说明体外培养并未引入显著的新突变；88%的模型保留了与肿瘤一致的全基因组加倍状态；81%的肿瘤驱动基因事件在模型中得到保留。在表观遗传层面，甲基化一致性高达95%。多种转录组算法也显示绝大多数模型保留了原肿瘤的主要表达状态。即使在体外培养一年以上，这种整体一致性依然存在。

研究也诚实地揭示了模型的局限性。单核RNA测序（snRNA-seq）分析显示，部分模型（尤其是胶质母细胞瘤GBM模型）的细胞状态组成与来源肿瘤存在差异，培养条件会显著影响某些肿瘤的细胞状态，部分胶质母细胞瘤模型在特定条件下转向与侵袭和耐药相关的间质状态，调整培养条件又能在一定程度上逆转这种变化。染色体外DNA（ecDNA）在肿瘤与模型之间的一致性相对较低（仅约24%共享），可能与培养环境的选择压力有关。培养过程中，原肿瘤中的免疫细胞和基质细胞通常会消失，少数肿瘤细胞亚克隆可能被选择性扩增。

该模型中保留了与靶向治疗耐药相关的突变特征（如胶质母细胞瘤中MMR缺陷导致的替莫唑胺耐药突变特征），ecDNA扩增的癌基因（如MYCN、KRAS、EGFR）在模型中高表达；还识别出携带致病性胚系变异、提示林奇综合征的病例。所有模型已通过ATCC面向全球开放共享，并配套开发了交互式数据浏览工具HCMI Explorer。

第二项研究由著名的癌症依赖性图谱（DepMap）团队完成，HCMI解决模型从哪来、像不像的问题，第二项研究回答模型能用来发现什么的问题。研究者收集了314个NextGen模型（237个类器官和77个中枢神经系统肿瘤球），对其中147个完成全基因组CRISPR筛选，进行了全基因组测序和RNA测序，并将结果接入癌症依赖性图谱DepMap。利用Celligner算法将模型与13 104例真实肿瘤样本进行转录组联合嵌入分析，发现NextGen模型的谱系推断准确率达69%，显著优于PDX模型（60%）和传统细胞系（35%）。在中枢神经系统肿瘤中，两者分别为93%和11%，食管—胃肿瘤中分别为83%和24%。

依赖基因分析方面，研究识别出三类与生物标志物相关联的依赖性。一是表达成瘾，基因必要性与自身表达水平正相关，共发现51个强依赖性，显著富集癌基因和转录因子，如脑肿瘤中的HNRNPH1和PROX1。二是同源依赖性，如低表达ENO2的模型对ENO1的依赖显著增强，而这种谱系特异性表达只在NextGen模型中得以保留。

胶质型模型对CDK6的依赖性显著增强，且CDKN2A拷贝数丢失是CDK6依赖性的独立生物标志物，药理学实验证实CDK6抑制剂对胶质型GBM模型具有选择性杀伤作用。部分胰腺癌及其他胃肠道肿瘤类器官则保留了一套与黏液分化有关的基因表达程序，并依赖若干WNT通路基因维持生长。研究者在这些谱系中发现了类器官特有的PDAC—经典/MUC转录程序，并建立了该程序与WNT信号通路依赖性之间的关联——高表达MUC程序的模型对RSPO/WNT通路关键节点TCF7L2表现出强依赖性，为WNT靶向药物的患者分层提供了新思路。一些传统乳腺癌细胞系保留了3D模型中缺失的肿瘤标志物，说明2D细胞系和3D模型各有优势，将两者结合才能得到更完整的肿瘤依赖图谱。

通过2D与3D培养系统比较及迷你池筛选实验，研究者揭示了生长形式（贴壁 vs. 基质胶穹顶）与培养基成分（含血清 vs. 无血清）对基因必要性的独立影响，证实许多细胞系特有依赖性源于培养条件而非肿瘤本身。研究数据通过DepMap门户（DepMap.org）向全球开放。

第三项研究由英国Wellcome Sanger研究所牵头，与HCMI合作完成。研究者建立了一个包含256个可冻存复苏的患者来源肿瘤类器官的生物样本库，覆盖结直肠癌、食管癌、卵巢癌、胰腺癌和胃癌五种临床需求迫切的瘤种。建库后93%的培养物通过冻融质控，提示其作为可再生资源的可靠性，每个类器官均配有患者胚系对照样本和匹配的肿瘤组织全基因组数据，并关联详尽的临床信息（分期、治疗史、吸烟史等）。

基因组保真度分析显示，类器官与患者肿瘤在突变负荷、结构变异数量、克隆分数上均高度相关，绝大多数单核苷酸变异在两者之间共享，全基因组体细胞拷贝数变异（SCNA）也高度一致。

该生物库完整重现了各瘤种的驱动基因图谱，包括结直肠癌的APC/KRAS/TP53、食管癌的TP53等经典事件，及染色体重排和全基因组加倍等基因组特征。其结直肠癌类器官数量（132个）已超过DepMap中可用的结直肠癌细胞系（90个）。

研究者对162个类器官完成了全基因组CRISPR-Cas9筛选，筛选质量指标（AUROC、AUPR）与传统细胞系相当。整合分析不仅鉴定出类器官特有的核心必需基因（Core Org），还发现多个具有临床意义的基因型-依赖性关联，如携带RNF43突变的类器官对WRN解旋酶表现出强依赖性；在4个微卫星不稳定类器官中未观察到WRN依赖性，提示错配修复背景影响WRN靶向治疗的敏感性。

对EGFR—RAS—MAPK通路的功能与药理学分析发现，在结直肠类器官中，不同KRAS变异等位基因对通路依赖性的影响截然不同。KRAS G12突变型类器官对KRAS敲除高度依赖，而KRAS野生型类器官则转而依赖EGFR和PTPN11。药理学实验显示，KRAS野生型类器官对EGFR抑制剂阿法替尼和吉非替尼最敏感，从培养基中撤除EGF后，野生型类器官活力显著下降，而KRAS突变型不受影响。利用同一患者化疗前与复发后配对建立的类器官，追踪到了肿瘤进化过程中新出现的可靶向脆弱性，显示了类器官在精准医疗中的价值。该生物库全部对外开放，为精准肿瘤学提供了系统性研究资源。

三项研究构成完整逻辑闭环，HCMI研究证实大规模带临床注释的类器官资源库可建成，患者来源模型能在总体上保留原肿瘤特征，DepMap研究证实这些模型能发现细胞系发现不了的靶点，Sanger生物库研究证实标准化建库+CRISPR筛选+药物验证管线可服务临床决策。肿瘤基因组图谱向功能图谱迈出一步，肿瘤模型研究的标准正被重写。三项研究建立了一套公开、可扩展的功能研究基础设施，使新的治疗靶点能在更接近患者肿瘤、也更加多样的模型中接受检验。如何让类器官在保留肿瘤异质性的同时更好地模拟微环境、如何将其嵌入真实的临床路径，是未来研究的方向。 （编译 王瑾）