北大团队发表癌症治疗重大发现

作者：同花顺财经

发布时间：2022-11-10 18:52

快照：

据北京大学官微，11月9日，北大团队在Nature发表文章首次报道了肝癌“免疫微环境”的5种亚型，并就其中一种类型深入研究揭示出了部分中性粒细胞在癌症免疫中的负面作用，为肝癌治疗、乃至癌症治疗带来新希望。

来源: 同花顺7x24快讯

举报/反馈

北京大学团队发表肝癌治疗重大发现，为癌症治疗带来新希望

作者：正观新闻

发布时间：2022-11-10 21:52

快照：

据北京大学微信公号，肝癌被称为“癌中之王”，我国每年约有50万人死于肝癌，世界上肝癌50%的发病率和55%的死亡率都在中国。治疗癌症，可以直接针对癌细胞下手，如手术切除、放射治疗、化疗、靶向治疗等，也可以整治癌细胞所赖以生存的“微环境”，即通过免疫调节激发免疫系统的潜力来对抗癌症。11月9日，北大团队在Nature发表文章首次报道了肝癌 “免疫微环境”的5种亚型，并就其中一种类型深入研究揭示出了部分中性粒细胞在癌症免疫中的负面作用，为肝癌治疗、乃至癌症治疗带来新希望。

2022年11月9日，北京大学第一医院肿瘤转化研究中心张宁团队与北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）张泽民团队、北京大学人民医院肝胆外科朱继业团队紧密合作，在Nature发表了题为“Liver tumor immune microenvironment subtypes and neutrophil heterogeneity”的研究论文。该研究首次在单细胞精度定义了肝癌的五种免疫微环境亚型（TIMELASER），探究了其细胞组成、空间分布、基因组特征和趋化因子受体-配体网络，首次全面揭示肿瘤相关中性粒细胞(TAN)的异质性，发现并验证CCL4+、PD-L1+ TAN两个关键亚群的促肿瘤机制，最终通过构建小鼠肝癌模型，从In vitro，Ex vivo，In vivo三个层面，逐步深入地证明靶向肿瘤相关中性粒细胞有望形成新的肝癌免疫治疗方案，这些成果为肝癌的基础研究和临床诊疗提供了关键信息。

举报/反馈

北大毛有东团队发表Nature：人工智能助力时间分辨冷冻电镜发现重大药物靶点动力学调控机制

作者：中国生物技术网

发布时间：2022-04-30 12:43

快照：

生命分子机器通过高度复杂的非平衡动力学过程和结构变化来实现其特殊功能，这一过程进而受到各种复杂分子间相互作用的精准调控。如何在原子水平直接观察天然态超大分子机器的功能态动力学过程给现有的原子结构动态分析技术提出了空前挑战。精准观察生命分子机器的功能复合动力学对于靶向药物设计提供了传统技术难以获取的复合物动态标底，将推动新一轮原研药重大创新。2022年4月27日，北京大学物理学院、介观物理国家重点实验室、国家生物医学成像科学中心、北大-清华生命科学联合中心、北大定量生物学中心毛有东团队在国际顶级学术期刊《自然》杂志在线发表了题为“USP14-regulated allostery of the human proteasome by time-resolved cryo-EM”的研究论文，报道了利用自主研发的深度学习高精度四维重建技术，发展并应用时间分辨冷冻电镜，阐明原子水平人源蛋白酶体动力学调控和构象重编程机制的突破性科学发现。这是国际上首次将人工智能四维重建技术用于大幅提升时间分辨冷冻电镜分析精度，针对重大疾病靶标复合体，实现原子水平动力学观测的国际领先原创一流成果，展示了一类新型的蛋白质复合动力学研究范式。《自然》同期在线发表了题为“Control of human protein-degradation machinery revealed”的Research Briefing专栏推介文章，发表了审稿人和Nature编辑团队的官方点评，其中审稿人评价“该工作是一项重大研究，终于在原子水平解决了USP14活化和其调控蛋白酶体功能的机制问题”，Nature编辑团队指出“这一工作通过时间分辨冷冻电镜，结合功能分析，……，呈现了蛋白质降解过程中USP14和蛋白酶体的构象连续体”。

蛋白质降解调控是极其重要的基本生物化学过程，在细胞周期、信号转导、免疫响应、基因调控、新陈代谢、神经退行、癌症肿瘤、病毒感染以及蛋白毒性响应等主要细胞分子过程中发挥关键调控作用。在真核细胞中，绝大部分胞内蛋白都是通过泛素蛋白酶体途径（Ubiquitin-proteasome pathway），经过泛素化标记被蛋白酶体全酶降解的。2004年，Aaron Ciechanover, Irwin Rose和Avram Hershko三位科学家被授予了诺贝尔化学奖，以表彰他们对该泛素化通路介导蛋白质降解的历史性发现。蛋白酶体全酶，又称为26S proteasome，是由中间一个圆柱形20S核心颗粒和两端覆盖的一个或两个19S调节颗粒组成。19S包含一个环形异源六聚体马达——AAA-ATPase，通过多个协同ATP水解模式调控蛋白酶体降解泛素化底物。蛋白酶体功能紊乱与人体多种疾病相关，如癌症、神经退行性疾病和免疫疾病等。蛋白酶体是美国FDA批准的多种治疗癌症的上市小分子药物的直接靶标。在正常细胞中，蛋白酶体的功能受到多个水平的严格调控。去泛素化酶USP14是最主要的蛋白酶体调控分子，被认为是一个潜力巨大的治疗癌症和神经退行性疾病的重要靶标，其小分子抑制剂曾进入过美国一期临床研究，但围绕USP14功能机制的一系列悬而未决的关键问题极大限制了其靶向药物分子的开发和临床应用。USP14通过结合26S而被激活，然后以毫秒的时间尺度剪切底物上的泛素链。它是如何被蛋白酶体激活并调控蛋白酶体功能的，一直是全球研究机构和生物制药界期待解决的关键科学问题。 北京大学毛有东实验室长期致力于发展基于冷冻电镜的动力学重建方法及其生物医学应用，围绕蛋白酶体、炎症小体等具有重大临床应用前景的靶点系统的结构功能、动力学机制和靶向调控分子设计深入开展前沿交叉研究。2016年报道了人源蛋白酶体基态的3.6冷冻电镜结构及其他三个亚纳米分辨构象，并首次发现一个亚稳态构象的核心颗粒物转运通道处于开放状态（PNAS2016; 113: 12991-12996）。2017年，利用冷冻电镜解析高分辨率人源蛋白酶体19S调控复合体在结合组装伴侣p28的自由态的三维结构，阐释了组装伴侣蛋白Gankyrin/p28在蛋白酶体组装过程中构象选择的组装机理（MolecularCell 2017; 67: 322-333）。2018年4月，报道了6个ATPγS结合状态下的26S蛋白酶体动态结构，包括三个核心颗粒复合物开放态对应的亚稳简并态近原子分辨（4~5）结构（Nature Communications 2018, 9: 1360）。2018年11月，在《自然》首次报道了人源蛋白酶体26S在降解底物过程中的七种中间态构象的高分辨（2.8~3.6埃）结构，在原子水平呈现了蛋白酶体和底物相互作用的动态过程，首次实现了对AAA-ATPase六聚马达分子内ATP水解全周循环的完整过程的原子水平观测（Nature 2019; 565:49-55）。这一系列工作揭示了蛋白酶体的原子架构、组装原理和降解泛素化底物的动力学基本规律。图1.(A)USP14调控下蛋白酶体复合体降解多泛素化底物的原子结构模型之一。(B)时间分辨率冷冻电镜解析13种中间态的统计分布随蛋白质降解进程的时间演化。（图片来源: YoudongMao, CC BY 4.0）科学研究的过程总是布满坎坷。本研究课题进行之初，首先要克服的问题就是“时间分辨”。蛋白酶体降解底物的过程是很快的，时间尺度在毫秒至秒之间。正常条件下，想要通过冷冻电镜技术捕获此过程的中间态结构，是非常困难的。所以，课题组首先要让这个过程慢下来。通过大量的条件摸索，重建反应动力学体系和优化反应条件，包括优化缓冲体系、反应温度等条件，课题组优化出较为可行的实验方案，从而使得时间分辨冷冻电镜技术应用成为可能，最终获得了含时的45,193张USP14-26S复合体降解泛素底物过程中的冷冻电镜透射图样，挑取了3,556,806个USP14-26S-泛素底物复合体的颗粒图像。接下来面临的极端挑战就是“三维分类”，冷冻电镜捕获的复合体图像需要经过一系列的分类，将它们归为不同的构象类别，才能呈现出蛋白反应的动态过程。USP14结合到26S蛋白酶体后，使得降解底物的动力学过程更加复杂，想要在如此多的异构复合体颗粒图像中，鉴别出降解过程的各个时态的高分辨率非平衡构象，传统的三维分类方法是无法实现的。低精度的三维分类将导致低分辩的三维重建，从而无法获取原子水平的动力学信息，无法对含时的数据赋予自洽的动态变化的物理意义。课题组结合经过数年自主开发的新型深度学习高精度三维分类和四维重建方法，捕获了USP14-26S复合体降解多泛素化底物过程的13种不同功能中间状态的高分辨率（3.0~3.6埃）非平衡构象，通过时间分辨冷冻电镜分析，重建了受控蛋白酶体的完整动力学工作周期，并结合分子生物学功能和基因突变研究，阐明了USP14和26S相互调控活性的原子结构基础和非平衡动力学机制。 研究发现USP14的活化同时依赖于泛素识别和蛋白酶体RPT1亚基的结合。出人意料的是，USP14通过别构效应，诱导蛋白酶体同时沿着两条并行状态转变路径发生构象变化；课题组成功捕获到了底物降解中间状态向底物抑制中间状态的瞬时转化。在底物降解途径中，USP14活化变构地重编程AAA-ATP酶马达的构象景观（Conformationallandscape）和统计分布，并刺激20S底物通道的打开，从而观察到底物持续转运过程的ATPase六聚马达非对称ATP水解和近乎完整的全周循环周期。USP14-ATPase的动态相互作用，使得ATPase马达底物识别与26S自身的去泛素化酶RPN11催化发生去耦合效应，并在26S的泛素识别、底物的起始易位和泛素链回收过程中引入三个调控检查点（动力学分岔点）。这些发现为USP14调节26S的完整功能周期提供了全新的高分辨见解，并为USP14靶向药物治疗发现奠定了极为重要的机制基础。图2.通过时间分辨冷冻电镜分析获取的USP14调控蛋白酶体底物降解的并行路径模型。（图片来源: YoudongMao, CC BY 4.0）

课题组博士后张书文与2019级博士生邹士涛为本论文的共同第一作者，毛有东为通讯作者。该论文的全部冷冻电镜数据在北大电子显微镜实验室和冷冻电镜平台上完成采集，大部分数据分析工作在北大高性能计算平台上完成。这项工作得到了北京市自然科学基金委员会重点专项、国家自然科学基金面上项目、国家杰出青年科学基金、国家重点实验室和北大-清华生命科学联合中心的支持。Nature论文在线链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04671-8

来源：生命科学联合中心

举报/反馈

打通精准医学的“最后一公里”——北大工学院席建忠课题组发现微肿瘤形成新机制纪实

作者：北京大学

发布时间：2020-06-25 14:43

快照：

北京时间2020年6月25日凌晨3时，北京大学工学院席建忠课题组联合北大肿瘤医院、人民医院等团队，在Science Translational Medicine杂志上发表以“Patient-Derived Tumor-Like Cell Clusters for Drug Testing in Cancer Therapy”（《患者来源类似肿瘤的细胞球可用于癌症治疗时的药效测试》）为题的文章，宣告发现了一种全新的原代肿瘤细胞自组装形成微肿瘤的新机制，建立了胃、肠、乳腺等癌种的微肿瘤模型。临床实验结果表明，微肿瘤模型预测患者治疗药效的准确性高达93%以上。这标志着席建忠教授团队多年来致力于打通精准医疗“最后一公里”的持续科研攻关有了关键突破。Science Translational Medicine杂志为文章配发了题为《小小细胞球大有前景》的“编者按”，按语指出，原代肿瘤细胞自组装形成微肿瘤的新机制旨在通过对肿瘤细胞及其基质细胞进行离体培养来克服目前为癌症患者制定精准诊疗方案中存在的缺点。该方法在应用于多种肿瘤类型患者的初步测试中已显示出令人鼓舞的结果。

席建忠

认准目标，持续关注“痛点”

“近年来，各种组学技术在精准医疗中得到了广泛的应用，但其临床应用潜力和效果一直受到一定的限制：很大比例的癌症患者没有可用药的突变基因；即使是有目标基因改变的患者，也由于比例范围较大、组成复杂等原因而缺乏有效指导临床方案的实用模型。”从2014年开始，席建忠教授带领团队持续关注肿瘤精准医学的“痛点”——发展一项能及时、直接、准确地反映患者药物敏感的辅助治疗技术。“过去的60年里，先后有上百种的肿瘤药敏检测模型或方法被报道，其中，比较有影响的有类器官（Patient-Derived Organoids，PDO）、患者来源的肿瘤异种移植模型等，但这些技术在检测周期、准确率、检测药物通量、检测成本等方面有局限性，因此指导临床用药的前景并不清晰。”席建忠介绍，体外模拟再现患者肿瘤的特征，特别是药物效果特征，成为国内外一个古老而又热门的研究课题。“说它古老，是因为从现代细胞生物学开始之时，无数工程师和科学家就致力于研发各种各样的方法培养肿瘤细胞，毕竟这些是新药研发的基础。”持续关注研究痛点的席建忠也感受到了这一课题的“热度”：“说它热门是因为近十年，这一方向的研究投入更多，受到的关注也更大；不断有大量的新技术涌现，其中最有名的是荷兰科学家汉斯·克里夫（Hans Clevers）2009年发明的类器官技术，Nature Methods（《自然方法》）将类器官推选为2017年生命科学领域的年度技术。”席建忠说：“虽然这个研究方向已有半个多世纪的历史，但遗憾的是，目前在临床上还没有一个可以成功应用的方法。”2005年，席建忠在美国获得生物医学工程专业博士学位后，回到北大成为工学院生物医学工程系特聘学者，从此开始了对这一问题的持续关注。“研究的想法由来已久，这是生命科学、临床医学和药物研发等领域无数科学家和科研工作者的梦想。而真正投入大量精力开始专注于这一领域的研究，是从2014年开始。”从那时起，席建忠带领团队紧紧盯住打通技术通往临床应用的“最后一公里”目标，在这个领域不断摸索。

坚持不懈，攻克重重“难点”

精准医学“最后一公里”在于临床，席建忠团队正是以临床问题为抓手、医工结合新诊疗为途径，将科研的重心落在切实解决备受关注的肿瘤诊疗问题。“期间经历了各种各样的困难，但患者和家属期待的眼神是我们最大的动力，我经常告诉自己和团队要坚持下去，做真正对患者有用的科学技术。”

科研的最终目标是解决临床问题，所以在技术研发时，席建忠将医生视为非常重要的合作伙伴。“在整个团队的研究工作中，医生扮演三个关键角色。一是所有临床试验的参与者，他们负责提供所有的样本、收集临床数据等；二是实验是否成功的判断者，我们实验结果的好坏、标准能否应用于临床，医生是有话语权的，医生的反馈是我们研究判断的核心依据；三是在技术推广应用时，医生还是技术的实际使用者。”

席建忠没有想到，科研攻关过程中一大难点就是“等待医生、懂得医生”。面对医生的 “不守时”，席建忠其实非常理解：“中国的医生们是一群工作极其辛苦的团体，就算是约好时间，也经常因为医生在做手术而要等他们2-3个小时。”“夫君子之所以取者远，则必有所待”，“上门拜访”“等待医生”就成了席建忠团队的“必修课”。席建忠说：“科研攻关必须坚持开放的合作心态，我这几年访问过、面对面交流过的医生至少有800多位，现在一起合作的医生也不少于200位。坚持学习对方的专业知识、换位思考，得到合作伙伴——医生的认可和支持至关重要。在和医生沟通交流的过程中，我学会了简单地看PET、CT 影像图，学习了大量的医学专业知识。这样你才能从和医生的交流中准确把握关键信息，才能及时准确地制定研究方案。”

研究开始后，交叉学科专业性强导致团队间沟通困难的问题开始凸显出来。“大家关心的维度不一样。”谈到最关键的困难，席建忠说：“最主要的困难就是刚开始不知道前进方向，或者说真正的问题是什么。”席建忠带领团队沉下心来做研究，在六年的持续科研过程中经历了三个关键阶段。

“第一个阶段是在研究的初期，我们只有一个大概朦胧的目标，希望在这方面做一些探索。”席建忠介绍：“第二个阶段是研究开始进入真正有实质性进展并突破关键性技术难题的时期。”席建忠团队在和医生合作的过程中，经过反复探讨和不断的思维碰撞，逐渐意识到问题所在。“我们紧扣精准医学临床转化的本质，即一切以临床数据为最高检验标准，一切以满足临床需要为第一要务。这个阶段我们花了两年多的时间，将临床需求和技术反复碰撞对接，才认识到问题的关键是什么，在2016年年底，逐渐从数十个参数中凝练出三个最为关键的要素：第一是准确性，第二是时间窗口，第三是标准化。临床转化应用首要的就是准确，其次要切合临床的时间需求，最后就是技术一定可标准化，这是大规模推广应用的基础。”席建忠说:“目前研究已经到了第三阶段，对绝大部分肿瘤包括胃癌、乳腺癌、肺癌、肠癌等，我们的技术已经比较成熟，具备大规模临床试验和推广应用的基础。未来1-2年，我们将在相关政策的指导下，开始医疗器械注册证的申报等工作。”他特别指出：“对于胶质瘤、肝癌等其他一些癌种，我们现在还处于第二阶段。”

在重重“难点”被攻克后，席建忠教授团队历经六年锲而不舍的科研攻关，最终研发出微肿瘤PTC药敏检测模型。“我们为肿瘤患者在体外培养出成千上万个‘替身’来做药物测试。我们提供的是实实在在的测试结果。”不同于传统的类器官等培养技术，微肿瘤PTC药敏检测模型在检测周期、准确性以及临床转化应用等方面取得了机制和技术上的重大突破进展，有望在2到3年间得到大规模推广应用。

回首六年科研攻关路，席建忠欣慰地说：“让我觉得特别幸运的是，有一支执行力非常强的团队。”课题组会聚了“四大团队”：一是医生团队，包括来自北大肿瘤医院、北大人民医院、协和医院、301医院、上海胸科医院、华西医院等十多家医院的外科、内科、病理检测、影像等不同专业的医疗专家；二是北大数学学院的席瑞斌教授团队，在大规模测序、数据分析方面，提供强有力的技术支撑；三是合作的相关企业，在资金、产业转化等方面给予大力支持；四是来自北大的科研助手和学生团队，他们在六年时间里逐渐成长为课题研究的中坚力量。

对于这次取得的成果，席建忠一再强调团队的力量和作用：“这项研究是由北京大学工学院、北大肿瘤医院、人民医院以及北京基石生命科技有限公司等共同合作完成，尹申意博士、席瑞斌教授、武爱文主任、王殊主任是论文的并列第一作者，我和季加孚教授是论文的共同通讯作者。该工作得到了科技部、国家自然基金委等的支持。”

锐意创新，突破应用“堵点”

打通精准医学的“最后一公里”，关键在于创新技术的临床应用。

“研究团队发展了原代细胞自组装形成微肿瘤的新方法。通过改良培养基和培养微环境，优化了微肿瘤培养条件。”席建忠介绍，一方面，利用转录组测序、GO以及KEGG等技术，分析培养细胞与体内肿瘤组织间的信号通路差异，筛选各种信号通路调控因子以及小分子抑制剂，增加微球培养的成功率；另一方面，测试了一系列培养器件的基底亲憎水等性质对培养的影响，发展了微型高通量培养和筛选芯片。在此基础上，团队对209例新鲜胃癌和结直肠癌肿瘤样本进行消化解离培养，微肿瘤模型PTC的整体培养成功率为89.9 %（188/209，不包含和感染和坏死样本）。对于PDOs不能或较难培养的瘤种或样本，如中低分化腺癌、神经内分泌瘤、粘液腺癌以及转移灶，微肿瘤模型PTC同样可以培养成功。

微肿瘤PTC的培养方法、形态与细胞组成

“微肿瘤PTC在培养时间、细胞组成等方面，具有明显的优势。”席建忠向记者介绍这一创新技术的优势所在：“无论是手术样本，还是内窥镜获得的样本，2周之内可以检测100-2000种药物；此外，微肿瘤PTC是由肿瘤干细胞、上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞等多种细胞组成，能够很好地再现肿瘤组织本身的多细胞微环境与肿瘤上皮细胞的相互作用。”席建忠团队通过免疫荧光、流式细胞分析、转录组测序等大量方法分析，表明微肿瘤PTC与肿瘤组织在分子、细胞以及组织结构等方面，具有高度的一致性。

“最重要的是，团队采用微肿瘤PTC药敏检测模型进行了临床双盲验证。”席建忠强调这一步至关重要，“没有临床验证，前述的细胞培养和表征意义就大打折扣”。在入组并获得PTC的24位胃肠肿瘤患者和35位乳腺癌患者中，采用影像学结合Miller & Payne分级系统评估临床疗效，PTC检测结果与临床疗效的一致率达到93.6%。“一位56岁、预后差、常规用药方案少男性粘液腺癌患者，在常规用药（XELOX方案）耐药后，利用微肿瘤PTC药敏检测技术，实现了跨适应症动态治疗；服用乳腺癌药物三个周期后，患者腹膜转移灶消失，腹水减少，肿瘤标志物下降，网膜结节减小，药效显著。”席建忠说：“这些结果表明PTC模型同样可以准确预测肿瘤患者对药物敏感的动态情况，对于复杂难治、恶性程度高的肿瘤，PTC可以充分发挥高通量等优势，帮助患者筛选跨适应症治疗方案，寻找更多可能的治疗机会。”

临床应用案例：粘液性肠癌患者跨癌肿动态治疗

PTC药敏检测技术如何打通肿瘤患者个体化治疗的“堵点”？席建忠介绍：“PTC药敏检测技术是近年来肿瘤诊治方法的重要的技术创新，克服了其他药敏检测技术的局限性，已成功应用于胃癌、肠癌、乳腺癌等患者的药物疗效预测中，可在临床决策中准确、前瞻性地指导肿瘤患者地个体化治疗，不仅使患者获益，延长生命周期，而且可以节省国家宝贵的医疗资源。此外，作为一种较有前景的肿瘤研究模型，PTC平台可有力地推动肿瘤临床医学在机制探索、新药开发、临床辅助诊断等领域的研究。”

着眼未来，开拓研究“重点”

“目前我们正处在全球生物医学快速发展的浪潮中，在浪潮下冲浪非常有压力，速度、方向和节奏等都非常重要。”人才是第一资源，近年来，席建忠非常注重面向全球生物医学发展的前沿，在科研攻关的过程中培养学生的责任感、领导力、配合度和换位思考的能力。庚子年初以来的新冠肺炎疫情给科研工作带来一定影响。在特殊的疫情时期，席建忠带领团队在保证安全健康的前提下，尽可能地持续开展科研攻关。“在重点研发计划等课题的支撑下，研究助手、博士后和部分学生按照学校相关规定的要求，回到学校开展实验攻坚。”席建忠经常和学生们交心：“国家和学校为我们创造了非常好的科研环境，我们应当为社会贡献自己的力量。”他还以身作则，告诉学生“领头羊”的真正内涵。“不是简单命令别人做什么，而是要让大家彼此信任、配合、协作，保证课题顺利进行。”

“我们的新技术平台刚完成第一步，就是证明精准医学、个体化用药这条路是走得通的，下一步可做的研究很多。”着眼未来，席建忠已经瞄准了《“健康中国2030”规划纲要》的蓝图，致力于开拓三个方向的研究重点：“一是推进新技术在精准医学、临床转化方面的应用；二是在基础研究方面与国内诸多顶级科学家开展合作，把新技术平台用好；三是积极拓展新技术在新药研发方面的应用，我们已经开始和一些药学研究专家和制药企业对接，促进新药研发。”

文字：校报记者 陈振云

举报/反馈

北大肿瘤医院团队最新成果：15种癌症肿瘤有了新“画像”

作者：北京日报客户端

发布时间：2021-02-05 10:09

快照：

2月4日，北京大学肿瘤医院季加孚团队与合作者在国际期刊《细胞》杂志（Cell）上发布研究成果，对包括胃癌在内的15种癌症肿瘤浸润髓系细胞特征进行了系统性的刻画，比较了肥大细胞、树突状细胞以及肿瘤相关巨噬细胞在不同癌种内的特性，为靶向不同癌种内髓系细胞的免疫治疗提供了重要依据。

肿瘤具有复杂的生态系统。癌细胞通过与多种其他类型的细胞相互作用形成复杂的细胞调控网络。除淋巴细胞外，髓系细胞也是肿瘤浸润免疫细胞的重要组成成分之一，它在调节肿瘤炎症反应以及血管生成等方面发挥着重要作用，因而成为临床研究中癌症治疗的又一热门靶细胞。

我国是胃癌的高发国家，全世界有一半以上的新发胃癌在中国。胃癌具有早期诊断率低、预后不佳、疗效不满意等特点，为健康中国战略实现构成了巨大挑战。季加孚团队是国际胃癌学会的主席单位，具有多年胃癌相关研究工作基础。此次联合课题组首先收集了38名胃癌患者的67个组织样本（肿瘤和癌旁组织）进行单细胞转录组测序分析，经过严格的质量控制后，获得共10303个髓系细胞的单细胞转录组数据。研究人员首先鉴定出三类主要髓系细胞类群（肥大细胞、树突状细胞单核细胞、巨噬细胞），并对各个髓系细胞亚群进行了深入分析。

研究发现，对比癌旁正常组织，胃癌肿瘤组织中的肥大细胞比例更高，表明肿瘤组织中的肥大细胞累积在肿瘤的发生和进展过程中可能起重要作用。同时研究发现胃癌肿瘤内部存在高表达的LAMP3成熟态树突状细胞和上调促血管生成相关信号通路的巨噬细胞类群。

研究团队鉴定的胃癌相关髓系特征及其他癌种的髓系细胞类群是否广泛存在于各类肿瘤内部具有重大研究价值。因此，研究团队通过进一步整合团队产出的单细胞转录组测序数据及已发表的公共数据，构建了包括胃癌在内的15个癌种髓系细胞图谱，并系统性地比较了各髓系细胞类群在不同的癌种间组成、发育及功能上的异同。

研究主要有三大发现。其一是肥大细胞在多癌种内呈现不同的功能状态；其二，激活态的LAMP3+树突状细胞广泛存在于多种肿瘤内；其三，肿瘤相关巨噬细胞在不同癌种内存在高度异质性。

来源 北京日报客户端|记者 孙乐琪通讯员 管九苹

编辑：王海萍

流程编辑 邰绍峰

举报/反馈

北大团队突破微肿瘤诊疗“最后一公里”

作者：北京日报客户端

发布时间：2020-06-25 19:44

快照：

6月25日凌晨3时，北京大学工学院席建忠课题组联合北大肿瘤医院、人民医院等团队，在《科学转化医学》杂志上发表重磅文章，宣告发现了一种全新的原代肿瘤细胞自组装形成微肿瘤的新机制，建立了胃、肠、乳腺等癌种的微肿瘤模型。临床显示，该模型预测患者治疗药效的准确性高达93%以上。这标志着席建忠团队多年来致力于打通精准医疗“最后一公里”的持续科研攻关有了关键突破。

席建忠

“近年来，各种组学技术在精准医疗中得到了广泛的应用，但其临床应用潜力和效果一直受到一定的限制：很大比例的癌症患者没有可用药的突变基因；即使是有目标基因改变的患者，也由于比例范围较大、组成复杂等原因而缺乏有效指导临床方案的实用模型。”从2014年开始，席建忠带领团队持续关注肿瘤精准医学的“痛点”——发展一项能及时、直接、准确地反映患者药物敏感的辅助治疗技术。

精准医学“最后一公里”在于临床，席建忠团队正是以临床问题为抓手、医工结合新诊疗为途径，将科研的重心落在切实解决备受关注的肿瘤诊疗问题。

微肿瘤PTC的培养方法、形态与细胞组成

课题组会聚了“四大团队”：一是医生团队，包括来自北大肿瘤医院、北大人民医院、协和医院、301医院、上海胸科医院、华西医院等十多家医院的外科、内科、病理检测、影像等不同专业的医疗专家；二是北大数学学院教授席瑞斌团队，在大规模测序、数据分析方面，提供强有力的技术支撑；三是合作的相关企业，在资金、产业转化等方面给予大力支持；四是来自北大的科研助手和学生团队。

在重重“难点”被攻克后，席建忠团队历经六年锲而不舍的科研攻关，最终研发出微肿瘤PTC药敏检测模型。“我们为肿瘤患者在体外培养出成千上万个‘替身’来做药物测试。我们提供的是实实在在的测试结果。”他介绍，不同于传统的类器官等培养技术，微肿瘤PTC药敏检测模型在检测周期、准确性以及临床转化应用等方面取得了机制和技术上的重大突破进展，有望在2到3年间得到大规模推广应用。

临床应用案例：粘液性肠癌患者跨癌肿动态治疗

在席建忠看来，微肿瘤PTC在培养时间、细胞组成等方面，具有明显的优势。无论是手术样本，还是内窥镜获得的样本，2周之内可以检测100到2000种药物；此外，微肿瘤PTC是由肿瘤干细胞、上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞等多种细胞组成，能够很好地再现肿瘤组织本身的多细胞微环境与肿瘤上皮细胞的相互作用。另外，团队通过免疫荧光、流式细胞分析、转录组测序等大量方法分析，表明微肿瘤PTC与肿瘤组织在分子、细胞以及组织结构等方面，具有高度的一致性。

“最重要的是，团队采用微肿瘤PTC药敏检测模型进行了临床双盲验证。”席建忠透露，在入组并获得PTC的24位胃肠肿瘤患者和35位乳腺癌患者中，采用影像学结合Miller & Payne分级系统评估临床疗效，PTC检测结果与临床疗效的一致率达到93.6%。

目前，团队成果以《患者来源类似肿瘤的细胞球可用于癌症治疗时的药效测试》为标题，发表于《科学转化医学》。该杂志配发了题为《小小细胞球大有前景》的“编者按”，按语指出，原代肿瘤细胞自组装形成微肿瘤的新机制旨在通过对肿瘤细胞及其基质细胞进行离体培养来克服目前为癌症患者制定精准诊疗方案中存在的缺点。该方法在应用于多种肿瘤类型患者的初步测试中已显示出令人鼓舞的结果。

PTC药敏检测技术是近年来肿瘤诊治方法的重要的技术创新，克服了其他药敏检测技术的局限性，已成功应用于胃癌、肠癌、乳腺癌等患者的药物疗效预测中，可在临床决策中准确、前瞻性地指导肿瘤患者的个体化治疗，不仅使患者获益，延长生命周期，而且可以节省国家宝贵的医疗资源。席建忠表示，作为一种较有前景的肿瘤研究模型，PTC平台可有力地推动肿瘤临床医学在机制探索、新药开发、临床辅助诊断等领域的研究。”

图片来自北大新闻网

来源 北京日报客户端 | 记者 任敏 通讯员 陈振云

编辑：曾佳佳

流程编辑 刘伟利

举报/反馈

北大开发微肿瘤预测模型：药效准确性逾90%，待大规模验证

作者：澎湃新闻

发布时间：2020-06-30 15:05

快照：

尽管医学在不断进步，但确定每个癌症患者的最佳治疗方案仍然很困难。尤其是近年来，随着肿瘤精准医学概念的提出，作为肿瘤精准医学基础的肿瘤基因检测应运而生，但基因组学技术临床应用的潜力和效果也同样受到一定的限制。

近日，北京大学工学院生物医学工程系、北京大学数学学院、北京大学肿瘤医院、北京大学人民医院等研究团队联合，在《科学转化医学杂志》（Science Translational Medicine；IF=17.2）杂志上发表了一项研究，题为“Patient-Derived Tumor-Like Cell Clusters for Drug Testing in Cancer Therapy（人源类肿瘤组织细胞簇用于癌症药敏检测）”。研究团队开发了一种全新原代肿瘤细胞自己“任性游走”组装形成微肿瘤的方法，建立了乳腺癌等癌种的微肿瘤模型。临床实验结果显示，该微肿瘤模型预测患者药效的准确性高达90%以上。

这项研究的通讯作者为北京大学工学院生物医学工程系终身教授席建忠、北京大学肿瘤医院院长季加孚教授。

值得注意的是，目前有多种分析肿瘤药物敏感性的方法。过去的60年里，先后有上百种的肿瘤药敏检测模型或方法被报道，其中，比较有影响的有肿瘤类器官（PDO）、患者来源的肿瘤异种移植模型等。但这些技术均有其缺点，比如在检测周期、准确率、检测药物通量、检测成本等方面有局限性，因此指导临床用药的前景并不清晰。

研究团队此次设计开发的方法被称为微肿瘤PTC模型（patient derived tumor-like cell cluster，人源类肿瘤组织细胞簇），通过原发性上皮细胞、成纤维细胞和免疫细胞的自组装和增殖，在结构和功能上再现了原发肿瘤。

研究团队认为，微肿瘤PTC在培养时间、细胞组成等方面，具有明显的优势。无论是手术样本，还是穿刺样本，2周之内可以检测100-2000种药物；此外，微肿瘤PTC是由肿瘤干细胞、上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞等多种细胞组成，能够很好地再现肿瘤组织本身的多细胞微环境与肿瘤上皮细胞的相互作用。

研究团队通过免疫荧光、流式细胞分析、转录组测序等大量方法分析，表明微肿瘤PTC与肿瘤组织在分子、细胞以及组织结构等方面，具有高度的一致性。

作者们在论文中指出，“PTCs使我们能够在获得肿瘤样本后2周内完成个性化的药物测试。PTC模型下确定的培养条件和药物浓度有助于其在精准肿瘤学中的临床应用。”

值得一提的是，团队采用微肿瘤PTC药敏检测模型进行临床双盲验证。对入组并获得PTC的35位乳腺癌患者，采用影像学结合Miller & Payne分级系统评估临床疗效，PTC检测结果与临床疗效的一致率达到91.4%。团队还进行了病理评估的同期验证，对于化疗无效患者的预测率达到87.5%，对于乳腺癌患者的精准治疗意义重大。

论文还显示，研究对59名胃癌、结直肠癌或乳腺癌患者进行的PTC检测显示，预测其临床结果的总体准确率为93%。研究团队应用PTC来指导一位结直肠粘液腺癌常规治疗后复发转移患者的化疗选择，经过三个周期的由PTC确定的非常规治疗，患者表现出的治疗效果积极。

研究团队强调，这些发现需要在更大规模的临床试验中验证，但它们表明PTC模型可以前瞻性地应用于临床治疗决策的选择。

北京大学人民医院官网对该成果的报道中还提到，“目前已成功应用于乳腺癌患者的药物疗效预测，可在临床决策中准确、前瞻性地指导肿瘤患者地个体化治疗，不仅使患者获益，延长生命周期，而且可以节省国家宝贵的医疗资源。”

(本文来自澎湃新闻，更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)

举报/反馈

专家点评｜北京大学团队在结直肠癌免疫治疗领域取得重大进展

作者：BioArt生物艺术

发布时间：2020-04-17 21:33

快照：

点评 | 叶幼琼、苏冰（上海交通大学医学院，上海市免疫学研究所）

免疫检查点抑制剂（Immune checkpoint blockade, ICB）能够破坏肿瘤细胞对免疫监视的逃逸，极大地改变肿瘤病人的治疗模式 【1】。尽管基于免疫检查点开发的抑制剂药物，如PD-1抗体，在多种肿瘤治疗中取得良好疗效，然而在临床实验中仍有部分患者无法获益，如基因组微卫星稳定（Microsatellite stable, MSS）的结直肠癌病人【1-3】。

之前，张泽民团队与合作者开发了STARTRAC生物信息学方法，首次对结直肠癌单个浸润T淋巴细胞的特征及其动态变化进行了系统性地刻画，发现并解析了基因组微卫星稳定和不稳定病人的T细胞差异【4】。相关工作已于2018年10月29日，以“Lineage tracking reveals dynamic relationships of T cells in colorectal cancer”为题发表在Nature杂志上（详见BioArt报道：Nature | 张泽民组开发新方法解释结直肠癌T细胞动态变化）。

在肿瘤微环境中，除淋巴细胞外，髓系免疫细胞（Myeloid cell）作为主要的抗原提呈细胞在肿瘤免疫中同样发挥重要的功能。多项靶向髓系免疫细胞如肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-associated macrophage, TAM）和树突状细胞（Dendritic cell, DC ）的治疗策略已进入临床前试验。然而这些细胞在结直肠癌肿瘤微环境中的特征，其与T细胞等其他细胞的相互作用关系，以及其靶向药物的作用机理尚未得到全面阐释。

2020年4月16日，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）、生命科学学院、北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）、北大-清华生命科学联合中心（CLS）张泽民课题组联合美国安进（Amgen）公司Jackon G. Egen、Yu Xin团队和北京大学人民医院申占龙课题组在Cell上以Article形式发表了题为Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer的研究论文。

该研究在单细胞水平对结直肠癌患者的肿瘤微环境，特别是浸润髓系细胞类群首次进行了系统性的刻画，分析了TAM和DC细胞的类群特征、谱系发育及其与T细胞和其他细胞间相互作用关系。基于以上结果，研究团队分别对接受anti-CSF1R抑制剂和anti-CD40激动剂的小鼠模型进行单细胞测序，揭示了这两种靶向髓系细胞的免疫治疗策略潜在的作用机理。此项国际领先的开创性工作，建立了结合肿瘤患者及小鼠模型的单细胞转录组来研究肿瘤免疫治疗的范例，可为人们研究其他疾病中免疫细胞以及开发新的治疗方案提供思路。

1. 结直肠癌肿瘤中浸润着两群状态迥异的巨噬细胞

研究人员首先使用10x及Smart-seq2两种技术对从结直肠癌患者中收集的免疫和非免疫细胞进行单细胞转录组测序，从中鉴定出包括T细胞、B细胞、先天性淋巴细胞（Innate lymphoid cell, ILC）、髓系细胞、上皮细胞、成纤维细胞等主要细胞类群及下属的40个CD45+的免疫细胞类群和12个CD45-的非免疫细胞类群（图1）。这些细胞亚群均具有特异性的表达特征，且在不同组织中呈现出不同的细胞类型富集特征。

图1 整合结直肠癌患者和小鼠模型的单细胞转录组研究思路

在对各细胞类群进行功能注释后，研究人员发现了一群富集于肿瘤内的FCN1+的单核细胞样细胞，并推测其可能是TAM细胞发育的前体，这与近期在小鼠模型上研究肠道组织巨噬细胞的发育模式相吻合【5】。研究者还发现肿瘤相关巨噬细胞可以被分为SPP1+ TAM和C1QC+TAM两个具有不同发育来源 、不同细胞功能的细胞类群 （图2）。值得注意的是，结合肠炎病人及健康受试者的单细胞转录组数据【6】，研究人员首次分析发现，SPP1+TAM特异性地富集在结直肠癌病人癌组织中，提示其可能在结直肠癌肿瘤发生发展中发挥重要作用。

图2 结直肠癌浸润细胞亚型相互作用网络及髓系免疫细胞发育路径

2. 细胞间相互作用网络提示结直肠癌髓系细胞的不同功能

为了研究结直肠癌内各细胞类群间的相互作用关系，研究人员利用Smart-seq2数据中各细胞类群的特征基因集及TCGA中结直肠癌的bulk样本，对各细胞类群间的相关性进行了 计算，并进而在癌旁组织和肿瘤内构建出“相关性关系网络（Correlative network）”。从所构建的细胞间相互作用网络中可以发现，TAM细胞和DC细胞与最多的细胞类群发生相互作用，构成了肿瘤内相互作用网络的核心节点 （图2）。该研究中新建立的细胞间相互作用分析网络，有助于深入理解免疫细胞在肿瘤微环境中的不同功能。

3. 结直肠癌病人及小鼠肿瘤模型中浸润的保守的免疫细胞亚型

基于以上针对结直肠癌肿瘤微环境的解析，研究人员接着利用小鼠肿瘤模型来研究靶向不同髓系细胞类群对抗肿瘤免疫反应造成的影响。anti-CSF1R抑制剂和anti-CD40激动剂是两种已进入前临床实验阶段的靶向髓系细胞的免疫治疗策略。与以上结直肠癌病人相比，DC和T细胞亚群在人和小鼠肿瘤中均有较高的一致性，如研究团队此前发现的激活的LAMP3+DC【9】和BHLHE40+Th1-like 细胞【4】。而尽管巨噬细胞在人鼠间的异质性高于其他免疫细胞类群，但在小鼠肿瘤中也存在着与SPP1+TAM和C1QC+TAM相似的巨噬细胞亚群。

4. 单细胞转录组揭示anti-CSF1R抑制剂作用机制

研究人员进而对治疗前后各细胞亚群比例及转录组的变化进行了分析，发现不同TAM细胞亚群对anti-CSF1R治疗的敏感程度不同（图3）。Anti-CSF1R治疗耐受的TAM细胞亚群与结直肠癌患者中的SPP1+TAM具有较高的相似性，且会特异性地高表达与促血管生成相关的基因Vegfa以及参与免疫抑制过程的基因Cd274和Arg1。Anti-CSF1R阻断型抗体会影响处在细胞周期中的巨噬细胞的增殖，并会特异性地删除掉一定比例的具有C1QC+TAM特征的巨噬细胞，却不会对具有SPP1+TAM特征的巨噬细胞起到作用，提示anti-CSF1R治疗后保留了在肿瘤中具有促进肿瘤血管生成的巨噬细胞。该研究对anti-CSF1R抑制剂在大部分肿瘤患者中单药疗效较差的原因给出了一个机制性解释。

图 3 靶向巨噬细胞的anti-CSF1R抑制剂作用机制

5. 单细胞转录组揭示anti-CD40抑制剂作用机制

Anti-CD40激动剂治疗可以使MC38小鼠的肿瘤体积缩小，且在与PD1阻断剂联合使用后还可以进一步抑制肿瘤的生长。然而，Anti-CD40激动剂治疗的机制及细胞亚群的变化有待深入阐释。本研究结合结直肠癌肿瘤患者和小鼠模型单细胞转录组分析发现，使用anti-CD40激动剂对MC38小鼠进行治疗后的第2天，激活态的Ccl22+ cDC1细胞即迅速做出响应，细胞比例显著增加。研究人员发现anti-CD40激动剂治疗后，Bhlhe40+ Th1细胞的克隆增生显著增强。有意思的是，Bhlhe40+ Th1细胞所表达的Cd40lg转录本比例在治疗后也有显著上升，提示着anti-CD40激动剂治疗可以通过促进Bhlhe40+ Th1细胞表达更多的Cd40lg来进一步增强肿瘤中Bhlhe40+ Th1细胞与cDC1细胞间的相互作用。

相比CD4+T细胞，CD8+ T细胞的响应速度则较慢，仅在治疗后的第10天，可以观察到Ccl5+Tem细胞和Cxcr6+Trm细胞比例的显著增加，值得注意的是，Tem细胞在淋巴结和肿瘤间的迁移能力，及该群细胞与Trm细胞间的转换能力也在治疗后有着显著的提升，提示此群Tem细胞可能与Stem-like T细胞相似，具有补充池（Pool）的功能。

图4 靶向DC细胞的anti-CD40激动剂作用机制

该研究共同第一作者北京大学博士后张雷博士（同时为Nature工作共同第一作者）表示，“该工作对此前团队针对结直肠癌肿瘤浸润T细胞的研究有很好的延续性和前瞻性。此前研究中发现MSI结直肠癌病人中会富集一群BHLHE40+ Th1-like细胞，认为可能是该类型患者免疫治疗响应更好的原因之一。而对于MSS病人的治疗响应仍缺乏认识。在此项结合人鼠单细胞转录组的工作中，团队首次发现靶向DC的治疗策略anti-CD40可以显著地提高此类细胞的水平，为MSS病人的临床治疗策略提供一定的指导。而靶向TAM的药物机制的研究，将大大有助于后续靶点的挖掘及新的治疗策略的开发。”

据悉，北大-清华生命科学联合中心CLS博士后张雷博士，北京大学生命科学学院博士生李子逸、Amgen公司Katarzyna M. Skrzypczynska博士为该论文的并列第一作者，北京大学BIOPIC，北京大学生命科学学院，ICG和CLS张泽民教授、Amgen科学家Jackson G. Egen博士和Xin Yu博士以及北京大学人民医院胃肠外科申占龙教授为该论文的共同通讯作者。Amgen炎症与肿瘤免疫部负责人欧阳文军博士对此研究提供了宝贵建议。

部分研究人员，从左到右：任仙文，张启明，李子逸（共同一作），欧阳文军，高染染，张泽民（Lead通讯），张雷（共同一作），申占龙（共同通讯），房巧，胡学达

专家点评

叶幼琼、苏冰（上海交通大学医学院，上海市免疫学研究所）

肿瘤免疫疗法，例如免疫检查点阻断疗法（Immune checkpoint blockade，ICB），使得实体瘤治疗有了革命性进展，显著提高了许多恶性肿瘤患者的长期生存。但并不是所有肿瘤都对免疫疗法有响应，目前只有少部分肿瘤病人具有显著疗效。因此临床上迫切需要找到免疫治疗响应与否的具体机制以及相应的生物标记，以提高免疫疗法的效果。近年来，肿瘤微环境中的其它细胞成分，例如髓系细胞和其它免疫细胞亚群对肿瘤免疫治疗效果的影响也逐渐受到人们重视。CSF1R阻断疗法在多个癌种中可以抑制肿瘤相关巨噬细胞而增加CD8/CD4 T细胞的比例。然而，由于我们对肿瘤微环境复杂性的不完全了解，髓系细胞靶定治疗在肿瘤中的具体作用以及机制并没有被完全理解。

目前单细胞测序技术已经成为探究细胞类群多样性的有力手段，而不同的测序技术在细胞捕获和基因捕获效率上具有各自不同的优势。SMART-seq2测序技术利用孔板对单个细胞进行实验，通量虽相对较低，但每个细胞的基因捕获率相对较高；而10x Genomics测序技术利用基于微滴包被的原理，可实现一次实验获得较多的细胞数量，有效降低了单细胞测序的实验成本。二者结合可以充分发挥不同数据类型的优势，获得高分辨率的单细胞图谱以研究肿瘤微环境在免疫治疗中的作用。

4月16日，北京大学张泽民课题组结合通过分析肠癌病人的癌组织、癌旁组织和外周血的单细胞转录组，获得高分辨率肠癌免疫细胞和非免疫细胞图谱。并揭示了单核细胞/巨噬细胞的组织特异性，以及主要髓系细胞亚群在小鼠和人中的保守性。其中肿瘤相关巨噬细胞（TAM）主要来源于特异肿瘤浸润的单核细胞样细胞。区别于已知的M1和M2两种巨噬细胞，TAM呈现两种不同状态，一种与炎症相关（C1QC+TAM），更倾向于和髓系细胞或T细胞相互作用；另一种与肠癌转移、血管生成相关（SPP1+TAM），更倾向于与肿瘤相关成纤维细胞或内皮细胞相互作用。

有意思的是，在小鼠实验中，SPP1+TAM对 CSF1R阻断治疗具有耐药性，同时结肠癌病人中具有高浸润SPP1+TAM和低浸润C1QC+TAM都会有较差的预后，说明CSF1R单药治疗并不能完全消除TAM的促进肿瘤作用。在小鼠实验中，作者发现CD40激动剂治疗能增加Ccl22+ cDC1细胞亚群比例而对其它DC亚群影响很小，并能同时增加效应记忆T细胞数量而减少耗竭CD8 T细胞数量，诱导肿瘤中Bhlhe40+ Th1样细胞的活化和扩增。此研究也从单细胞层面解析了CD40激动剂作用机制，为其和PD-1阻断剂的联合治疗提供了理论基础。

该工作全面地解析结肠癌的肿瘤微环境细胞图谱，阐明细胞与细胞之间的相互作用，以髓系细胞为靶标的CSF1R阻断剂和CD40激动剂的治疗为例，揭示髓系细胞靶定治疗的相关机制，对靶向肿瘤免疫微环境为基础的肿瘤治疗提供了更详细的理论基础，为今后靶定髓系细胞的精准治疗提供助力，具有重要的临床转化意义。针对该工作中CSF1R阻断剂治疗的耐受性，未来研究需要寻找调控SPP1+TAM的一系列因子，设计合适抑制剂，并通过联合治疗的方式达到完全消除TAM。同时需要推动基于髓系细胞的细胞疗法的临床实验及相关生物学机制研究，以其提高免疫治疗疗效。

举报/反馈

赛业动物模型助力中山大学等团队发现KRAS突变癌症的潜在治疗靶点

作者：赛业生物cyagen

发布时间：2022-10-31 16:28

快照：

目前已在大约30%的人类癌症中发现了RAS癌基因的突变。其中，KRAS的突变频率远高于HRAS和NRAS。例如，大约12-15%的非小细胞肺癌患者携带KRASG12C突变，而携带KRAS突变的胰腺导管腺癌（PDAC）患者更是超过90%，尤其是KRASG12D和KRASG12V亚型。 然而，RAS抑制剂的开发一直困难重重，以至于RAS被认为是“不可成药的靶点”。最近，直接靶向KRASG12C突变的小分子化合物被批准用于治疗，但靶向其他KRAS突变在临床上仍被认为是不切实际的。 近日，中山大学附属第一医院、南京大学等研究人员发现，一种由基因间长链非编码RNA（LINC00673）编码产生的蛋白质RASON是致癌的RAS信号通路的关键调控因子，有望成为KRAS突变癌症的治疗靶点。这项成果于10月14日发表在《Cell Research》杂志上。

研究材料与方法

在这项研究中，研究人员使用了多个胰腺癌细胞系，并通过CRISPR技术敲除了多个细胞系中的RASON基因。为了研究胰腺肿瘤生成，他们还使用了多个小鼠模型，并委托赛业生物构建了Rason-/-小鼠。他们通过免疫印迹和LC-MS分析来测定RASON的表达，并通过免疫沉淀、表面等离子共振和核磁共振等实验来分析RASON与KRAS的相互作用。

研究结果

1.RASON蛋白与PDAC的预后不良相关人类基因组中存在大量非编码区，以往人们认为这些非编码区是不编码蛋白质的，但近年来的翻译组研究却从非编码区中鉴定出数百种功能性肽段或蛋白质。于是，研究人员着手对胰腺癌样本的非编码区开展分析。 在比较三种PDAC细胞系与正常胰腺导管细胞系后，他们发现8个基因间长链非编码RNA（lincRNA）存在差异翻译，其中LINC00673位列第一。PDAC患者的肿瘤样本与癌旁正常组织的比较也表明，LINC00673存在差异表达。他们通过免疫印迹分析证实LINC00673编码了一种108个氨基酸的蛋白质，并命名为RASON。 在一个包含105个PDAC癌症样本和配对正常胰腺样本的独立队列中，研究人员发现LINC00673在癌症样本中高表达，且其表达与肿瘤分级呈正相关。与此一致，RASON蛋白在癌组织中的表达也显著升高，并且与肿瘤分级和总生存期较短呈正相关（图1）。这些结果表明，RASON是一种癌蛋白，可作为PDAC的预后标志物。 图1 RASON在人类胰腺癌中过表达 2.RASON对KRAS驱动的肿瘤发生至关重要为了研究RASON在PDAC中的潜在功能，研究人员构建了两个敲除RASON的胰腺癌细胞系。他们发现，RASON敲除后RAS下游信号通路被抑制，RASON过表达后则增强下游通路。同时，活性KRAS-GTP水平也在RASON KO细胞中下调。此外，他们还生成了Rason同源物基因敲除（Rason-/-）小鼠（该小鼠由赛业生物提供）。Rason-/-小鼠的胚胎成纤维细胞和胰腺组织均表现出RAS信号通路的显著下调，表明RASON参与了致癌KRAS信号通路的调控。 为了探索RASON是否参与了KRAS驱动的肿瘤发生，他们使用了稳定转染KRASG12D或KRASG12V的RAS-less MEF细胞系，并测试了Rason KO对KRAS诱导的MEF细胞转化的影响。他们生成了两个Rason KO克隆，发现Rason KO几乎完全降低了KRASG12D或KRASG12V MEF细胞的成瘤潜能。裸鼠皮下成瘤实验也证实了RASON在突变诱导的MEF细胞转化中的关键作用。与对照细胞相比，Rason KO几乎完全消除了肿瘤形成。 之后，研究人员将Rason-/-小鼠与KC小鼠（研究PDAC早期阶段的成熟模型）杂交，生成了KCR小鼠。与KC小鼠相比，KCR小鼠在6个月和9个月大时的所有癌前病变形成均显著减少，表明RASON参与了KRAS驱动的胰腺肿瘤形成的早期阶段（图2）。另一种经典的PDAC模型小鼠（KPC小鼠）上的研究也证实了这一点。这些数据表明，RASON是KRAS驱动的小鼠胰腺肿瘤发生所必需的。 图2 RASON是KRAS驱动的胰腺肿瘤发生所必需的 免疫沉淀分析表明，RASON与KRAS之间存在着直接相互作用。表面等离子共振分析（SPR）则显示，RASON以非常高的亲和力与KRASG12D和KRASG12V结合。核磁共振（NMR）滴定实验的结果也强烈支持RASON与KRAS直接结合。后续的分析表明，RASON抑制GTP酶激活蛋白（GAP）诱导的GTP水解，使KRAS始终保持在激活状态（图3）。 图3 RASON调控致癌RAS信号通路的示意图 3.RASON是PDAC的潜在治疗靶点由于KRAS突变的存在，大多数PDAC患者对EGFR抑制剂（西妥昔单抗）产生耐药性。然而，西妥昔单抗和RASON shRNA的联合治疗最大限度地减少了裸鼠中的肿瘤生长，表明RASON抑制让KRAS突变的癌细胞对西妥昔单抗敏感。这种联合治疗的效果在PDAC患者来源的类器官上也得到证实，说明RASON是携带KRAS突变的PDAC患者的潜在治疗靶点。

研究结论

总的来说，研究人员发现了一种对KRAS信号传导至关重要的RASON蛋白。这种由lincRNA编码的蛋白质直接与KRAS结合，让KRAS稳定在与GTP结合的过度激活状态，因此是KRAS驱动的肿瘤发生和肿瘤维持所必需的。RASON的降低可增加胰腺癌对EGFR抑制剂的敏感性。他们认为，对于人类癌症中“不可成药的”KRAS信号通路，KRASRASON相互作用也许是一个可以攻击的靶点。

赛业小鼠疾病模型

赛业可提供上文中使用的疾病模型，现货可直接订购。 KC 小鼠模型 产品编号：C001251背景：C57BL/6基因型：LSL-KrasG12D/+；Pdx1-Cre简介：胰腺导管腺癌（PDAC）早期阶段的成熟模型 KP 小鼠模型 产品编号：C001320背景：C57BL/6基因型：LSL-KrasG12D/+；LSL-Trp53R172H简介：胰腺导管腺癌（PDAC）的中间小鼠模型 KPC 小鼠模型 产品编号：C001308背景：C57BL/6基因型：LSL-KrasG12D/+；LSL-Trp53R172H/+ ；Pdx1-Cre简介：自发胰腺癌模型

举报/反馈