肝癌类器官在肿瘤精准医疗中的应用：全面综述

本文由Jiaye Mo、Da Gong、Mei Zhai、Jintao Yang、Zhike Li、Meilong Wu、Xuesong Deng和Xiaoyong Dai等作者合作完成，分别来自广西中医药大学研究生院、深圳大学第一附属医院肝胆外科、暨南大学第二临床医学院普通外科、暨南大学生理系及深圳人民医院肝胆胰外科等机构。论文于2025年7月发表于期刊iLIVER，题为《The application of liver cancer organoids in tumour precision medicine: a comprehensive review》。本文系统综述了肝癌类器官（liver cancer organoids）技术在精准医疗中的应用现状、技术进展及未来挑战。

主要观点与论据

1. 肝癌类器官的优势与传统模型的局限性

肝癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其复杂性和异质性对传统治疗提出了巨大挑战。传统研究模型包括二维（2D）细胞系和动物模型（如异种移植模型、化学诱导模型和基因工程小鼠模型），但这些模型存在明显缺陷：
- 2D细胞系：缺乏肿瘤微环境（TME, tumor microenvironment），且多次传代后基因组不稳定，无法模拟体内肿瘤的复杂性。
- 动物模型：如患者来源异种移植模型（PDX, patient-derived xenograft）虽能保留肿瘤原始特征，但移植成功率低（<20%），且小鼠基质细胞会逐渐替代人类基质细胞，改变肿瘤微环境。

相比之下，肝癌类器官能高度模拟患者肿瘤的基因型、表型特征和异质性，并保留TME的关键成分（如细胞外基质和细胞间相互作用），为药物筛选和个体化治疗提供了更可靠的平台。

2. 肝癌类器官的来源与构建方法

肝癌类器官可通过以下途径建立：
- 患者肿瘤组织：通过手术切除或穿刺活检获取样本，经酶消化后嵌入基质胶（Matrigel）中，添加特定生长因子（如EGF、Wnt3a）培养。
- 基因编辑技术：利用CRISPR/Cas9对正常肝类器官进行基因改造（如敲除肿瘤抑制基因BAP1或引入致癌基因MYC），模拟肝癌发生过程。

技术优化：
- 培养基改进：通过去除R-spondin-1等健康细胞依赖的因子，并添加地塞米松抑制正常细胞增殖，提高肿瘤类器官纯度。
- 基质替代：开发合成水凝胶（如聚乙二醇基质）替代成分不明确的Matrigel，以提升实验可重复性。

3. 肝癌类器官在精准医疗中的应用

• 药物筛选与耐药机制研究：
  
  • 大规模药物测试显示，类器官对不同药物（如酪氨酸激酶抑制剂乐伐替尼）的敏感性差异显著，反映了患者间异质性。
    
  • 单细胞测序发现，代谢主导的亚群中NEAT1基因上调可通过JAK-STAT通路促进CD44+细胞耐药。
    
• 免疫治疗研究：
  
  • 通过类器官-免疫细胞共培养模型（如PDO-PBMC）评估PD-L1抑制剂疗效，预测患者对免疫检查点抑制剂（ICI, immune checkpoint inhibitor）的响应。
    
• 多组学整合分析：
  
  • 结合全基因组测序（WGS）和空间转录组技术，鉴定肝癌分子亚型（如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶高表达亚型），并发现乐伐替尼联合mTOR抑制剂可协同抑制肿瘤生长。
    

4. 技术工具与工程化进展

• 微流控芯片：实现高通量类器官培养与动态药物刺激，解决传统培养中核心坏死问题。
  
• 3D生物打印：通过共打印肝祖细胞和血管内皮细胞构建血管化类器官，模拟肝小叶结构。
  
• 自动化平台：如Schuster团队开发的微流控系统，可同时监测数百个类器官的生长和药物响应。
  

5. 当前挑战与解决方案

• 肿瘤微环境模拟不足：通过共培养癌症相关成纤维细胞（CAF, cancer-associated fibroblast）或免疫细胞（如T细胞）增强模型真实性。
  
• 保存难题：新型冷冻保护剂（如MEDY配方）可减少类器官冷冻损伤，但标准化方案仍需完善。
  
• 系统化限制：开发多器官芯片（如肝-胰类器官共培养）以研究器官间相互作用。
  

论文的意义与价值

本文全面梳理了肝癌类器官技术的科学进展，突出了其在精准医疗中的三大价值：
1. 科学价值：揭示了类器官在模拟肿瘤异质性、耐药机制和免疫微环境中的不可替代性。
2. 临床价值：为个体化药物筛选和联合治疗方案设计提供了高效平台。
3. 技术革新：结合CRISPR、单细胞测序和生物打印等前沿技术，推动肿瘤研究从传统模型向“患者替身”范式转变。

亮点总结

• 技术整合：首次系统综述了类器官与微流控、生物打印的交叉应用。
  
• 临床转化：提出类器官生物样本库（biobank）概念，加速精准医疗落地。
  
• 挑战前瞻：指出标准化、伦理规范和高成本是未来需突破的瓶颈。
  

本文为肝癌研究提供了从基础到临床的全景视角，标志着类器官技术正成为肿瘤精准医疗的核心工具。