利用中美冠科数据库,快速查找所需模型
OncoExpress|HuBase|XenoBase|MuBase

博客

利用结直肠癌类器官进行致癌RAS和BRAF突变的建模

2020-05-01

  •  
  •  
  •  

探讨遗传工程的人源肿瘤类器官如何在临床前场帮助结直肠癌与特定疾病突变的建模。

结直肠癌中的RAS与BRAF突变

在结直肠癌(CRC)中,常常发生RAS和BRAF致癌基因的突变,并且这些突变参与了治疗期间发生的临床耐药。近期证据显示,这些基因的不同突变体具有不同的致癌潜力与治疗结局

结直肠癌中的RAS突变

Ras家族的小GTP酶包括原癌基因亚型HRAS、NRAS和KRAS(可以交替剪切成KRAS 4A和KRAS 4B)。三种亚型均具有涉及不同癌症的突变,其中KRAS的突变最常见。

在结直肠癌中,KRAS突变也是最突出的RAS突变,其突变率大约为35%~50%。NRAS突变仅发生于不足12%的调查病例中。

KRAS和NRAS的突变与对表皮生长因子受体(EGFR)抑制剂的耐药相关。流行病学研究显示,在KRAS和NRAS中所发现的多种特定突变之间,可能存在着抗EGFR治疗耐药性的显著差异。然而,由于需要获取足够多的序列特异性临床样本,因此无法对这种相关性进行证实。

结直肠癌中的BRAF突变

BRAF是一种通过与活性RAS分子相结合活化的丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶。可以造成BRAF持续性活化的突变称为激活突变。大多数BRAF激活突变影响的均是密码子600(即V600E),这些突变利用其自我抑制的构象使酶得以释放,从而增强酶的活性。

全部CRC中有约10%发生BRAF激活突变。在CRC患者中还发现了可以导致酶活性增加的BRAF基因融合。在CRC中,BRAF中的这些激活突变(例如V600E和BRAF融合)与KRAS和NRAS中的突变常互斥发生。BRAF V600E还与CRC患者抗EGFR治疗的耐药相关。

结直肠癌中的RAS突变与BRAF突变之间的关系

尽管致癌KRAS突变和BRAF突变均参与了典型CRC腺癌进展,但是两种基因的作用主要呈互斥性。越来越多的实验证据表明,两种致癌基因均驱动着通过不同通路造成CRC肿瘤发生。例如,KRASG12D突变常见于典型APC-缺乏型腺瘤中,而BRAFV600E突变则更多见于无蒂锯齿状腺瘤中。

结直肠癌突变临床前建模中的挑战

在CRC突变及其作用与关系的临床和临床前研究中,存在着多种挑战。例如,含RAS和BRAF特定突变体的转移性结直肠癌(mCRC)患者样本量较小。这种可用患者的缺乏阻碍了突变特异性疗法临床试验的启动,尽管实验证据显示这种治疗策略存在优势。

开发临床相关的突变特异性临床前模型将大有用途。这种模型的开发,可能有助于进一步阐明两种致癌基因各种突变的致癌潜力,另外更重要的是,还可以作为研究突变特异性疗法的平台。这种研究将有利于进一步发挥个体化疗法的潜力。

人源肿瘤异种移植(PDX)模型是一种具有临床相关性的临床前模型,作为解决上述问题的一种策略而被广泛应用。然而,PDX主要是体内模型,将这些模型用于上述目的的实验相对较慢,并且通量较低。在一些情况下,PDX还受到小鼠特异性克隆动力学的影响。另外,在研究中难以对PDX肿瘤进行遗传操作,以补充缺失的突变体。

CRC细胞系曾被作为替代方法使用,因为这些细胞系易于进行遗传操作,并且可以进行高通量的药物筛选。然而,细胞系并不包括CRC的全部肿瘤类型,因为组织培养容易造成以缺乏顶端-基底极性的晚期癌症分期细胞为主的偏差。

将肿瘤类器官用于CRC的建模

肿瘤类器官是临床前CRC突变建模的一种新选择。近期,3D肿瘤类器官作为一种具有生理相关性的体外癌症模型出现,它是细胞系与PDX模型之间的一种中间平台,用于精准医疗。类器官培养物 保持着不同的细胞类型、相似的高级结构,并且再现了PDX模型中CRC的不同分期,同时更易于进行遗传操作和高通量筛选。

在肿瘤类器官中进行的概念验证药物筛选已证明,这些类器官可用于研究癌症患者中药物敏感性和耐药性所涉的分子机制。不同类器官模型中体外药物应答已被证实与异种移植类器官中所观察到的体内药物应答具有高度一致性。

涉及肿瘤类器官的临床试验也显示,将患者临床药物应答与相应患者肿瘤类器官的药物应答相关联后,肿瘤类器官具有很高的预测价值。具有疾病亚型多样性的人源CRC类器官的生物库已经建立。

结直肠癌肿瘤类器官的工程设计

利用近期在遗传操作取得的研究进展,例如CRISPR/Cas9技术,可以对CRC建模的肿瘤类器官进行工程设计。通过在健康人类类器官中实施基因序列的敲入与敲除策略,可以阐明不同致癌基因在肿瘤发生中的作用。

已经建立了等基因肿瘤类器官,用于研究不同KRAS与BRAF突变对EGFR通路靶向抑制的影响。一项研究显示,具有KRAS激活突变的CRC类器官具有高度的抗EGFR治疗耐药性,并且BRAFV600E和NRASQ61K突变的类器官对EGFR抑制也高度耐药。这些发现与临床结果相一致。CRC类器官生物库的药物筛选还可以用于靶向特定RAS突变的药物组合筛选研究。

类器官模型的一个局限性是该体系仅包括表皮结构,缺乏血管、基质细胞与免疫细胞。这意味着CRC生物库中缺失以基质侵袭为特征的特定CRC亚型(例如共识分子亚型4[CMS4])。缺乏基质还意味着类器官培养系中不存在CRC细胞与TME之间的对话,而已知这种对话可以影响肿瘤的进展与药物的应答。这还意味着靶向基质的疗法无法在CRC类器官中进行检验。

结论

不同CRC亚型类器官的建立,以及其易于进行遗传操作和具有体外可测量的性质,使得可以将其作为一种模型,用于不同致癌突变在结直肠癌肿瘤发生和药物应答中效应的研究。类器官系统的生理相关性以及高度可预测性使它们可以为这些致癌突变的研究提供一种有用的临床前模型系统(以前缺乏这种系统)。

Topics: Blog, Oncology

关注微信公众号