芬蘭赫爾辛基大學醫學系 Sampsa Hautaniemi 和 Jaana Oikkonen 共同合作，近期取得重要進展。他們以不同通路為特征的進化狀態和軌跡對卵巢高級別漿液性癌（HGSC）患者進行分層。相關研究成果 2023 年 5 月 18 日在線發表于《Cancer Cell》雜志上。

圖 1. 摘要圖示

要 點

• 腫瘤進化分析鑒定出三種具有不同克隆異質性的狀態

• 狀態的特征是不同的通路，并與治療反應相關

• 類器官實驗顯示 PI3K/AKT 通路抑 制的有效性

• 進化狀態反映在腫瘤樣本的細胞組成中

總 述

卵巢高級別漿液性癌（HGSC）通常診斷為晚期，早在治療干預之前，腫瘤中就存在多個基因異質性克隆。研究人員在前瞻性、縱向及多區域的 DECIDER 研究中，使用 148 名 HGSC 患者的 510 個樣本的全基因組測序數據，整合了克隆組成和拓撲結構。研究結果揭示了三種進化狀態（發展狀態、維持狀態、適應狀態），它們在基因組學、通路和形態學表型方面具有獨特的特征，并與治療反應顯著相關。采用高內涵成像分析對五種腫瘤類器官和三種 PI3K 抑 制劑進行的實驗說明 alpelisib 靶向具有豐富 PI3K/AKT 通路的腫瘤。對來自多個解剖部位的樣本進行的異質性分析表明，起源部位樣本的獨特克隆比轉移性腫瘤或腹水多 70% 。

總之，這些分析和可視化方法能夠使用縱向、多區域隊列的數據進行綜合腫瘤進化分析以識別患者亞型。

高內涵助力類器官實驗

作者對發展狀態的通路分析確定了 HGSC 患者中高度豐富的 PI3K/AKT 信號通路。該通路在維持狀態的患者中富集，其特征是臨床結果差，并在 NACT 后和復發時再次富集。

圖 2：三種狀態的進化軌跡，其特征在于獨特的信號級聯（在節點中）和由嵌套通路分析（在透明框中）識別的過渡途徑。

Z近的研究表明，靶向 PI3K 催化性 p110 亞基可導致抗腫瘤作用，并可能有助于克服癌癥中的化學耐藥性[1-3]。因此，該通路存在幾種經臨床批準的抑 制劑，可用于治療各種癌癥[4-5]。

作者假設 PI3K 抑 制可用于靶向 HGSC 細胞，但主要在富含 PI3K/AKT 通路的腫瘤中。為了測試 PI3K 抑 制的抗腫瘤作用，選擇了五種 HGSC 類器官細胞系。這些細胞系是在診斷時、新輔助化療NACT 后或復發時根據患者源性細胞建立的[6]。從初治腹膜樣本、經 NACT 處理的網膜樣本以及患者 EOC733 和 EOC989 進展時的腹水建立了代表 PI3K 通路富集腫瘤的四種類器官。使用從未接受過治療的 EOC1120 網膜樣本中獲得的一種類器官在 PI3K/AKT 信號通路中缺乏基因組畸變，用作對照。

為了研究 PI3K/AKT 通路在臨床前環境中抑 制的可能性，將類器官暴露于三種經美國食品藥品監督管理局 （FDA） 批準的臨床 PI3K 抑 制劑：alpelisib（一種獲準用于治療晚期轉移性乳腺癌的 PI3Ka 抑 制劑）、idelalisib（一種獲準用于治療復發性慢性淋巴細胞白血病的 PI3K8 抑 制劑）和 umbralisib（一種 FDA Z近撤銷批準的 PI3K8 抑 制劑）。使用 ImageXpress Confocal HT.ai 高內涵成像分析系統評估了藥物對細胞存活和增殖的影響（圖 3）。

圖 3. 使用高內涵對患者來源的類器官培養物進行基于圖像的細胞死亡和增殖測定的實驗工作流程。

72 小時藥物治療后，根據死細胞的 DNA 的碘化丙啶 （PI） 染色測量了類器官內的腫瘤細胞死亡（圖 4）。

圖 4. 用 DMSO（對照）和 alpelisib （100 uM） 處理后的類器官代表性圖像。EOC1120_pOme1 代表 PI3K 通路沒有改變的對照類器官系，EOC989_r1Asc 代表具有豐富 PI3K 活性的類器官系。藥物治療后，細胞核總數用 Hoechst 33342（藍色）染色，用碘化丙啶（PI；紅色）染色死細胞。使用 ImageXpress Confocal HT.ai 系統在 10 倍放大倍數下采集圖像。比例尺，50 微米。

在所有富含 PI3K/AKT 通路的類器官中，觀察到 alpelisib 和 umbralisib 具有顯著的細胞毒性。在所有樣品中，alpelisib 對細胞活性的影響Z 強，而 idelalisib 對細胞活性的影響Z弱（圖 5）。與作者的假設相匹配，對照細胞系（來自 EOC1120）對 idelalisib 和 umbralisib 完全耐藥，并且僅對 alpelisib 的Z高濃度有輕微反應（圖 5）。

圖 5. 使用指定濃度的 alpelisib、idelalisib、umbralisib（0 為 DMSO對照，10，50 和 100 μM）和硼替佐米（10 μM，陽性對照）處理 72 小時后，對類器官進行基于圖像的細胞死亡定量。細胞死亡判定為 PI 陽性細胞占 Hoechst 33342 陽性細胞核總數的百分比，隨后歸一化為 DMSO 對照（陰性對照）和陽性對照（硼替佐米）值。數據顯示為三個生物學實驗的結果，四個重復以平均值 ± SEM 表示。

另外還探索了每種 PI3K 抑 制劑在增殖標志物 Ki67 表達方面的抗腫瘤活性，使用 ImageXpress Confocal HT.ai 高內涵成像分析系統的 40x 水浸物鏡對 Screenstar 微孔板（Greiner，#655866）中的免疫染色類器官進行高通量圖像采集。每孔掃描 5 個位點，每個位點采集約 20-25 張 Z-stack 圖像，其中步長為 1 um，生成完整的 3D BME-2 包埋類器官結構。分析結果表面，除不影響對照類器官細胞系增殖的 idelalisib 外，所有三種 PI3K 抑 制劑均降低了所有五種類器官的增殖（圖 6）。

圖 6. 使用 50 uM alpelisib、idelalisib 或 umbralisib 和 DMSO 處理 48 小時后，對類器官的基于圖像的細胞增殖進行定量。圖形表示 Ki67 陽性細胞核占 Hoechst 33852 陽性細胞核總數的估計百分比，隨后歸一化為 DMSO 對照值（DMSO 值被設置為 100% 增殖）。數據顯示為三個實驗的結果，三個對照，以平均值 ± SEM 表示。使用單向 ANOVA 結合 Dunnett 與陰性對照的多重比較計算統計學顯著性。在所有情況下，p > 0.05、*p < 0.05、**p < 0.01、***p < 0.001 和 ****p < 0.0001。

這些結果支持了作者的假設，即對于富含 PI3K 畸變的 HGSC 腫瘤，PI3K 抑 制劑將獲得更高的療 效，大多數是在維持狀態下觀察到的。總體而言，在 PI3K/AKT 富集類器官中觀察到 PI3K p110a 特異性抑 制劑 alpelisib 的細胞毒性效率Z高。結果表明，所有被觀測的類器官在其增殖過程中均依賴于 PI3K/AKT 通路，并表明具有大量 PI3K/AKT 信號傳導通路的類器官至少在某種程度上已經變得依賴于其生存通路。

原文：https://doi.org/10.1016/j.ccell.2023.04.017

參考文獻

1. Kim, K.-J., Kim, J.-W., Sung, J.H., Suh, K.J., Lee, J.Y., Kim, S.H., Lee, J.-O., Kim, J.W., Kim, Y.J., Kim, J.H., et al. (2020). PI3K-targeting strategy using alpelisib to enhance the antitumor effect of paclitaxel in human gastric cancer. Sci. Rep. 10, 12308. https://doi.org/10.1038/s41598- 020-68998-w.

2. Konstantinopoulos, P., Gonza′ lez-Mart?′n, A., Cruz, F., Friedlander, M., Glasspool, R., Lorusso, D., Marth, C., Monk, B., Kim, J.-W., Alsadius, D., et al. (2021). EPV279/#351 epik-O/ENGOT-OV61: a phase 3, randomized study of alpelisib + olaparib in patients with no germline brca mutation detected, platinum-resistant or -refractory, high-grade serous ovarian cancer. Int. J. Gynecol. Cancer 31, A139–A140. https://doi.org/10.1136/ ijgc-2021-IGCS.350.

3. Andre′, F., Ciruelos, E., Rubovszky, G., Campone, M., Loibl, S., Rugo, H.S., Iwata, H., Conte, P., Mayer, I.A., Kaufman, B., et al. (2019). Alpelisib for PIK3CA -mutated, hormone receptor–positive advanced breast cancer. N. Engl. J. Med. 380, 1929–1940. https://doi.org/10.1056/NEJMoa1813904.

4. Skorda, A., Bay, M.L., Hautaniemi, S., Lahtinen, A., and Kallunki, T. (2022). Kinase inhibitors in the treatment of ovarian cancer: current state and future promises. Cancers 14, 6257. https://doi.org/10.3390/cancers14246257.

5. Mishra, R., Patel, H., Alanazi, S., Kilroy, M.K., and Garrett, J.T. (2021). PI3K inhibitors in cancer: clinical implications and adverse effects. Int. J. Mol. Sci. 22, 3464. https://doi.org/10.3390/ijms22073464.

6. Senkowski, W., Gall-Mas, L., Falco, M.M., Li, Y., Lavikka, K., Kriegbaum, M.C., Oikkonen, J., Bulanova, D., Pietras, E.J., Vo?gro¨ ne, K., et al. (2023). A platform for efficient establishment, expansion and drug response profiling of high-grade serous ovarian cancer organoids. Dev Cell. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.04.012.

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