结直肠癌治疗新策略——基于类器官模型的药物再利用与机制解析

【CMT&CHTV 文献精粹】

导语：如何为结直肠癌患者提供更为精准的个性化治疗方案仍是临床的一大难题。本文指出最近发表的一项药物再利用筛选研究成功识别出多种具有抗结直肠癌潜力的药物，并筛选出具有协同效应的药物组合。

结直肠癌（CRC）是全球发病率和死亡率均居高不下的恶性肿瘤之一。尽管近年来，靶向治疗和化疗方案的发展为部分CRC患者带来了生存获益，但由于CRC的高度异质性，治疗效果因人而异，且耐药性问题日益凸显。因此，寻找新的治疗选项，特别是针对不同分子特征的患者的个性化治疗策略，是当前的关键挑战。近年来，肿瘤器官体系（Organoid）作为一种新的研究工具正在快速发展。与传统的细胞线相比，器官体系在模拟肿瘤的生物学特性和治疗反应方面具有显著优势，已被广泛应用于肿瘤的基础研究和药物筛选。

2023年4月，《Protein Cell》杂志发表了一篇题为《Drug repurposing screening and mechanism analysis based on human colorectal cancer organoids》的研究，利用人类结直肠癌器官体系进行药物再利用筛选和机制分析，为我们寻找新的治疗选项提供了新的视角和解决方案，有望为结直肠癌的个性化治疗提供新的思路。

研究方法

本研究是一项结合计算预测和实验验证的药物再利用筛选研究，旨在识别并验证可有效治疗结直肠癌的再利用药物。研究团队首先建立了能够稳定培养的人类CRC肿瘤来源的类器官模型，然后通过结合药物再利用库和计算预测，对335种药物进行了筛选，最终确定了34种具有抗CRC效果的药物。研究中，药物对类器官的抑制效率通过ATP值的测定来评估，并通过二次筛选进一步验证了药物的抗癌效果。

研究结果

类器官模型的建立与特性

研究团队成功建立了长期稳定培养的人类结直肠癌（CRC）肿瘤来源的类器官模型。这些模型在形态学和分子水平上很好地保留了原始肿瘤的特征。通过多组学测序方法，研究者确认了类器官与亲本肿瘤组织在单核苷酸变异（SNVs）、基因拷贝数变异（CNVs）以及DNA甲基化模式上的一致性。这些模型的建立为后续的药物筛选和机制研究提供了一个高度模拟真实肿瘤环境的平台。

药物筛选与抗CRC效果

通过精心设计的药物筛选平台，研究团队对335种已批准的小分子药物和计算预测的药物候选物进行了测试。根据药物的抑制效率，成功筛选出34种药物候选物，并通过体外实验在CRC类器官中验证了其杀伤效果。特别是，Fedratinib、Trametinib和Bortezomib三种药物在体外实验中表现出了显著的抗肿瘤效果。

患者源性类器官异种移植（PDOX）模型的体内验证结果显示，这些药物的抗肿瘤效果与结直肠癌的一线治疗药物5-氟尿嘧啶（5-FU）相当，其治疗后肿瘤重量的中位数均有所下降。其中，Trametinib肿瘤重量减少了41%（P = 0.023），Fedratinib减少了42%（P = 0.033），而5-FU作为阳性对照药物，其减少幅度达44%（P = 0.032）。这些数据强有力地支持了Fedratinib、Trametinib和Bortezomib作为潜在的抗CRC药物候选物，并为未来的临床应用提供了科学依据。

药物反应特征的转录组分析

通过RNA测序，研究人员对药物处理后的类器官进行了转录组分析，并将药物反应特征分为五种模式：分化诱导、生长抑制、代谢抑制、免疫应答促进和细胞周期抑制。这一分类不仅揭示了药物作用的分子机制，也为理解CRC对不同药物的响应提供了分子层面的见解。

此外，研究者还评估了类器官体外模型和患者源性类器官异种移植（PDOX）体内模型之间的药物反应特征的一致性和差异性。结果表明，尽管两种模型在某些方面表现出一致性，但在药物处理后的转录组变化上存在显著差异，这可能与体内环境中药物剂量、氧气暴露、血管存在和微环境细胞募集等因素有关。

药物组合治疗的探索

通过计算预测，Bortezomib被选为与Fedratinib可能具有协同效果的药物。在体外实验中，这两种药物的组合在不同浓度下对CRC类器官显示出了显著的肿瘤抑制效果，其效果优于单一药物治疗。在体内模型中，尽管由于药物剂量调整，单一药物的显著抑制效果未被复现，但通过转录组分析，研究者证实了药物组合在分子层面上的协同效应。特别是在药物组合治疗组中，与Bortezomib作用相关的蛋白酶体亚基（如PSMA2, PSMB4, PSMB6, 和 PSMB10）以及Fedratinib下游靶标（如PLK4, TBK1, PIP5K1A, 和 STK17B）的表达均显著下调，这表明药物组合在分子水平上确实产生了协同作用，为未来的临床治疗提供了新的思路和策略。

总结

本研究创新性地利用了患者源性类器官模型进行药物再利用筛选，并通过转录组分析深入探讨了药物的作用机制。这种方法不仅提高了药物筛选的效率和成功率，而且为个性化医疗提供了可能。通过识别与药物反应相关的分子特征，可以为特定类型的CRC患者提供更精准的治疗方案。此外，研究还探索了药物组合治疗的可能性，为克服化疗药物耐药性提供了新的策略。这些发现对于推动CRC治疗的进步具有重要意义，为未来的临床研究和实践指明了方向。

参考文献：

Mao Y, Wang W, Yang J, et al. Drug repurposing screening and mechanism analysis based on human colorectal cancer organoids[J]. Protein Cell. 2024;15(4):285-304.

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