南京大学等首次构建完整的肝癌模型库

2019年8月1日，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所惠利健，中国科学院上海营养与健康研究所李亦学，第二军医大学张海斌及南京大学施晓雷共同通讯在Cancer Cell在线发表题为“A Pharmacogenomic Landscape in Human Liver Cancers”的研究论文，该研究开发了一种方案，以大约50％的成功率建立人肝癌细胞模型，并用81个细胞模型生成肝癌库（LIMORE）。LIMORE代表原发癌的基因组和转录组异质性。对LIMORE药物基因模型组学领域的观察发现了未开发的基因 - 药物联系，包括对肝癌普遍改变的合成致死率。此外，建议预测性生物标志物候选物用于选择索拉非尼响应患者。LIMORE提供丰富的资源，促进肝癌的药物发现。

2019年7月22日，中国科学院上海生化细胞所惠利健等人在Nature Cell Biology 在线发表题为“Modelling liver cancer initiation with organoids derived from directly reprogrammed human hepatocytes”的研究论文，该研究使用直接重编程的人肝细胞（hiHeps）和p53和RB的失活，建立了具有肝脏结构和功能的类器官。对HiHep类器官进行基因工程改造，以模拟人类肝癌的最初改变。由c-Myc诱导的过度线粒体 - 内质网偶联促进了肝细胞癌的发生，并且似乎是预防性治疗的目标。此外，通过对人肝内胆管癌富集突变的分析，证明了通过Notch和JAK-STAT的联合抑制可以预防RAS诱导的从肝细胞到肝内胆管癌细胞的谱系转化。总之，hiHep类器官代表了一种系统，可以通过遗传操作来模拟癌症的发生，并确定潜在的预防疗法；

2019年7月3日，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所惠利健，李虹及中国科学院上海营养与健康研究所李亦学共同通讯在Cell Stem Cell 在线发表题为“A Homeostatic Arid1a-Dependent Permissive Chromatin State Licenses Hepatocyte Responsiveness to Liver-Injury-Associated YAP Signaling”的研究论文，该研究发现Arid1a控制肝脏再生和与损伤诱导肝脏祖细胞样细胞（LPLCs）的出现相关的基因表达。肝细胞特异性Arid1a缺失减少了几种周围型肝损伤模型中的LPLC基因表达，并损害肝脏再生，导致器官功能障碍。Arid1a在体内平衡期间在富含LPLC的基因上建立了一种允许的染色质状态，这表明它赋予肝细胞对损伤诱导信号的反应能力。一致地，Arid1a促进YAP（一种关键的再生信号传导途径）与富含LPLC的基因的结合，并且Arid1a缺失阻止其在损伤后的YAP相关诱导。总之，这些发现为研究损伤诱导的LPLC对门静脉周围肝再生的贡献提供了框架；

2018年11月8日，中科院生化细胞所惠利健等人在Cell stem Cell 杂志在线发表题为“In Vitro Expansion of Primary Human Hepatocytes with Efficient Liver Repopulation Capacity”的文章。该文章发现了：人肝细胞可以连续传代并扩增10000倍、ProliHHs在体外分化或移植后可以成熟等现象；

2018年6月21日，第二军医大学谢渭芬与中科院生化细胞所惠利健共同通讯在Cell Stem Cell在线发表题为“Chronic Liver Injury Induces Conversion of Biliary Epithelial Cells into Hepatocytes”的研究论文，该论文模拟人类慢性肝脏损伤，其中这种反应被钝化，没有基因操作，并评估了非实质细胞（NPC）对肝细胞再生的潜在贡献。显示NPC衍生的肝细胞补充长期硫代乙酰胺（TAA）或3,5-二乙氧基羰基-1,4-二氢可代骨素（DDC）处理引起的严重损伤后的大部分肝实质。通过对胆管上皮细胞（BECs）进行谱系追踪，显示BECs是新肝细胞的来源并且在门静脉周围区域和纤维化间隔中获得Hnf4α+ CK19 +双表型状态。双表型细胞也在肝硬化人肝脏中检测到。总之，这些数据进一步支持BECs肝细胞再生，无需遗传干预，并在严重肝损伤期间显示其细胞可塑性。

原发性肝癌，其中肝细胞癌（HCC）是主要类型，是全球癌症相关死亡的第二大原因。在过去十年中，在肝癌的全身治疗方面取得了有限的进展。索拉非尼是第一个获得食品和药物管理局批准用于晚期HCC治疗的药物，最近批准了regorafenib和lenvatinib。然而，由于它们的药物反应率低，因此在临床中应用需要进一步改善。可变的应答率可能部分归因于各国之间不同的病因。例如，中国和东南亚的大多数HCC是由乙型肝炎病毒（HBV）引起的，而非酒精性相关的脂肪变性似乎是西方国家HCC的主要原因之一。大规模基因组测序也揭示了肝癌的巨大异质性，这是肝癌精确治疗的另一个主要挑战。已经提出使用预测性生物标志物来选择响应性患者，这显然需要系统地了解肝癌中的药物基因组学景观。

LIMORE与原发性肝癌的比较

实现精准治疗取决于使用实验系统正确建模癌症异质性。近年来，人们越来越关注使用广泛使用的细胞系泛癌平台，模拟癌症和研究药物基因组学，包括癌症细胞系百科全书（CCLE），癌症治疗反应门户（CTRP）和癌症药物敏感性基因组学（ GDSC）。由于突变谱和药物反应在癌症类型中存在很大差异，乳腺癌，肺癌和黑色素瘤癌症的一些研究也证明了使用组织特异性模型的必要性。

索拉非尼的预测模型和生物标志物

然而，大多数这些细胞系是在几十年前产生的，缺乏适当的控制或临床注释。为了更好地模拟癌症异质性，已经做出巨大努力来为各种类型的癌症创建体外模型，促进了国际合作，包括人类癌症模型倡议（HCMI）和癌症细胞系工厂（ CCLF）。这些报告大多集中在生成癌细胞模型的第一步，只分析了有限的药物基因组学。为了弥合精准医学和癌症异质性，重要的是大规模地对患者来源的癌症模型进行全方位的药物基因组学表征。

与Wnt和MYC激活的合成致死相互作用

对于肝癌，所使用的只有约30种细胞系，这些细胞系不足以捕获该疾病的基因组和转录组多样性。此外，可用的HCC细胞系代表HBV相关的HCC，其占全世界HCC的一半以上。最重要的是，最近报道了许多广泛使用的HCC细胞系实际上被HeLa细胞污染。因此，为了系统地分析遗传异质性和药物反应，必须开发一大批患者来源的肝癌细胞模型，并因此发现基因 - 药物相关性。

文章总结

该研究开发了一种方案，以大约50％的成功率建立人肝癌细胞模型，并用81个细胞模型生成肝癌模型库（LIMORE）。 LIMORE代表原发癌的基因组和转录组异质性。 对LIMORE药物基因组学领域的观察发现了未开发的基因 - 药物联系，包括对肝癌普遍改变的合成致死率。 此外，建议预测性生物标志物候选物用于选择索拉非尼响应患者。 LIMORE提供丰富的资源，促进肝癌的药物发现。

研究背景

肝癌高度异质，预后不良和药物反应差。更好地理解遗传改变和药物反应将促进肝癌的精确治疗。近年来已经做出国际努力以产生源自患者的癌症模型。然而，由于难以在体外产生肝癌细胞模型，因此没有足够的实验模型来充分代表肝癌的广泛异质性。