卵巢高级别浆液性癌（HGSC）研究取得重要进展

芬兰赫尔辛基大学医学系 Sampsa Hautaniemi 和 Jaana Oikkonen 共同合作，近期取得重要进展。他们以不同通路为特征的进化状态和轨迹对卵巢高级别浆液性癌（HGSC）患者进行分层。相关研究成果 2023 年 5 月 18 日在线发表于《Cancer Cell》杂志上。

图 1. 摘要图示

要 点

• 肿瘤进化分析鉴定出三种具有不同克隆异质性的状态

• 状态的特征是不同的通路，并与治疗反应相关

• 类器官实验显示 PI3K/AKT 通路抑 制的有效性

• 进化状态反映在肿瘤样本的细胞组成中

总 述

卵巢高级别浆液性癌（HGSC）通常诊断为晚期，早在治疗干预之前，肿瘤中就存在多个基因异质性克隆。研究人员在前瞻性、纵向及多区域的 DECIDER 研究中，使用 148 名 HGSC 患者的 510 个样本的全基因组测序数据，整合了克隆组成和拓扑结构。研究结果揭示了三种进化状态（发展状态、维持状态、适应状态），它们在基因组学、通路和形态学表型方面具有独特的特征，并与治疗反应显著相关。采用高内涵成像分析对五种肿瘤类器官和三种 PI3K 抑 制剂进行的实验说明 alpelisib 靶向具有丰富 PI3K/AKT 通路的肿瘤。对来自多个解剖部位的样本进行的异质性分析表明，起源部位样本的独特克隆比转移性肿瘤或腹水多 70% 。

总之，这些分析和可视化方法能够使用纵向、多区域队列的数据进行综合肿瘤进化分析以识别患者亚型。

高内涵助力类器官实验

作者对发展状态的通路分析确定了 HGSC 患者中高度丰富的 PI3K/AKT 信号通路。该通路在维持状态的患者中富集，其特征是临床结果差，并在 NACT 后和复发时再次富集。

图 2：三种状态的进化轨迹，其特征在于独特的信号级联（在节点中）和由嵌套通路分析（在透明框中）识别的过渡途径。

最近的研究表明，靶向 PI3K 催化性 p110 亚基可导致抗肿瘤作用，并可能有助于克服癌症中的化学耐药性[1-3]。因此，该通路存在几种经临床批准的抑 制剂，可用于治疗各种癌症[4-5]。

作者假设 PI3K 抑 制可用于靶向 HGSC 细胞，但主要在富含 PI3K/AKT 通路的肿瘤中。为了测试 PI3K 抑 制的抗肿瘤作用，选择了五种 HGSC 类器官细胞系。这些细胞系是在诊断时、新辅助化疗NACT 后或复发时根据患者源性细胞建立的[6]。从初治腹膜样本、经 NACT 处理的网膜样本以及患者 EOC733 和 EOC989 进展时的腹水建立了代表 PI3K 通路富集肿瘤的四种类器官。使用从未接受过治疗的 EOC1120 网膜样本中获得的一种类器官在 PI3K/AKT 信号通路中缺乏基因组畸变，用作对照。

为了研究 PI3K/AKT 通路在临床前环境中抑 制的可能性，将类器官暴露于三种经美国食品药品监督管理局 （FDA） 批准的临床 PI3K 抑 制剂：alpelisib（一种获准用于治疗晚期转移性乳腺癌的 PI3Ka 抑 制剂）、idelalisib（一种获准用于治疗复发性慢性淋巴细胞白血病的 PI3K8 抑 制剂）和 umbralisib（一种 FDA 最近撤销批准的 PI3K8 抑 制剂）。使用 ImageXpress Confocal HT.ai 高内涵成像分析系统评估了药物对细胞存活和增殖的影响（图 3）。

图 3. 使用高内涵对患者来源的类器官培养物进行基于图像的细胞死亡和增殖测定的实验工作流程。

72 小时药物治疗后，根据死细胞的 DNA 的碘化丙啶 （PI） 染色测量了类器官内的肿瘤细胞死亡（图 4）。

图 4. 用 DMSO（对照）和 alpelisib （100 uM） 处理后的类器官代表性图像。EOC1120_pOme1 代表 PI3K 通路没有改变的对照类器官系，EOC989_r1Asc 代表具有丰富 PI3K 活性的类器官系。药物治疗后，细胞核总数用 Hoechst 33342（蓝色）染色，用碘化丙啶（PI；红色）染色死细胞。使用 ImageXpress Confocal HT.ai 系统在 10 倍放大倍数下采集图像。比例尺，50 微米。

在所有富含 PI3K/AKT 通路的类器官中，观察到 alpelisib 和 umbralisib 具有显著的细胞毒性。在所有样品中，alpelisib 对细胞活性的影响最 强，而 idelalisib 对细胞活性的影响最弱（图 5）。与作者的假设相匹配，对照细胞系（来自 EOC1120）对 idelalisib 和 umbralisib 完全耐药，并且仅对 alpelisib 的最高浓度有轻微反应（图 5）。

图 5. 使用指定浓度的 alpelisib、idelalisib、umbralisib（0 为 DMSO对照，10，50 和 100 μM）和硼替佐米（10 μM，阳性对照）处理 72 小时后，对类器官进行基于图像的细胞死亡定量。细胞死亡判定为 PI 阳性细胞占 Hoechst 33342 阳性细胞核总数的百分比，随后归一化为 DMSO 对照（阴性对照）和阳性对照（硼替佐米）值。数据显示为三个生物学实验的结果，四个重复以平均值 ± SEM 表示。

另外还探索了每种 PI3K 抑 制剂在增殖标志物 Ki67 表达方面的抗肿瘤活性，使用 ImageXpress Confocal HT.ai 高内涵成像分析系统的 40x 水浸物镜对 Screenstar 微孔板（Greiner，#655866）中的免疫染色类器官进行高通量图像采集。每孔扫描 5 个位点，每个位点采集约 20-25 张 Z-stack 图像，其中步长为 1 um，生成完整的 3D BME-2 包埋类器官结构。分析结果表面，除不影响对照类器官细胞系增殖的 idelalisib 外，所有三种 PI3K 抑 制剂均降低了所有五种类器官的增殖（图 6）。

图 6. 使用 50 uM alpelisib、idelalisib 或 umbralisib 和 DMSO 处理 48 小时后，对类器官的基于图像的细胞增殖进行定量。图形表示 Ki67 阳性细胞核占 Hoechst 33852 阳性细胞核总数的估计百分比，随后归一化为 DMSO 对照值（DMSO 值被设置为 100% 增殖）。数据显示为三个实验的结果，三个对照，以平均值 ± SEM 表示。使用单向 ANOVA 结合 Dunnett 与阴性对照的多重比较计算统计学显著性。在所有情况下，p > 0.05、*p < 0.05、**p < 0.01、***p < 0.001 和 ****p < 0.0001。

这些结果支持了作者的假设，即对于富含 PI3K 畸变的 HGSC 肿瘤，PI3K 抑 制剂将获得更高的疗 效，大多数是在维持状态下观察到的。总体而言，在 PI3K/AKT 富集类器官中观察到 PI3K p110a 特异性抑 制剂 alpelisib 的细胞毒性效率最高。结果表明，所有被观测的类器官在其增殖过程中均依赖于 PI3K/AKT 通路，并表明具有大量 PI3K/AKT 信号传导通路的类器官至少在某种程度上已经变得依赖于其生存通路。

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

参考文献

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-Martı´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.

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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., Voßgro¨ 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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