摘要：在癌症靶点发现方面，类器官与永生化细胞系培养体系之间的差异尚不明确。该研究通过多层次的CRISPR筛选技术，揭示了仅在肿瘤类器官中（而非细胞系或三维球体模型）可发现的体内相关代谢依赖性及合成致死基因对。
在癌症靶点发现方面，类器官与永生化细胞系培养体系之间的差异尚不明确。该研究通过多层次的CRISPR筛选技术，揭示了仅在肿瘤类器官中（而非细胞系或三维球体模型）可发现的体内相关代谢依赖性及合成致死基因对。
鉴定出羊毛甾醇合酶和乙酰辅酶A羧化酶抑制剂作为有效治疗手段，能显著抑制小鼠异种移植肿瘤的生长。这些脂质代谢抑制剂对多种一线治疗耐药的人源胃癌类器官均表现出纳摩尔级半数抑制浓度值。
从机制上看，胃癌类器官与体内肿瘤呈现出二维体外培养体系中未见的脂质代谢适应性改变。此外，肠神经元通过调控肿瘤类器官的脂质代谢，可使药物敏感性产生高达两个数量级的变化。
神经元共培养CRISPR筛选进一步发现，乙酰辅酶A羧化酶的表达水平决定了羊毛甾醇合酶抑制剂的疗效。这些发现凸显了类器官微环境及神经相互作用在癌症脂质依赖性中的关键作用。
文章介绍
题目：一种结合的肠神经元-胃肿瘤类器官揭示了胃癌的代谢脆弱性
杂志：Cell Stem Cell
影响因子：20.4
发表时间：2025年10月
#1
研究背景
Background
在生物体内，癌细胞与细胞外肿瘤微环境（TME）之间的相互作用，在为肿瘤生长营造有利环境方面起着至关重要的作用。TME中存在神经元和神经纤维，越来越多的证据表明它们参与了多种癌症的肿瘤发生过程。然而，由于缺乏合适的系统分析模型，细胞外基质和神经元如何影响TME及肿瘤发病机制的认识仍然较为零散。
为了更好地模拟TME，利用细胞外基质进行类器官培养相较于传统的2D培养，在预测患者对特定治疗手段的个体化反应方面具有优势。一个极具前景的应用是利用高通量CRISPR筛选技术对患者来源的肿瘤类器官进行特征分析，以识别其治疗上的脆弱性。
尽管已有部分研究在源自人诱导多能干细胞（hiPSC）的类器官中进行了CRISPR敲除筛选，但在患者来源的肿瘤类器官中开展全面的全基因组筛选仍较为有限。
该研究利用患者来源的肿瘤类器官生物样本库开展全基因组CRISPR功能缺失筛选，以鉴定肿瘤的遗传依赖性和治疗靶点。该筛选优先揭示了脂质代谢相关依赖性，并发现乙酰辅酶A羧化酶α（ACACA）和羊毛甾醇合酶（LSS）可作为胃癌（GC）的可成药治疗靶标。
在类器官模型中精准重现了体内肿瘤生长所必需的脂质代谢依赖性，这一特征在传统2D单层细胞培养或3D细胞球培养体系中均未得到体现。
通过将神经元与肿瘤类器官共培养，进一步观察到胃癌类器官脂质代谢通路的改变及其对特定抑制剂响应的变化。这些发现强调了在选择关键体内治疗靶点和治疗药物时，采用肿瘤类器官模型并考虑神经影响的必要性，从而优化治疗效果。
#2
研究关键点
Key Points
1、首先建立肠神经-胃肿瘤类器官共培养模型，通过患者来源的肿瘤样本和定向分化的肠神经系统细胞构建3D培养体系。
2、全基因组CRISPR筛选：用76441个sgRNA鉴定出ACACA、LSS等脂质代谢关键靶点，并进行多类器官模型的交叉验证。
3、研究神经微环境调控机制，发现肠神经元通过ACACA表达显著改变药物敏感性，并在异种移植模型中验证靶点。
#3
研究结果
Results
1、基于类器官的CRISPR基因敲除筛选揭示患者来源肿瘤类器官的依赖性
首先开展了一项基于类器官的全基因组CRISPR基因敲除筛选实验，以系统性地识别癌症依赖性及可干预的治疗靶点，鉴定出维持细胞适应度的关键基因，并验证了该筛选的高质量。
将筛选获得的1393个基因缺失列表与已知的必需基因列表进行比对，并过滤掉先前被描述为细胞系中必需的基因。利用来自33个GC细胞系的适应性数据，计算出一个GC特异性适应性基因列表。通过这一筛选得到了303个基因（图1D）。
图1
通路富集分析发现氧化磷酸化（OXPHOS）是最显著富集的通路，提示OXPHOS依赖性是具有干性特征的癌细胞（如肿瘤类器官）的一个可靶向的弱点。
还评估了这303个基因的可成药性，以优先筛选潜在的药物靶点，OXPHOS相关基因被归入第1区间。此外，ACACA、SCAP、FASN、LSS和MBTPS1被划分在第2至第5区间；MAGOHB、SMN1和SMN2被归类在第4区间。
通过生长竞争实验，在GX117-T1O细胞中验证了这些基因命中敲除后的生长抑制效应，表明筛选结果的可靠性。
利用针对这303个基因的sgRNA，在一组胃癌类器官（GX052-TO、GX058-TO、GX068-TO、GX069-TO和GX076-TO）中开展了第二轮CRISPR筛选实验，共同鉴定出多个与脂质代谢相关的基因（如ACACA、FASN和LSS）（图2C）。
图2
随后在多个类器官中分别验证了敲除这些基因命中后对生长产生的抑制效应，进一步证实这些靶点具备作为胃癌广泛适用治疗靶点的潜力。MAGOHB仅在表达ARHGAP融合转录本的类器官中被一致地鉴定为筛选命中靶点，并且也通过单独的生长竞争实验和机制实验得到了验证。
2、筛选命中结果的药理学验证
进一步采用市售的相应药物抑制剂评估了这些靶点的潜在治疗价值。向GX117-T1O类器官施用了以下抑制剂：复合物I抑制剂、ACACA抑制剂、脂肪酸合成酶（FASN）抑制剂以及LSS抑制剂。所有测试药物均能抑制GX117-T1O类器官的生长。
其中，脂肪酸与胆固醇合成抑制剂ND646和RO 48-8071表现出最强的抑制效果（图3B）。当将ND646和RO 48-8071应用于另一类器官GX058-TO时，也观察到了显著的生长抑制作用（图3B）。
这些结果表明，将类器官CRISPR筛选中发现的遗传命中转化为药理学验证，能够筛选出对治疗肿瘤具有潜在疗效的候选药物。
图3
3、将脂质代谢识别为肿瘤类器官依赖性脆弱点
胃癌细胞系对ND646和RO 48-8071的敏感性显著低于GX117-T1O和GX058-TO。相反，表现出LSS和ACACA基因敲除生长抑制效应的类器官群对ND646和RO 48-8071治疗敏感。
外源性添加棕榈酸或油酸可逆转ND646处理导致的肿瘤类器官生长抑制，进一步证实脂肪酸供应对其生长的重要性。
此外，将胃癌细胞系以3D球体形式培养后，其对LSS、ACACA和FASN基因敲除以及ND646和RO 48-8071药物处理均未表现出敏感性增强。尽管这些细胞系形成的三维结构在形态上类似于类器官架构（图3E）。
图3
4、体内验证肿瘤类器官依赖性脆弱性
利用针对筛选获得的关键基因的定制迷你sgRNA文库，在体内开展CRISPR功能缺失实验。观察到ACACA和LSS敲除细胞在体内显著减少，但在长期2D培养中未见此现象。
进一步将ACACA和LSS敲除的SNU-1与HGC-27细胞分别异种移植到小鼠体内，证实这些细胞在体内生长明显迟缓。与敲除数据一致，植入胃癌细胞并给予ND646或RO 48-8071处理的小鼠显示出显著的肿瘤生长抑制，小鼠未出现行为异常体征或体重显著变化。
注射ACACA和LSS敲除的胃癌类器官的小鼠也观察到显著的肿瘤抑制，与先前筛选和验证数据一致（图4I）。
图4
此外，在体内肿瘤中检测到脂肪酸代谢和胆固醇稳态相关基因表达上调，这与类器官中这两个通路表达高于二维培养细胞系的结果相符。这些结果强调类器官培养能更好模拟体内肿瘤环境，有助于发现具有体内相关性的依赖性特征。
体内肿瘤中的脂肪酸含量显著高于二维培养细胞。与二维培养相比，体内肿瘤含有更高比例的长链脂肪酸。
此外，与野生型（WT）肿瘤相比，ACACA敲除肿瘤中C20:4和C22:6的比例降低，而二维培养的WT与ACACA敲除细胞间未检测到明显差异。考虑到体外模型有效延长长链脂肪酸的能力有限，ACACA敲除类器官中C18:1较WT对照组显著减少（图5G）。
图5
此外，从二维培养过渡到类器官或体内环境时，脂肪酸代谢会发生转变，且该转变依赖于ACACA。与二维培养细胞相比，WT体内肿瘤中甘油-3-磷酸（G3P）和甘油比例更高，而ACACA敲除降低了体内肿瘤中G3P与甘油的比例。
进一步发现，与二维培养细胞相比，肿瘤中TG水平升高，而ACACA敲除抑制了这种升高。这些结果表明，ACACA通过调控脂肪酸水平及G3P与甘油的平衡来构建TG，从而为胃癌细胞在体内的代谢适应和生长需求提供能量支持。
5、肠神经元改变肿瘤类器官的脂质代谢和药物反应
采用两种共培养方法（直接共培养方法、间接共培养方法）研究肠神经节细胞（ENS）神经元对胃类器官的潜在影响。RNA测序以评估共培养对胃类器官基因表达的影响。
胆固醇稳态、缺氧及TNF-α信号通路在使用GX117-T1O类器官的直接和间接ENS共培养中均呈现上调（图6B）。与脂肪酸代谢相关的基因（如ACACA）表达水平也有所升高（图6B）。当使用另一类器官GX049-TO进行共培养时，类似通路和基因集同样呈现上调（图6C），提示这种神经元效应可能在不同类器官中具有普遍性。
图6
当GX117-T1O和GX049-TO与ENS进行间接共培养时，ND646的IC50值分别增加了3.1倍和207.1倍。这种耐药性至少部分可归因于共培养后ACC表达的增加。共培养增强了GX117-T1O和GX049-TO对RO 48-8071的敏感性，使其IC50值分别降低了1.5倍和6.3倍。
对两种共培养体系中共同上调的基因进行了CRISPR筛选。筛选结果显示ACACA基因发挥关键作用——其敲除导致共培养体系中GX049-TO对RO 48-8071产生耐药性。后续单基因验证实验证实了这一效应，表明RO 48-8071响应依赖于ACACA的表达。
值得注意的是，ACACA表达与胃癌肿瘤对RO 48-8071反应之间的关联，提示其作为分层肿瘤反应生物标志物的潜在价值。ACACA表达较高的类器官表现出更低的IC50值。
相较于使用ACC抑制剂，采用RO 48-8071或其他LSS抑制剂可能为治疗这些肿瘤提供更有效的治疗策略，特别是在那些神经支配增强可能进一步上调ACACA表达的病例中（图7）。
图7
小结
该研究为扩展DepMap项目奠定了基础——该项目将对代表各类癌症（包括众多具有多样突变的未探索肿瘤亚型）的广泛肿瘤类器官开展系统性CRISPR筛选。
CRISPR筛选工具箱的进展也将加速大规模类器官CRISPR筛选的进程。碱基编辑器和先导编辑器可用于构建同源肿瘤类器官以鉴定合成致死靶点。组合式CRISPR筛选可应用于分离具有治疗可行性的药物组合。
为探究肿瘤演化过程中依赖关系的动态变化，还可对同一患者在不同疾病阶段（用药/未用药）、复发或转移时获取的肿瘤类器官进行CRISPR筛选。
参考文献
Chan BKC, Zhang C, Poon CH, Lee MHY, Chu HY, Wang B, Chen SG, Yan HHN, Leung SY, Wong ASL. A combined enteric neuron-gastric tumor organoid reveals metabolic vulnerabilities in gastric cancer. Cell Stem Cell. 2025 Oct 2;32(10):1595-1613.e10. doi: 10.1016/j.stem.2025.08.006.
来源：培养盒守护者