优化气液界面肺肿瘤类器官——重现免疫微环境用于精准治疗评估
文献信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| PMID | 41493730 |
| 标题 | Optimized patient-derived lung cancer organoids recapitulating the immune landscape for precision therapy evaluation |
| 作者 | Huayang Xing, Rui Liu, Yidan Chen, Xueqin Chen, Xianzhi Gao, Chongyang Shen, Shirong Zhang, Yi Tang, Longfeng Wu, Mingliang You, Pinglong Xu, Bing Xia 等 |
| 机构 | 杭州市肿瘤医院、浙江大学良渚实验室、成都中医药大学、西湖大学医学院 |
| 期刊 | Cellular Oncology |
| 发表日期 | 2026年1月6日 |
| DOI | 10.1007/s13402-025-01158-2 |
| 文献类型 | Research Article |
| 类器官类别 | 肺肿瘤类器官 |
核心科学问题
肺癌是全球癌症相关发病率和死亡率的主要原因。现有治疗包括放疗、化疗、靶向治疗和免疫治疗，但常面临治疗无效或获得性耐药问题。
现有模型局限：
- 传统 2D 细胞培养经过多次传代，无法模拟体内肿瘤动态
- 传统肿瘤类器官缺乏免疫和基质成分，无法准确模拟肿瘤微环境（TME）
- 共培养 PDO 模型整合外源免疫细胞，但无法完全重现天然肿瘤-免疫动态，导致人工免疫环境
气液界面（ALI）方法被开发来解决这一空白，但存在类器官形成效率低和 TME 完整性受损的问题。
技术创新：优化 ALI-LUO 建立方法
研究团队优化了 ALI-LUOs 的建立方法，提高了类器官形成效率同时保持 TME 完整性：
三种方法对比
| 方法 | 特点 | 成功率 |
|---|---|---|
| 传统 Dome 培养 | 基质胶包埋，无免疫细胞 | 低 |
| ALI-LUO-Tissue（已发表方案） | 组织切碎后培养，含 IL-2 | 较低 |
| ALI-LUO-Cell（优化方案） | 酶消化组织 → 单细胞接种到 Transwell | 84% |
优化关键步骤
- 酶消化替代机械切碎：使用 2 mg/mL 胶原酶 I 在 37°C 震荡消化 1 小时
- 单细胞接种：100,000 细胞/孔接种到预涂层的 Transwell
- 气液界面培养：保持组织-空气界面，模拟生理条件
- IL-2 补充：2000 IU/mL IL-2 维持免疫细胞存活
成果：19 个肺癌样本中成功建立 16 个 ALI-LUOs，成功率 84%
关键发现
1. ALI 培养条件维持免疫细胞存活
- Dome 培养 + IL-2：传代后几乎所有免疫细胞丢失
- ALI-LUOs：传代后保留约 25% 免疫细胞
- IL-2 单独作用：在初级培养中增加免疫细胞比例，但不兼容长期 dome 培养扩增
- 建议：ALI-LUO 模型应在第一代内用于免疫相关研究
2. 流式细胞术验证免疫细胞组成
免疫细胞标记：
- CD45+（白细胞）
- CD3+（T 细胞）
- CD4+（辅助 T 细胞）
- CD8+（细胞毒性 T 细胞）
结果：
- ALI-LUO-Cell 比 ALI-LUO-Tissue 有更高比例的 CD45+ 细胞和 CD45+CD3+ T 细胞
- 四个样本的 CD4+ 和 CD8+ T 细胞群体存在差异，反映样本内在异质性
3. 单细胞 RNA 测序确认肿瘤-免疫景观重现
scRNA-seq 分析（2,094 个基因，7 种主要细胞类型）：
| 细胞类型 | 标志基因 |
|---|---|
| 上皮细胞 | EPCAM, KRT8, CD24 |
| CD4+ T 细胞 | CD4 |
| CD8+ T 细胞 | CD8A, CD8B |
| 成纤维细胞 | COL1A, S100A, THY1, VIM |
| 巨噬细胞 | CSF1R, MRC1, CD68, CD14 |
| 单核细胞 | CD14, CD16 |
| B 细胞 | CD19, CD79A, CD79B |
关键发现：
- ALI-LUOs 比 dome 培养的 LUOs 具有更大的免疫细胞多样性（包括 CD4+ T、CD8+ T 和 B 细胞）
- ALI-LUOs 与亲本组织聚类更近
- T 细胞亚群分布在 ALI-LUOs 中与亲本肿瘤组织高度相似
- CD8+ 耗竭 T 细胞比例在类器官中降低（由于体外增殖能力有限）
4. 免疫检查点抑制剂响应评估
- ALI-LUOs 被用于评估抗 PD-1（pembrolizumab）治疗响应
- 模型准确预测了临床响应
- 突出了 ALI-LUOs 作为免疫检查点抑制剂疗效评估平台的潜力
5. 放疗响应预测与 STING 激动剂增强
放疗响应：
- ALI-LUOs 暴露于不同剂量 X 射线（0, 4, 8, 16 Gy）
- 类器官面积随剂量增加而减少
- 体外响应与患者临床过程匹配（原发和转移部位肿瘤缩小）
cGAS-STING 通路激活：
- 放疗后下游基因 IFIT1、IFIT2、IFNB1 显著上调
- 表明 STING 通路激活
STING 激动剂 diABZI 联合治疗：
- 四组对照：对照、单独放疗、单独 diABZI、联合治疗
- 联合治疗诱导显著更大的类器官崩溃
- 表明 diABZI 增强放疗敏感性
- 支持其用于克服放疗耐药和减少辐射剂量
学术启示
这篇论文代表了肺肿瘤类器官免疫微环境建模的重要突破。优化后的 ALI 培养方法：
- 成功率高：84% vs 传统方法的低效率
- 免疫细胞保留：传代后 25% 免疫细胞保留
- 肿瘤微环境完整性：重现亲本组织的免疫景观
- 治疗响应预测：准确预测免疫治疗和放疗响应
- 联合治疗探索：STING 激动剂 + 放疗的协同效应
图5：ALI-LUOs 的单细胞 RNA 测序分析，揭示细胞类型组成和免疫景观
图6：T 细胞亚群分布，ALI-LUOs 与亲本组织高度相似
图7：ALI-LUOs 对抗 PD-1 治疗的响应评估
图9：ALI-LUOs 对不同剂量放疗的剂量依赖性响应
图10：diABZI STING 激动剂增强放疗敏感性
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