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结直肠癌（CRC）治疗面临困境，如免疫检查点抑制剂（ICIs）仅对部分亚型有效。研究人员开展小鼠 CRC 类器官相关研究，利用同基因和原位移植系统，揭示肿瘤发展、转移及免疫景观机制，为开发新疗法提供依据。
在癌症研究的领域中，结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）一直是备受关注的焦点。它是全球第三大常见恶性肿瘤，发病率和死亡率呈上升趋势。目前，针对 CRC 的治疗手段虽然不断发展，但仍面临诸多挑战。例如，免疫检查点抑制剂（ICIs）虽为癌症治疗带来新希望，可仅对特定的 CRC 亚型，即具有高度微卫星不稳定（microsatellite instability high，MSI-H）状态的患者有效，这类患者仅占整体 CRC 患者的约 15%，多数 CRC 患者对 ICIs 治疗耐药。这背后的关键原因在于，我们对 CRC 肿瘤微环境（Tumor Microenvironment，TME）的了解还不够深入，不清楚肿瘤细胞是如何逃避机体免疫监视以及产生治疗抵抗的。因此，开发一种能准确模拟 TME 的模型系统迫在眉睫。
在此背景下，研究人员开展了关于小鼠 CRC 类器官的研究。该研究意义重大，其成果发表在《European Journal of Cell Biology》上。研究人员通过建立小鼠 CRC 类器官同基因和原位移植系统，深入探究了 CRC 的发生发展机制，为开发新的治疗策略提供了重要依据。
在研究方法上，主要运用了以下关键技术：一是类器官培养技术，通过将肠道干细胞在特定条件下培养成类器官，模拟体内组织的结构和功能；二是基因编辑技术，如 CRISPR-CAS9，用于对类器官进行基因改造，引入驱动基因突变；三是单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，可分析单个细胞的基因表达谱，揭示细胞的异质性和功能状态。此外，研究使用的小鼠 CRC 类器官来源于基因工程小鼠的肿瘤组织或经基因编辑的类器官。
下面来看具体的研究结果：
- 类器官系统的发展：肠道上皮细胞更新迅速，其自我更新依赖于 Lgr5 阳性的肠道干细胞。早期，维持未转化的肠道上皮细胞体外培养十分困难，直到类器官培养系统的出现。该系统通过在基质胶中培养肠道干细胞，并添加干细胞龛因子，如表皮生长因子（EGF）、头蛋白（noggin）和 R Spondin-1 等，使干细胞能够自我更新并分化为多种细胞类型，形成类似体内组织的隐窝 - 绒毛结构。这一系统不仅适用于肠道，还可用于多种器官类器官的培养，为研究组织的生理和病理过程提供了有力工具。
- 人类 CRC 类器官的潜力与局限：人类 CRC 类器官可通过对正常结肠类器官进行基因编辑或直接从患者样本中获取。它能较好地模拟原始肿瘤，在疾病建模、药物筛选和生物样本库等方面具有巨大潜力，还可用于研究肿瘤与基质细胞的相互作用。然而，在肿瘤免疫研究方面，人类 CRC 类器官存在局限性。体外共培养系统无法完全重建复杂的免疫景观，即使与巨噬细胞共培养，也只能部分恢复转录组谱。此外，将其移植到免疫缺陷小鼠建立患者来源的异种移植（PDX）模型时，由于小鼠缺乏完整的免疫系统，难以研究肿瘤免疫。
- 小鼠 CRC 类器官的同基因和原位移植：研究人员构建了多种携带驱动基因突变（如Apc、Kras和Trp53等）的小鼠 CRC 类器官同基因和原位移植模型。在技术操作上，将类器官消化后重悬于含基质胶的培养基中，注射到免疫健全小鼠的直肠黏膜或盲肠壁等部位。部分模型中，注射前短期使用葡聚糖硫酸钠（DSS）可提高移植成功率，但可能会干扰局部环境。通过这些模型，研究发现肿瘤内在信号通路对周围免疫景观有显著影响。例如，TGFβ 信号通路成员（如Tgfbr2或Smad4）的额外突变会促进肿瘤生长和转移，同时导致肿瘤出现促结缔组织增生变化、T 细胞排斥和低新抗原表达，进而引起 T 细胞功能障碍和对 ICIs 治疗的抵抗。相反，自噬延伸系统核心成分 Atg16L1 的缺失可增强 IFN 信号和 PD - 1 表达，促进肿瘤免疫反应。此外，研究还发现不同研究中，即使基因突变更相同，肿瘤的侵袭能力也存在差异，如转录因子 Sox17 在移植后的类器官中高表达，可通过重编程 IFNγ 反应和 MHC - I 表达来调控肿瘤的免疫逃逸表型。
- 基因修饰小鼠作为同基因宿主：利用基因修饰小鼠作为移植宿主，可观察特定基因在 TME 各成分中的作用。例如，将小鼠 CRC 类器官原位移植到成纤维细胞特异性敲除小鼠中，发现 CAFs 中存在一种新的 SOX2 - SRFP1 轴，对 TME 重编程和肿瘤发生至关重要；移植到髓系细胞特异性敲除小鼠中，揭示了由 THBS1 - CXCL12 - CXCR4 轴介导的髓源性抑制细胞（MDSC）招募机制，该机制可抑制 CD8+ T 细胞功能；还发现了由钙调神经磷酸酶 - NFAT - IL - 6 轴介导的微生物群、多形核 MDSC（PMN - MDSC）和 CD8+ T 细胞之间的新相互作用。
在研究结论与讨论部分，小鼠 CRC 类器官结合同基因移植模型为 CRC 研究带来了新突破，尤其是在肿瘤免疫领域。但目前仍面临一些挑战，如难以建立能忠实模拟人类锯齿状通路的小鼠 SSL/SSLD 类器官模型，小鼠模型也难以完全反映临床因素，种间免疫差异也可能影响模型的有效性。尽管如此，该研究系统地揭示了 TME 的复杂景观，为深入理解 CRC 的发生发展机制奠定了基础，为开发针对 CRC 的新型治疗策略提供了关键线索，在未来的癌症研究和临床治疗中具有重要的指导意义，有望推动 CRC 治疗领域取得新的进展。
