-大腸癌（CRC）是當今世界上確診率最高的3種癌癥之一，也是與癌癥相關的發(fā)病率和死亡率的主要原因之一。盡管近年來癌癥療法在不斷地發(fā)展，但針對晚期和轉(zhuǎn)移性腸癌患者仍然缺乏有效的治療方法，因此迫切需要基于藥物的新型療法。

（圖片來源：www.cell.com）

在最近一項研究中，來自瑞士腸癌研究所的Joerg Huelsken團隊開發(fā)了基于類器官的高通量篩選系統(tǒng)“TORNADO-seq”，用于鑒定能夠誘導腸道正常細胞和癌細胞分化的小分子藥物。具體而言，該方法通過定量大量細胞類型特異性基因的RNA表達分析，然后通過反卷積方法推斷細胞類型組成，最終實現(xiàn)研究目的。作為一種高含量技術，mRNA表達分析與其他方法（例如基于抗體或報告基因的方法）相比，具有許多優(yōu)勢，例如精確度，可擴展性和敏感性。

該方法不僅可以發(fā)現(xiàn)藥物，還可以進一步揭示內(nèi)在的生物學機制。作者開發(fā)的高含量檢測方法通過測量基因表達譜，從而提供所有可能的腸道細胞表型，主要信號通路和一般細胞生理學的頻率的信息，從而檢測健康腸道或癌變腸道來源的類器官中206個基因的表達水平。

(圖1，腸道類器官分化以及RNA-seq分析流程建立示意圖)

為了覆蓋不同的腸道細胞表型，作者選擇了8個種群的標記基因：ISC，瞬時擴增（TA）細胞，吸收性腸上皮細胞（E），EEC，杯狀細胞，Paneth細胞（P），簇細胞和靜態(tài)ISC（qISC）。這些標記基因是從公開的數(shù)據(jù)庫（原腸細胞懸液和類器官培養(yǎng)物的RNA-seq和單細胞RNA-seq）中挑選得到的。通過進一步富集，熒光激活細胞分選（FACS）或體外分化方案，作者另外囊括了58個報告主要信號通路的基因（Notch，Wnt，Hedgehog，Hippo， BMP / TGF-b]，NF-kB等），27種一般細胞生理基因（包括細胞周期，新陳代謝，血管生成，凋亡，上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化等），以及6個持家基因。

進一步，作者篩選了能夠促進健康腸道類器官中細胞分化的藥物分子。結(jié)果顯示，在中靶率排名靠前的藥物中包括：1. 已經(jīng)用于治療結(jié)腸癌的分子——伊曲康唑，吡咯銨，2. 微管蛋白抑制劑（苯達唑，秋水仙堿），3. 已知會影響一般細胞生理的細胞毒性藥物（抗代謝物吉西他濱，氮雜鳥嘌呤，巰基嘌呤，氟尿苷 拓撲異構(gòu)酶抑制劑，4. 細胞毒性抗生素（蒽環(huán)類抗生素和抗霉素）。 此外，篩查程序還發(fā)現(xiàn)了幾種候選藥物，例如抗精神病藥物吩噻嗪，降膽固醇他汀類藥物，抗真菌藥康唑，選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑（SERM），糖皮質(zhì)激素和抗組胺藥等等。

（圖2，不同藥物對健康腸道類器官中細胞分化相關基因表達水平的影響）

之后，作者比較了不同藥物對健康腸道類器官以及癌變腸道類器官的細胞分化影響。結(jié)果顯示，在27個能夠引起健康腸道細胞分化的藥物中，有16個同樣能夠引發(fā)癌變腸道細胞的分化（干細胞相關標志物表達水平下降，伴隨著分化相關標志物的上升），而大量對健康腸道細胞分化無效的藥物分子同樣也對癌變腸道細胞分化無效。這一結(jié)果表明藥物的有效性與其影響細胞分化的能力之間存在必然聯(lián)系。

綜上，作者通過開發(fā)靶向類器官測序（TORNADO-seq）技術，高通量地監(jiān)控主流“基因標志物”的表達，以詳細評估類器官中的細胞表型。 TORNADO-seq作為一種快速，穩(wěn)定性高以及成本低廉的（每個樣品5美元）的方法，可檢測細胞混合物及其在腸道系統(tǒng)中的分化狀態(tài)。應用此方法，作者尋找到了促進分化細胞表型的藥物，并表明這些藥物對癌癥具有很高的療效。此外，TORNADO-seq有助于深入了解這些藥物的作用方式。該技術可以輕松地適應許多其他系統(tǒng)，并允許采用更系統(tǒng)，大規(guī)模和定量的方法來研究復雜細胞系統(tǒng)的生物學特性。（生物谷 世聯(lián)博研Bioexcellence）

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