乳腺癌细胞系与类器官模型揭示肿瘤异质性及药物反应多样性

乳腺癌是全球女性中最常见的恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的主要原因。其快速进化导致高度异质性的克隆组成，进而引发治疗抵抗和预后不良。恶性胸腔积液(MPE)在乳腺癌患者中较为常见，是仅次于肺癌的第二大致病因素。MPE中的肿瘤细胞表现出对 anoikis 的抵抗性、适应缺氧压力以及上皮-间充质转化(EMT)等特征，从而导致多药耐药性和转移潜力增加。因此，深入研究 MPE 中肿瘤细胞的药物抵抗机制对于制定个性化治疗策略至关重要。

2025年5月1日，发表在Breast Cancer Research上题为Establishment and characterization of 24 breast cancer cell lines and 3 breast cancer organoids reveals molecular heterogeneity and drug response variability in malignant pleural effusion-derived models的研究从乳腺癌患者的恶性胸腔积液中建立了 24 个细胞系和 3 个类器官模型，进行了广泛的基因组学、转录组学和药物敏感性分析。

研究发现，这些模型在遗传和转录水平上存在显著的多样性，不同的亚克隆表现出不同的药物敏感性。此外，通过多次采样和建模，揭示了乳腺癌细胞在胸腔积液中的时空异质性，强调了其适应性。这些结果强调了分子分析在理解乳腺癌治疗抵抗中的关键作用，并表明 MPE 源细胞系是探索侵袭性癌症表型个性化治疗的有价值模型。

图示描述

1，乳腺癌体外模型保留原发组织的异质性形态特征。细胞系主要分为多边形、椭圆形、圆形和成纤维细胞样四种形态，且大多数细胞系表现出贴壁生长模式，表明胸腔内的乳腺癌细胞保留了锚定依赖性生长的特性。不同患者的细胞系表现出不同的生长模式，例如多重集3中的SNU-3716细胞系主要以贴壁和悬浮聚集体形式生长，而SNU-3730细胞系则主要表现为贴壁模式。此外，从三名患者(SNU-4842、SNU-4856和SNU-5126)收集的肿瘤细胞用于建立PDX模型并进一步培养为类器官，这些类器官主要呈现球形和不对称形态，而配对的细胞系则作为单层贴壁细胞生长，显示多边形和梭形形态。这些结果表明，MPE中的肿瘤细胞在体外培养中保留了原发肿瘤的异质性特征，为后续研究提供了重要的模型基础。

图1展示了从恶性胸腔积液(MPE)中建立的24个乳腺癌细胞系和3个类器官模型的形态多样性。

2，胸腔内乳腺肿瘤细胞的多重采样和建模揭示肿瘤内异质性。研究发现，即使在同一患者的胸腔积液中，肿瘤细胞的克隆组成和比例也会随着时间推移和治疗干预而发生变化。例如，多重集1的细胞系在一周内连续采集，尽管亚克隆数量未变，但IRF6、SPTA1、FLT3和ATRX基因的变异等位基因频率(VAF)显著升高。多重集2的细胞系在泛HER抑制剂泊西他滨治疗后采集，其亚克隆组成和比例保持不变。多重集3的细胞系表现出时空异质性，空间异质样本(SNU-3698A、SNU-3698B和SNU-3698C)和时间异质样本(SNU-3705、SNU-3716和SNU-3730)均显示出不同的克隆组成。这些结果强调了MPE作为研究乳腺癌细胞适应性和耐药机制的重要模型，为后续的转录组分析和药物敏感性测试提供了关键背景。

图2通过全外显子组测序(WES)揭示了MPE中乳腺癌细胞的时空异质性。

3，转录组分析揭示患者特异性表达模式。研究发现，不同患者的肿瘤细胞在转录组水平上表现出显著差异，且这些差异与特定的信号通路变异相关。转录组聚类分析识别出四个亚型，其中亚型1(多重集3)显示出最多的信号通路异常，包括RAS、FGFR1、VEGF和ERBB4信号通路。亚型2则表现出与DNA复制相关的独特通路异常。通过基因集富集分析(GSEA)，研究发现大多数标志性通路以患者特异性方式改变，特别是多重集2和4表现出更为激进的表达变化。此外，上皮-间质转化(EMT)和hedgehog信号通路在多重集2中显著失调。这些结果强调了MPE中肿瘤细胞的动态适应性，并为理解乳腺癌的耐药机制提供了重要的分子基础。

图3通过转录组分析揭示了MPE中乳腺癌细胞的患者特异性表达模式。

4，由肿瘤异质性引起的分子多样性影响药物反应。研究发现，药物反应不仅受基因突变的影响，还与转录组变异和细胞分数的变化密切相关。例如，拉帕替尼、厄洛替尼和阿法替尼等药物在具有不同分子特征的细胞系中表现出不同的敏感性。通过多元方差分析(MANOVA)和Wilcoxon秩和检验，研究发现转录组聚类和特定基因突变(如PIK3CA和TP53)与药物反应显著相关。此外，研究还发现细胞分数的变化(如突变簇的VAF)也对药物反应有显著影响。例如，吉西他滨的敏感性与ZFHX3基因的VAF呈负相关，而吉非替尼的反应则与糖酵解通路的富集评分直接相关。这些结果强调了MPE作为个性化药物筛选和耐药预测平台的潜力，并为开发针对乳腺癌的精准治疗策略提供了重要依据。

图4展示了MPE中乳腺癌细胞的药物反应与分子多样性的关系。

全文总结

本研究通过建立和表征24株乳腺癌细胞系和3株类器官模型，提供了深入了解恶性胸腔积液内乳腺癌分子异质性和药物反应变异性的重要平台。这些发现对精准医学和个体化治疗具有重要意义。首先，研究揭示MPE内乳腺癌细胞存在显著的基因组和转录组多样性，驱动突变和信号通路的动态变化与药物反应变异相关，这有助于理解乳腺癌治疗抵抗机制。其次，研究发现患者内部样本的时间和空间异质性突显了MPE内乳腺癌细胞的适应性，不同亚克隆表现出不同的药物敏感性，这强调了多组学分析在理解乳腺癌治疗抵抗中的关键作用。第三，研究证实MPE来源的细胞系是研究侵袭性癌症表型个体化治疗的宝贵临床前模型。最后，这项工作为非侵入性获得的MPE来源肿瘤细胞建立了多组学框架，有助于识别更符合临床实践的个性化治疗策略，为乳腺癌患者提供更有效的治疗方法。