保留肿瘤微环境的胶质肉瘤类器官作为体外临床前平台 —— 与胶质母细胞瘤模型的比较分析研究

胶质肉瘤(GS)是一种罕见且高度侵袭性的胶质母细胞瘤(GBM)变体，占 GBM 的 2%-5%，以胶质和间充质双相组织学特征为标志，临床预后极差，对常规治疗响应有限。然而，由于 GS 罕见性及现有模型的局限(如细胞系或异种移植模型无法复现其双相表型和肿瘤微环境)，其分子机制和靶向治疗研究严重滞后。

类器官技术为解决这一问题提供了新途径，但此前尚无针对 GS 的特异性类器官模型。本研究通过构建保留肿瘤微环境的患者来源胶质肉瘤类器官(GSOs)，填补了 GS 研究模型的空白，为解析其生物学特征和开发精准疗法提供了可靠平台。

来自韩国天主教大学的团队在《Journal of Translational Medicine》(2025 年，Vol. 23)发表了题为Tumor microenvironment-preserving gliosarcoma organoids as an in vitro preclinical platform: a comparative analysis with glioblastoma models的研究。

核心内容如下：

研究方法：

GSOs 构建：从新鲜手术切除的 GS 组织中，通过机械切割(避免酶解)获得 1mm³ 组织块，采用无 Matrigel 的悬浮培养系统(50% DMEM-F12 + 50% Neurobasal 培养基)，在摇床上持续培养，保留肿瘤微环境;

表征手段：通过 H&E 染色、免疫组化(IHC)验证组织学特征;全外显子测序(WES)分析基因组变异;单细胞 RNA 测序(scRNA-seq)解析细胞异质性;3D 侵袭实验评估功能活性;药物敏感性实验检测对替莫唑胺(TMZ)和 NTRK2 抑制剂(ANA-12)的响应。

关键结果：

GSOs 特征：保留原发肿瘤的双相结构(GFAP + 胶质成分和波形蛋白 + 间充质成分)，高增殖活性(Ki-67+)，以及肿瘤微环境中的胶原纤维(Masson 三色染色)和网状纤维(网状染色);

基因组一致性：WES 显示 GSOs 与原发肿瘤共享 90% 以上的体细胞突变(如 TP53、PTEN 突变)，变异等位基因频率(VAF)高度相关(R²>0.67)，拷贝数变异(CNAs)一致;

与 GBO 的差异：scRNA-seq 显示 GSOs 富集成纤维细胞样肿瘤细胞(高表达 COL1A1、COL3A1)和少突胶质前体细胞样状态，而 GBM 类器官(GBOs)以星形胶质细胞样分化为主，且细胞连接信号更强;

功能验证：GSOs 在 3 周培养中体积持续增大，活力维持在较高水平，冷冻保存后仍能恢复结构和活力;3D 侵袭实验显示其向基质中径向侵袭，7 天时侵袭面积显著增加;

药物响应：所有 GSOs 对 TMZ 均有敏感性，表现为活力下降和侵袭性降低;携带 NTRK2 突变的 GSO22-01 对 ANA-12 处理敏感(细胞毒性达 30%)，而野生型 GSO21-01 无明显响应，验证了基因型指导治疗的有效性。

实验结果

图 1：GSOs 与原发肿瘤的组织学一致性

该图通过影像学和组织染色验证 GSOs 的保真度。(A)磁共振成像显示肿瘤位置，H&E 染色及 IHC 显示 GSOs 与原发肿瘤(GS21-01、GS22-01)均存在 GFAP + 胶质成分和波形蛋白 + 间充质成分，Masson 三色和网状染色证实胶原纤维和网状纤维的保留;(B)Ki-67 染色显示高增殖活性，且 Olig2、Sox2 表达模式与原发肿瘤一致。图示证实 GSOs 复现了 GS 的双相组织学特征。

图 2：GSOs 与原发肿瘤的基因组一致性

该图通过 WES 验证遗传稳定性。(A-B)突变类型分析显示 GSOs 与原发肿瘤的单核苷酸变异(SNV)和突变分类(如沉默突变、错义突变)高度一致;(C-D)Venn 图和共享突变分析显示 > 90% 的突变在 GSOs 与原发肿瘤间共享;(E)VAF 散点图显示强相关性(R²=0.67-0.83);(F-G)突变基因涵盖 GBM 常见突变(如 TP53、PTEN)和病例特异性突变(如 NTRK2)。图示证实 GSOs 保留了原发肿瘤的基因组特征。

图 3：GSOs 的体外功能特征

该图评估 GSOs 的增殖、活力和侵袭性。(A-B)3 周培养中，GSOs 的 2D 面积和活力(WST assay)持续增加;(C)冷冻复苏后，GSOs 结构完整，活力恢复至初始水平;(D)3D 侵袭实验显示，7 天时侵袭面积较 0 天增加显著(***P<0.001)。图示证实 GSOs 具备体外功能活性和稳定性。

图 4：GSOs 与 GBOs 的组织学差异

该图对比两者的形态和标志物表达。H&E 染色显示 GSOs 的双相结构更明显;IHC 显示 GSOs 中 CD68 + 小胶质细胞 / 巨噬细胞浸润更多，Masson 三色和网状染色显示其 ECM 成分更丰富;而 GBOs 以 GFAP + 胶质成分为主，间充质特征较弱。图示揭示 GSOs 与 GBOs 的组织学异质性。

图 5：scRNA-seq 揭示 GSOs 与 GBOs 的转录组差异

该图解析细胞集群和通路富集。(A)UMAP 聚类显示 11 种细胞类型;(B)GSOs 中成纤维细胞样肿瘤细胞(Tumor_FB-like)占比显著高于 GBOs;(C-D)标志物表达显示 GSOs 高表达 COL1A1(成纤维细胞)、OLIG2(少突前体)，GBOs 高表达 GFAP(星形胶质);(E)通路富集显示 GSOs 富集 ECM 组织和伤口愈合通路。图示证实两者的转录程序差异。

图 6：GSOs 的药物响应实验

该图验证治疗敏感性。(A)活 / 死染色显示，ANA-12 处理后，GSO22-01(NTRK2 突变)中 PI + 死细胞增加，GSO21-01(野生型)无明显变化;(B)LDH 实验证实 GSO22-01 对 ANA-12 的细胞毒性(≈30%)显著高于对照组(**P<0.01);(C)示意图总结 GSO 模型的建立和应用流程。图示支持 GSOs 在精准药物筛选中的价值。

全文总结

本研究成功构建了保留肿瘤微环境的患者来源胶质肉瘤类器官(GSOs)，其核心价值在于：GSOs 忠实复现了 GS 的双相组织学特征、基因组变异(如 TP53、NTRK2 突变)和肿瘤微环境成分(ECM、免疫细胞)，在长期培养和冷冻复苏后仍保持稳定性。与 GBM 类器官(GBOs)相比，GSOs 富集成纤维细胞样肿瘤细胞和少突前体样状态，转录上富集 ECM 相关通路，体现了 GS 的间充质特征优势。功能上，GSOs 具备增殖和侵袭能力，对 TMZ 有一致响应，且携带 NTRK2 突变的 GSO 对 ANA-12 敏感，验证了其在精准肿瘤学中的应用潜力。

创新点在于首次建立 GS 特异性类器官模型，无需酶解和 Matrigel，保留了天然组织架构和微环境。局限性包括样本量小(因 GS 罕见)、缺乏血管和适应性免疫细胞。未来需扩大样本库，结合器官芯片技术整合血管和免疫成分，提升模型的生理相关性。

该研究为 GS 的机制研究和个性化治疗提供了关键工具，推动罕见脑瘤的精准医学发展。