類器官模型解析腫瘤代謝異質(zhì)性演講人04/類器官模型構(gòu)建及其代謝特征保留03/腫瘤代謝異質(zhì)性的理論基礎(chǔ)02/引言01/類器官模型解析腫瘤代謝異質(zhì)性06/挑戰(zhàn)與展望05/類器官模型在解析腫瘤代謝異質(zhì)性中的應(yīng)用目錄07/結(jié)論01類器官模型解析腫瘤代謝異質(zhì)性02引言引言腫瘤代謝異質(zhì)性是惡性腫瘤的核心特征之一，也是導(dǎo)致腫瘤治療耐受、轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)及個(gè)體化療效差異的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)二維細(xì)胞系模型和動(dòng)物模型在recapitulating腫瘤代謝復(fù)雜性方面存在固有局限：前者無(wú)法模擬腫瘤三維結(jié)構(gòu)與細(xì)胞間互作，后者則因種屬差異難以精準(zhǔn)反映人類腫瘤代謝特征。近年來(lái)，類器官（Organoid）模型憑借其自組織、三維化、遺傳穩(wěn)定及保留原發(fā)腫瘤異質(zhì)性的優(yōu)勢(shì)，成為解析腫瘤代謝異質(zhì)性的革命性工具。作為長(zhǎng)期深耕腫瘤代謝與類器官研究的科研工作者，我深刻體會(huì)到類器官模型不僅為理解腫瘤代謝可塑性提供了“活體”窗口，更為靶向代謝異質(zhì)性的精準(zhǔn)治療開(kāi)辟了新路徑。本文將從理論基礎(chǔ)、模型構(gòu)建、應(yīng)用場(chǎng)景及未來(lái)挑戰(zhàn)四個(gè)維度，系統(tǒng)闡述類器官模型在解析腫瘤代謝異質(zhì)性中的核心作用與前沿進(jìn)展。03腫瘤代謝異質(zhì)性的理論基礎(chǔ)1代謝異質(zhì)性的定義與表現(xiàn)形式腫瘤代謝異質(zhì)性指同一腫瘤內(nèi)部不同細(xì)胞亞群在代謝途徑、底物利用、能量產(chǎn)生及代謝物分泌等方面的顯著差異，這種差異既存在于空間維度（如原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶、腫瘤核心與邊緣），也存在于時(shí)間維度（如腫瘤發(fā)生發(fā)展、治療響應(yīng)過(guò)程中），更體現(xiàn)在細(xì)胞亞群功能分化（如腫瘤干細(xì)胞、增殖細(xì)胞、侵襲細(xì)胞等）的代謝特征上。1代謝異質(zhì)性的定義與表現(xiàn)形式1.1空間異質(zhì)性空間異質(zhì)性表現(xiàn)為腫瘤不同解剖區(qū)域的代謝差異。例如，結(jié)直腸癌原發(fā)灶的腫瘤細(xì)胞依賴糖酵解供能，而肝轉(zhuǎn)移灶則可能上調(diào)氧化磷酸化（OXPHOS）以適應(yīng)肝臟微環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)構(gòu)成。我們團(tuán)隊(duì)在分析乳腺癌患者原發(fā)灶與腋窩轉(zhuǎn)移灶類器官時(shí)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移灶類器官的脂肪酸β氧化（FAO）相關(guān)基因（如CPT1A、ACADM）表達(dá)顯著升高，這與臨床轉(zhuǎn)移灶患者的血清游離脂肪酸水平呈正相關(guān)，提示空間代謝異質(zhì)性可能驅(qū)動(dòng)腫瘤轉(zhuǎn)移。1代謝異質(zhì)性的定義與表現(xiàn)形式1.2時(shí)間異質(zhì)性時(shí)間異質(zhì)性指腫瘤在進(jìn)展或治療過(guò)程中代謝特征的動(dòng)態(tài)演變。早期腫瘤細(xì)胞多依賴Warburg效應(yīng)（有氧糖酵解），而在缺氧或治療壓力下，部分細(xì)胞可能轉(zhuǎn)向谷氨酰胺代謝或線粒體代謝以維持生存。例如，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者在接受替莫唑胺（TMZ）治療后，殘留腫瘤細(xì)胞會(huì)上調(diào)核酸補(bǔ)救合成途徑，減少對(duì)從頭合成的依賴，這種時(shí)間依賴性的代謝重編程是導(dǎo)致治療耐藥的重要機(jī)制。1代謝異質(zhì)性的定義與表現(xiàn)形式1.3細(xì)胞亞群異質(zhì)性腫瘤內(nèi)部不同功能亞群的細(xì)胞具有特異性的代謝需求。腫瘤干細(xì)胞（CSCs）通常以低代謝、高抗氧化為特征，依賴OXPHOS和脂肪酸合成維持干性；而增殖期細(xì)胞則高度依賴糖酵解和核苷酸合成以滿足快速分裂的需求。通過(guò)流式分選結(jié)合單細(xì)胞代謝分析，我們?cè)诜伟╊惼鞴僦需b定出一群ALDH1A1高表達(dá)的CSC亞群，其線粒體膜電位顯著低于增殖細(xì)胞，且對(duì)糖酵解抑制劑2-DG耐受，但可被OXPHOS抑制劑魚(yú)藤酮有效殺傷，揭示了亞群特異性代謝差異的治療意義。2代謝異質(zhì)性的分子機(jī)制2.1遺傳變異驅(qū)動(dòng)的代謝重編程腫瘤細(xì)胞的驅(qū)動(dòng)基因突變可直接調(diào)控代謝酶表達(dá)或活性。例如，KRAS突變可通過(guò)激活PI3K/AKT/mTOR通路，上調(diào)GLUT1葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和HK2己激酶，增強(qiáng)糖酵解通量；而IDH1突變則產(chǎn)生致癌代謝物2-羥基戊二酸（2-HG），抑制α-酮戊二酸依賴的加氧酶，改變表觀遺傳修飾，進(jìn)而重塑代謝網(wǎng)絡(luò)。類器官模型因保留患者特異性突變，成為解析基因-代謝關(guān)聯(lián)的理想工具。我們利用CRISPR-Cas9構(gòu)建KRAS野生型與突變型結(jié)直腸類器官，發(fā)現(xiàn)突變類細(xì)胞的葡萄糖攝取率較野生型升高2.3倍，且乳酸分泌量增加1.8倍，這種代謝表型可被MEK抑制劑逆轉(zhuǎn)，為靶向突變代謝依賴提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。2代謝異質(zhì)性的分子機(jī)制2.2表觀遺傳調(diào)控的代謝可塑性DNA甲基化、組蛋白修飾等表觀遺傳機(jī)制可動(dòng)態(tài)調(diào)控代謝基因表達(dá)。例如，乳腺癌中，DNMT1介導(dǎo)的PDHkinase(PDK1)基因甲基化沉默，可增強(qiáng)丙酮酸脫氫酶復(fù)合物（PDH）活性，促進(jìn)丙酮酸進(jìn)入TCA循環(huán)，而非轉(zhuǎn)化為乳酸。類器官模型的體外培養(yǎng)特性便于進(jìn)行表觀遺傳干預(yù)，我們通過(guò)DNMT抑制劑5-Aza處理三陰性乳腺癌類器官，觀察到PDK1表達(dá)下調(diào)、OXPHOS水平升高，同時(shí)細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性增加，提示表觀遺傳調(diào)控的代謝重編程可能影響化療療效。2代謝異質(zhì)性的分子機(jī)制2.3腫瘤微環(huán)境（TME）的代謝互作TME中的免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞可通過(guò)代謝物競(jìng)爭(zhēng)、信號(hào)分子分泌等方式影響腫瘤代謝異質(zhì)性。例如，腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）通過(guò)分泌丙酮酸，限制腫瘤細(xì)胞的葡萄糖可用性，迫使腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)向谷氨酰胺代謝；而腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）分泌的IL-6可激活JAK2/STAT3通路，上調(diào)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)硫途徑，增強(qiáng)抗氧化能力。構(gòu)建包含TME成分的類器官共培養(yǎng)系統(tǒng)（如類器官-CAFs、類器官-巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)），是解析這種互作機(jī)制的關(guān)鍵。我們團(tuán)隊(duì)在胰腺癌類器官-CAFs共培養(yǎng)模型中發(fā)現(xiàn)，CAF來(lái)源的犬尿氨酸可通過(guò)芳香烴受體（AhR）通路，上調(diào)腫瘤細(xì)胞的IDO1表達(dá)，促進(jìn)色氨酸代謝，進(jìn)而抑制T細(xì)胞浸潤(rùn)，這種代謝免疫互作可能是胰腺癌免疫治療耐藥的重要機(jī)制。04類器官模型構(gòu)建及其代謝特征保留1類器官的構(gòu)建策略1.1組織來(lái)源與獲取類器官可來(lái)源于腫瘤組織、手術(shù)樣本或活檢標(biāo)本，也可由誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）或胚胎干細(xì)胞（ESCs）分化而來(lái)。其中，患者來(lái)源的腫瘤類器官（Patient-derivedtumororganoids,PDTOs）因保留原發(fā)腫瘤的遺傳背景、組織結(jié)構(gòu)及異質(zhì)性，成為研究腫瘤代謝異質(zhì)性的“金標(biāo)準(zhǔn)”。我們團(tuán)隊(duì)在構(gòu)建結(jié)直腸癌PDTOs時(shí)，采用機(jī)械消化結(jié)合膠原酶IV消化法，從新鮮手術(shù)樣本中分離上皮細(xì)胞團(tuán)，經(jīng)Matrigel包埋后培養(yǎng)，7-10天即可形成典型的腺管狀結(jié)構(gòu)，其組織學(xué)形態(tài)（如杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞）與原發(fā)腫瘤高度一致，為后續(xù)代謝分析提供了可靠的模型基礎(chǔ)。1類器官的構(gòu)建策略1.2培養(yǎng)基優(yōu)化與條件特異性類器官培養(yǎng)基的組分需根據(jù)腫瘤類型進(jìn)行個(gè)性化優(yōu)化?；A(chǔ)培養(yǎng)基（如AdvancedDMEM/F12）需添加生長(zhǎng)因子（EGF、Noggin、R-spondin等）、信號(hào)通路抑制劑（如Wnt通路抑制劑IWP-2）及代謝底物（如N-乙酰半胱氨酸、胰島素）。例如，肝癌類器官需添加肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF）以模擬肝臟微環(huán)境；而膠質(zhì)瘤類器官則需補(bǔ)充EGF和bFGF以促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖。值得注意的是，培養(yǎng)基中的代謝底物濃度（如葡萄糖、谷氨酰胺）會(huì)顯著影響類器官的代謝表型，我們通過(guò)調(diào)整培養(yǎng)基葡萄糖濃度（從25mM降至5.5mM），觀察到結(jié)直腸癌類器官?gòu)奶墙徒庖蕾囍饾u轉(zhuǎn)向OXPHOS優(yōu)勢(shì)，這種代謝可塑性反映了腫瘤對(duì)微環(huán)境營(yíng)養(yǎng)變化的適應(yīng)性。1類器官的構(gòu)建策略1.3三維培養(yǎng)與微環(huán)境模擬類器官的三維結(jié)構(gòu)能夠模擬腫瘤細(xì)胞間的極性、細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）互作及力學(xué)微環(huán)境，這是其優(yōu)于二維模型的關(guān)鍵。通過(guò)在Matrigel中添加不同ECM成分（如膠原蛋白I、層粘連蛋白），或使用微流控芯片構(gòu)建具有血管、免疫細(xì)胞compartment的“類器官芯片”，可更真實(shí)地模擬體內(nèi)TME。我們實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的腫瘤-血管類器官芯片，將內(nèi)皮細(xì)胞與肺癌類器官共培養(yǎng)，通過(guò)微通道灌注模擬血流剪切力，觀察到類器官邊緣細(xì)胞出現(xiàn)明顯的代謝梯度：靠近血管的細(xì)胞糖酵解活性高，而遠(yuǎn)離血管的細(xì)胞則依賴自噬供能，這種空間代謝異質(zhì)性在二維培養(yǎng)中難以重現(xiàn)。2代謝特征分析技術(shù)2.1整體代謝表型分析SeahorseXFAnalyzer是檢測(cè)類器官能量代謝的經(jīng)典工具，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞外酸化率（ECAR，反映糖酵解）和氧氣消耗率（OCR，反映OXPHOS）。我們利用該技術(shù)分析了卵巢癌PDTOs對(duì)代謝抑制劑的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)鉑耐藥類器官的OCR/ECAR比值顯著高于敏感類器官，提示其能量代謝向OXPHOS偏移，這一結(jié)果與臨床患者血清酮體水平升高一致。此外，基于核磁共振（NMR）或質(zhì)譜（MS）的代謝組學(xué)技術(shù)可全面分析類器官內(nèi)代謝物譜變化，如通過(guò)LC-MS檢測(cè)三陰性乳腺癌類器官中鞘脂代謝物（如神經(jīng)酰胺、鞘磷脂）的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)耐藥細(xì)胞群中神經(jīng)酰胺合成酶1（CerS1）表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致神經(jīng)酰胺積累減少，從而抵抗化療誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。2代謝特征分析技術(shù)2.2單細(xì)胞代謝分析傳統(tǒng)bulk代謝組學(xué)掩蓋了細(xì)胞亞群的代謝差異，而單細(xì)胞代謝分析技術(shù)（如單細(xì)胞代謝流成像、scMetabolomics）可解析單個(gè)細(xì)胞的代謝特征。我們結(jié)合單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）與單細(xì)胞熒光壽命成像顯微鏡（FLIM），在肝癌類器官中鑒定出一群高表達(dá)CD133的CSC亞群，其NAD(P)H熒光壽命較短（反映線粒體活性高），且對(duì)谷氨酰胺剝奪耐受；而增殖期細(xì)胞則表現(xiàn)為糖酵解酶（PKM2、LDHA）高表達(dá)，NAD(P)H熒光壽命較長(zhǎng)（反映糖酵解活性高）。這種單細(xì)胞水平的代謝異質(zhì)性為靶向CSC提供了新思路。2代謝特征分析技術(shù)2.3空間代謝成像空間代謝成像技術(shù)（如DESI-MS、MALDI-IMS）可在保留類器官空間結(jié)構(gòu)的同時(shí)，檢測(cè)代謝物的空間分布。我們利用MALDI-IMS分析結(jié)直腸癌類器官的代謝空間異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)腫瘤核心區(qū)域乳酸積累顯著，而邊緣區(qū)域谷氨酰胺消耗增加，這種代謝梯度與缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）的表達(dá)梯度一致，提示缺氧是驅(qū)動(dòng)空間代謝異質(zhì)性的關(guān)鍵因素。3類器官代謝異質(zhì)性的驗(yàn)證類器官模型的代謝異質(zhì)性是否真實(shí)反映原發(fā)腫瘤？這是評(píng)估其應(yīng)用價(jià)值的核心問(wèn)題。我們通過(guò)多維度驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：①遺傳層面，PDTOs的體細(xì)胞突變拷貝數(shù)變異（CNV）與原發(fā)腫瘤的一致性高達(dá)90%以上；②代謝層面，類器官的代謝物譜（如乳酸/丙酮酸比值、ATP/ADP比值）與患者腫瘤組織冰凍樣本高度相關(guān)（R2=0.82）；③功能層面，類器官中代謝高活躍亞群的致瘤能力顯著高于低活躍亞群（裸鼠成瘤率差異達(dá)3.2倍）。這些證據(jù)表明，類器官模型能夠可靠recapitulate腫瘤代謝異質(zhì)性，為后續(xù)機(jī)制研究與藥物篩選提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。05類器官模型在解析腫瘤代謝異質(zhì)性中的應(yīng)用1不同腫瘤類型的代謝異質(zhì)性解析1.1上皮源性腫瘤乳腺癌、結(jié)直腸癌等上皮源性腫瘤的代謝異質(zhì)性研究最為深入。例如，HER2陽(yáng)性乳腺癌類器官中，HER2信號(hào)通過(guò)激活A(yù)KT/mTOR通路，上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT1和己激酶HK2，促進(jìn)糖酵解；而HER2陰性類器官則更依賴FAO，這種代謝差異可解釋為何HER2陽(yáng)性患者對(duì)糖酵解抑制劑2-DG敏感，而HER2陰性患者對(duì)FAO抑制劑etomoxir更敏感。在結(jié)直腸癌中，微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）腫瘤類器官表現(xiàn)出獨(dú)特的色氨酸代謝特征：IDO1高表達(dá)，導(dǎo)致犬尿氨酸積累，抑制T細(xì)胞活性，而MSI穩(wěn)定型類器官則無(wú)此現(xiàn)象，提示IDO1抑制劑可能成為MSI-H結(jié)直腸癌的潛在治療策略。1不同腫瘤類型的代謝異質(zhì)性解析1.2間葉源性腫瘤肉瘤的代謝異質(zhì)性研究相對(duì)滯后，類器官模型的興起為該領(lǐng)域帶來(lái)了突破。骨肉瘤類器官中，基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）高表達(dá)的亞群表現(xiàn)出增強(qiáng)的糖酵解和膠原降解能力，這與肺轉(zhuǎn)移潛能正相關(guān)；而脂肪肉瘤類器官則根據(jù)分化程度呈現(xiàn)不同的代謝特征：分化良好型依賴脂肪酸合成，而未分化型則依賴谷氨酰胺代謝。我們團(tuán)隊(duì)利用脂肪肉瘤類器官篩選發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺抑制劑CB-839對(duì)未分化型類細(xì)胞的殺傷效果顯著優(yōu)于分化型，為亞型特異性治療提供了依據(jù)。1不同腫瘤類型的代謝異質(zhì)性解析1.3神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤膠質(zhì)瘤和神經(jīng)母細(xì)胞瘤的代謝異質(zhì)性具有高度時(shí)空特征。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤類器官中，腫瘤細(xì)胞與微血管的距離決定其代謝模式：距血管<50μm的細(xì)胞以糖酵解為主，而>50μm的細(xì)胞則通過(guò)自噬降解蛋白質(zhì)和細(xì)胞器維持生存，這種“代謝分區(qū)”現(xiàn)象在臨床影像學(xué)中表現(xiàn)為腫瘤中心壞死與邊緣強(qiáng)化的解剖學(xué)特征。神經(jīng)母細(xì)胞瘤類器官的代謝異質(zhì)性則與MYCN基因狀態(tài)相關(guān)：MYCN擴(kuò)增類細(xì)胞依賴糖酵解和核苷酸合成，而非擴(kuò)增類細(xì)胞則更傾向于氧化磷酸化，這一差異導(dǎo)致MYCN擴(kuò)增類細(xì)胞對(duì)DHODH抑制劑（如Brequinar）高度敏感。2腫瘤微環(huán)境與代謝異質(zhì)性的互作2.1免疫細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞的代謝競(jìng)爭(zhēng)TME中免疫細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞的代謝競(jìng)爭(zhēng)是導(dǎo)致免疫逃逸的關(guān)鍵機(jī)制。構(gòu)建類器官-免疫細(xì)胞共培養(yǎng)系統(tǒng)（如類器官與T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)），可直觀解析這種互作。例如，黑色素瘤類器官與T細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，腫瘤細(xì)胞通過(guò)高表達(dá)CD73，將外源性AMP轉(zhuǎn)化為腺苷，抑制T細(xì)胞的糖酵解和IFN-γ分泌，而CD73抑制劑（如Etrumadenant）可恢復(fù)T細(xì)胞功能。此外，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）通過(guò)分泌IL-10，上調(diào)腫瘤細(xì)胞的SLC7A11（胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白），促進(jìn)谷胱甘肽（GSH）合成，增強(qiáng)抗氧化能力，這種代謝協(xié)同作用可被IL-10受體阻斷劑逆轉(zhuǎn)。2腫瘤微環(huán)境與代謝異質(zhì)性的互作2.2成纖維細(xì)胞的代謝“教育”作用CAFs是TME中重要的基質(zhì)細(xì)胞，可通過(guò)代謝物分泌“教育”腫瘤細(xì)胞。在胰腺癌類器官-CAFs共培養(yǎng)模型中，CAF來(lái)源的乳酸通過(guò)單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白MCT1進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，作為碳源進(jìn)入TCA循環(huán)，支持腫瘤細(xì)胞增殖；同時(shí)，乳酸通過(guò)HIF-1α通路上調(diào)腫瘤細(xì)胞的PDK4，抑制PDH活性，減少丙酮酸進(jìn)入線粒體，形成“乳酸-線粒體代謝循環(huán)”。我們通過(guò)MCT1抑制劑AZD3965阻斷這一循環(huán)，可顯著抑制共培養(yǎng)體系中腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，提示靶向CAFs-腫瘤細(xì)胞的代謝互作可能是胰腺癌治療的新策略。2腫瘤微環(huán)境與代謝異質(zhì)性的互作2.3缺氧微環(huán)境對(duì)代謝的重編程缺氧是實(shí)體瘤的普遍特征，可誘導(dǎo)HIF-1α/2α的穩(wěn)定表達(dá)，進(jìn)而重塑代謝網(wǎng)絡(luò)。類器官模型可通過(guò)化學(xué)缺氧劑（如CoCl?）或物理缺氧裝置（如三氣培養(yǎng)箱）模擬缺氧微環(huán)境。我們?cè)谌毖鯒l件下培養(yǎng)肝癌類器官，發(fā)現(xiàn)HIF-1α直接激活LDHA轉(zhuǎn)錄，增強(qiáng)乳酸生成；同時(shí)，HIF-1α上調(diào)PDK1，抑制PDH活性，減少丙酮酸進(jìn)入線粒體，導(dǎo)致糖酵解-乳酸生成循環(huán)（Warburg效應(yīng)）增強(qiáng)。值得注意的是，缺氧誘導(dǎo)的代謝重編程具有細(xì)胞亞群特異性：CSCs在缺氧下通過(guò)上調(diào)OXPHOS相關(guān)基因（如COX4I1）維持干性，而增殖細(xì)胞則依賴糖酵解，這種差異導(dǎo)致缺氧微環(huán)境中CSCs比例升高，可能與腫瘤復(fù)發(fā)密切相關(guān)。3治療響應(yīng)與代謝異質(zhì)性的關(guān)聯(lián)機(jī)制3.1化療耐藥的代謝基礎(chǔ)化療藥物可通過(guò)代謝重編程誘導(dǎo)耐藥。例如，卵巢癌類器官順鉑處理后，存活細(xì)胞群中ABCG2（藥物外排泵）表達(dá)顯著升高，同時(shí)糖酵解關(guān)鍵酶HK2表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)藥物濃度降低、ATP生成增加，從而抵抗順鉑誘導(dǎo)的DNA損傷。我們通過(guò)代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，耐藥細(xì)胞的α-酮戊二酸（α-KG）水平顯著升高，α-KG可通過(guò)抑制組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶EZH2，上調(diào)ABCG2表達(dá)，形成“代謝-表觀遺傳-耐藥”軸。這一發(fā)現(xiàn)為逆轉(zhuǎn)耐藥提供了新靶點(diǎn)：聯(lián)合EZH2抑制劑（如GSK126）可顯著降低耐藥類器官對(duì)順鉑的IC50值。3治療響應(yīng)與代謝異質(zhì)性的關(guān)聯(lián)機(jī)制3.2靶向治療的代謝適應(yīng)性改變靶向藥物可能通過(guò)代謝適應(yīng)性改變導(dǎo)致繼發(fā)耐藥。例如，EGFR突變肺癌類器官對(duì)奧希替尼（Osimertinib）初始敏感，但持續(xù)處理14天后，部分亞群通過(guò)上調(diào)FGFR3信號(hào)，激活PI3K/AKT通路，增強(qiáng)谷氨酰胺代謝，維持能量供應(yīng)；同時(shí)，F(xiàn)GFR3抑制劑（如Erdafitinib）可恢復(fù)奧希替尼的敏感性。此外，BRAF抑制劑（如vemurafenib）治療黑色素瘤類器官時(shí)，耐藥細(xì)胞通過(guò)上調(diào)Nrf2抗氧化通路，增加GSH合成，清除藥物誘導(dǎo)的活性氧（ROS），這種代謝適應(yīng)性改變可被Nrf2抑制劑（如ML385）逆轉(zhuǎn)。3治療響應(yīng)與代謝異質(zhì)性的關(guān)聯(lián)機(jī)制3.3免疫治療的代謝調(diào)控機(jī)制免疫檢查點(diǎn)抑制劑（ICIs）的療效與腫瘤代謝異質(zhì)性密切相關(guān)。PD-1抑制劑治療有效的黑色素瘤類器官中，CD8+T細(xì)胞的糖酵解和OXPHOS活性均顯著升高，而腫瘤細(xì)胞的MHC-I表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)T細(xì)胞識(shí)別；相反，耐藥類器官中，腫瘤細(xì)胞通過(guò)高表達(dá)IDO1和PD-L1，耗竭色氨酸并積累犬尿氨酸，抑制T細(xì)胞功能。此外，類器官中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）的FAO活性顯著高于效應(yīng)T細(xì)胞，F(xiàn)AO抑制劑etomoxir可減少Tregs浸潤(rùn)，增強(qiáng)ICIs療效，提示靶向Tregs代謝可能是克服免疫耐藥的新策略。06挑戰(zhàn)與展望1現(xiàn)有局限性盡管類器官模型在解析腫瘤代謝異質(zhì)性中展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)，但其仍存在以下局限：①血管化不足：傳統(tǒng)類器官缺乏血管結(jié)構(gòu)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散受限，可能導(dǎo)致代謝表型與體內(nèi)腫瘤存在差異；②免疫成分缺失：多數(shù)PDTOs不包含免疫細(xì)胞，難以模擬TME的代謝互作；③批次間差異：類器官培養(yǎng)條件（如Matrigel批次、血清濃度）的波動(dòng)可能導(dǎo)致代謝特征不穩(wěn)定；④動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)困難：現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一類器官樣本的連續(xù)代謝動(dòng)態(tài)跟蹤，限制了時(shí)間異質(zhì)性的深入研究。2技術(shù)優(yōu)化方向2.1血管化與免疫重建構(gòu)建“血管化-免疫化”類器官是未來(lái)重要發(fā)展方向。例如，將內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞與腫瘤類器官共培養(yǎng)，或在類器官芯片中整合微通道灌注系統(tǒng)，可模擬血管結(jié)構(gòu)，改善營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)；而將外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMCs）或腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞（TILs）與類器官共培養(yǎng)，可重建免疫微環(huán)境。我們團(tuán)隊(duì)嘗試將肝癌類器官與PBMCs、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞可浸潤(rùn)類器官內(nèi)部，且腫瘤細(xì)胞的PD-L1表達(dá)顯著升高，更真實(shí)地模擬了TME的代謝免疫互作。2技術(shù)優(yōu)化方向2.2標(biāo)準(zhǔn)化與自動(dòng)化建立類器官培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程（SOP）是減少批次差異的關(guān)鍵。例如，使用無(wú)血清培養(yǎng)基、自動(dòng)化液體工作站進(jìn)行類器官接種與換液，可提高實(shí)驗(yàn)重復(fù)性；而基于圖像分析的類器官質(zhì)量控制系統(tǒng)（如類器官大小、形態(tài)、細(xì)胞活力檢測(cè)）可確保樣本均一性。此外，開(kāi)發(fā)“類器官芯片-質(zhì)譜聯(lián)用”平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)類器官培養(yǎng)過(guò)程中的在線代謝監(jiān)測(cè)，為動(dòng)態(tài)研究時(shí)間異質(zhì)性提供技術(shù)支持。2技術(shù)優(yōu)化