在患者来源模型中寻找共同依赖
2021 年 10 月 7 日，Oncogene 发表香港中文大学（The Chinese University of Hong Kong）、加拿大 Princess Margaret Cancer Centre 及多伦多大学（University of Toronto）团队的研究。作者先在结肠癌患者来源球状体中寻找维持细胞生长的基因，再用药物和其他模型验证相关通路。
研究关注富集肿瘤干细胞特征的细胞群。这些球状体保留自我更新和成瘤能力，能够提供与常规贴壁细胞不同的药物反应背景。
2 种球状体筛出 44 个共同必需基因
初始筛选使用 POP92 和 POP66 这 2 种患者来源球状体，覆盖 657 个 DrugBank 相关靶点和 317 个表观遗传调控基因。基因功能丧失后，相应细胞在模型中减少，研究据此识别维持生长所依赖的基因。
在论文规定的统计条件下，2 种模型分别筛出 121 个和 59 个必需基因，其中 44 个共同出现。结合药物—基因相互作用数据库后，作者将其中 23 个归为潜在可被药物干预的靶点。
胆固醇合成通路在共同基因中突出，HMGCR、FDPS 和 GGPS1 均被识别为重要依赖。HMGCR 位于甲羟戊酸途径上游，FDPS 参与产生后续中间代谢物，为研究选择已有药物可作用的节点提供线索。
肿瘤组织与球状体的胆固醇合成特征
团队比较 10 对结肠肿瘤和配对非肿瘤组织，观察到多种胆固醇合成酶在肿瘤中表达较高。在球状体与其二维分化细胞的比较中，球状体同时具有较高的干细胞相关标志、通路基因表达及细胞内胆固醇含量。
另一个包含 21 个结肠肿瘤的组织分析显示，多种合成酶与肠道干细胞标志 EphB2 的蛋白表达正相关。
药物作用与基因干预结果相互验证
作者在另外的球状体模型中验证 HMGCR 和 FDPS。降低这 2 个基因的功能后，细胞活力、球体形成和自我更新能力下降，凋亡增加；对应的球状体来源移植瘤生长也受到抑制。
药物验证使用作用于 HMGCR 的洛伐他汀，以及作用于 FDPS 的唑来膦酸。两者对球状体的活力、凋亡和球体形成产生相应影响。
研究还补充不同下游代谢物进行功能恢复比较。胆固醇和香叶基香叶基二磷酸（geranylgeranyl diphosphate，GGPP）能够恢复部分被抑制的生长，而法呢基焦磷酸（farnesyl pyrophosphate，FPP）没有同样作用。作者据此提出，胆固醇供应和 GGPP 参与的蛋白质异戊二烯化，可能分别影响这类细胞的自我更新。
转录组和功能实验指向 TGF-β 信号
在 POP92 中，HMGCR 或 FDPS 功能丧失分别引起 3570 个和 3156 个差异表达基因，其中 1803 个共同改变。分析涉及多个代谢过程，作者进一步围绕 TGF-β 信号及分化抑制蛋白 ID 展开验证。
蛋白结果显示，通路阻断后 SMAD2/3 磷酸化增加，ID1 减少，提示 TGF-β 信号增强。加入胆固醇后，这些变化部分逆转。
激活 TGF-β 信号抑制球状体生长和形成，抑制其受体信号则出现相反变化，并能恢复部分靶点干预后的功能。作者由此提出，胆固醇合成通过影响 TGF-β—ID 轴参与维持球状体的自我更新。
在 3 个患者来源类器官模型中检验药物联用效果
POP92 和 POP66 对常规化疗药的反应较弱，因此团队进一步比较胆固醇合成抑制剂与 5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）的联用效果。球状体中的药物联用指数（combination index，CI）小于 1，符合本文所用方法对协同作用的定义，两药联用也进一步降低球体形成频率。
随后，研究在 3 个患者来源结肠肿瘤类器官中比较相同策略。胆固醇合成抑制剂增强 5-FU 的作用；PDO 828 的显微图像和组织染色显示，两药联用后的类器官形成及结构受到更明显影响。
POP92 来源移植瘤中，较低剂量的洛伐他汀或 5-FU 单独处理只轻度抑制生长，而两药联用时生长抑制更明显。
团队还检查了对 5-FU 耐受的 HCT15/FU 和 SW620/FU 细胞。洛伐他汀和唑来膦酸均降低了这 2 个模型的细胞活力，补充了患者来源球状体之外的药物反应证据。
正常结肠细胞敏感性与小鼠体重观察
正常结肠上皮细胞系 NCM460 对洛伐他汀和唑来膦酸的敏感性较低；在小鼠实验中，两药处理未显著改变体重。作者据此讨论了候选策略的初步选择性和耐受性。