用類器官為結節(jié)性硬化征建模

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結節(jié)性硬化綜合征（TSC）是一種嚴重的疾病，臨床表現(xiàn)為不同器官的腫瘤，常見的有：皮膚血管纖維瘤，腦部位的腦皮質(zhì)結節(jié)、室管膜下結節(jié)（SEN）和室管膜下巨細胞星形細胞瘤（SEGA），心臟橫紋肌瘤，肺臟淋巴管平滑肌瘤（LAM）以及腎臟血管平滑肌脂肪瘤和腎細胞腫瘤。神經(jīng)病學表現(xiàn)則為癲癇和TSC相關神經(jīng)精神障礙，包括攻擊行為、孤獨癥譜系障礙、智力缺陷和其他精神障礙。

TSC由雜合胚系突變導致TSC1和TSC2基因失活引起，這些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物在正常情況下通過機械靶向作用負性調(diào)節(jié)雷帕霉素復合物1（mTORC1）。因此mTORC1抑制劑常用于治療TSC腦、肺和腎臟腫瘤以及癲癇患者，但并不能治療所有癥狀，而腦部腫瘤如何產(chǎn)生仍不明確。

奧利弗·艾希穆勒（Oliver L.Eichmüller）等人發(fā)現(xiàn)了一類前體細胞，能夠生成皮質(zhì)結節(jié)樣和室管膜下腫瘤樣細胞，讓我們能夠更好地理解TSC的神經(jīng)病學表現(xiàn)。

臨床上TSC患者還有很多問題亟待解決，尤其是復雜的神經(jīng)系統(tǒng)臨床表現(xiàn)。盡管許多神經(jīng)病學表現(xiàn)在出生后很快出現(xiàn)，但其原因仍不明確：是出生前的細胞發(fā)育問題，還是因為如突觸修剪、白質(zhì)成熟和神經(jīng)環(huán)路連接等在出生后的過程出現(xiàn)問題？該領域研究的障礙是如何通過模型再現(xiàn)TSC的腦部畸形和神經(jīng)精神病學特征？許多動物模型同患者的臨床表現(xiàn)存在差異，譬如說動物模型需要其他腫瘤抑制基因失活以再現(xiàn)腫瘤發(fā)生過程，或是在沒有明顯皮質(zhì)結節(jié)存在的情況下產(chǎn)生了癲癇。腦部錯構瘤（包括SEN、SEGA和皮質(zhì)結節(jié)）的發(fā)生機制也不確切。而在幾乎所有的腎臟和肺部腫瘤中幾乎都發(fā)生了二次打擊事件，它使剩余的野生型TSC1或TSC2基因備份失活，其發(fā)生時間往往會更晚一些（見圖）。二次打擊被認為是腫瘤發(fā)生的必要條件，它使mTORC1的活動失去限制。許多SEN和SEGA中能夠檢測到TSC1或TSC2基因遭受到二次打擊，而在皮質(zhì)結節(jié)中則并非如此，因此這類事件是否是病理機制的必要條件并不明確。

TSC一些臨床表現(xiàn)的細胞起源（包括血管平滑肌脂肪瘤、LAM和腦部錯構瘤）界定并不清晰。另一個尚不明確的問題是TSC是否會被性別、免疫滲透、基因修飾、飲食和環(huán)境暴露等因素影響。表型和嚴重性并非嚴格基于基因型——同一家系的TSC患者在臨床表現(xiàn)上也會有很大差異。這些未知因素影響著該疾病基礎研究中疾病模型的優(yōu)化進程。

艾希穆勒等人利用TSC患者的細胞獲得了誘導多能干細胞（iPSC），并分化出不同的神經(jīng)細胞系，以此培養(yǎng)類器官——一種三維的細胞培養(yǎng)物。這種類細胞再現(xiàn)了TSC的兩種臨床表現(xiàn)：與SEN或SEGA相似的增殖損害，以及與皮質(zhì)結節(jié)相似的巨細胞。研究者利用單細胞RNA測序技術鑒定到一種細胞，推測為這兩種損害共同的起源細胞，稱為尾部晚期中間神經(jīng)元祖細胞。CLIP細胞表達低含量的TSC2，因此可以推測其對TSC2的一個等位基因的失活更為敏感。CLIP細胞和周圍增加mTORC1的活性和對腫瘤發(fā)生易感性的祖細胞群在轉(zhuǎn)錄上則是相分離的。研究者認為腦部損害最初由CLIP細胞組成，但其他細胞類型會在疾病進展過程中出現(xiàn)。

CLIP細胞的發(fā)現(xiàn)以及其是皮質(zhì)結節(jié)和室管膜下腫瘤的前體細胞的假說，稱得上是理解TSC神經(jīng)病學表現(xiàn)之路上的重大突破。這些發(fā)現(xiàn)和近期其他人類胚胎干細胞培養(yǎng)成皮質(zhì)球狀體的研究大相徑庭，展示了需要TSC1或TSC2的兩個等位基因失活，才會導致細胞分化的改變以及異型細胞的出現(xiàn)，支持了結節(jié)發(fā)生的二次打擊模型。這提示結節(jié)發(fā)生的機制并不單一，且可能取決于發(fā)育階段，人類iPSC分化得到的腎臟類器官在研究中能夠發(fā)展出血管平滑肌脂肪瘤樣的腫瘤，但需要預先設置TSC2雙等位基因的失活，這證實了二次打擊的必要性。當類器官模型和患者組織病理學研究不斷進展，重要的問題將會是：其他TSC相關的腫瘤是否也存在CLIP細胞樣的特點，包括低含量的TSC蛋白，以及TSC基因的二次打擊是否是腫瘤發(fā)生的必要條件。

結節(jié)性硬化綜合征中的腫瘤發(fā)生過程

結節(jié)性硬化綜合征1（TSC1）和結節(jié)性硬化綜合征2（TSC2）基因的雜合胚系失活性變異會延續(xù)終身，導致不同器官的腫瘤發(fā)生。腦部損害會較早地呈現(xiàn)，其可能由尾部晚期中間神經(jīng)元祖（CLIP）細胞發(fā)展而來；而腎臟和肺部腫瘤的出現(xiàn)則會晚些，發(fā)生在二次打擊后，野生型TSC1或TSC2等位基因變異并失活，而這一過程可能出現(xiàn)在CLIP樣細胞中。

目前仍不明確CLIP細胞是否有可以進行靶向治療的特征。盡管CLIP細胞內(nèi)表達表皮生長因子受體（EGFR），艾希穆勒等人發(fā)現(xiàn)抑制EGFR將會阻止類器官中損害的發(fā)生，而腦內(nèi)其他祖細胞群也會動態(tài)地表達EGFR，但卻對TSC2突變的易感性更低。TSC患者各類皮質(zhì)下腫瘤發(fā)病率存在差異則指向另一個問題：如果TSC2雜合細胞中的CLIP樣狀態(tài)足以誘導所有腦部錯構瘤的發(fā)生，為什么更多的TSC患者罹患SEN而少數(shù)發(fā)展出更大的SEGA腫瘤呢？免疫浸潤——盡管還未在TSC類器官中發(fā)現(xiàn)——或許是這一現(xiàn)象及其他臨床特征發(fā)生的重要調(diào)控因素。類器官模型的進一步優(yōu)化或?qū)⒔獯疬@些問題，讓我們對TSC以及其他罕見的疾病有更深刻的理解。

我們有必要比較一下艾希穆勒等人發(fā)現(xiàn)的細胞類型和近期人類發(fā)育學單細胞研究結果的匹配程度。尤其是細胞條形碼和譜系示蹤技術的新數(shù)據(jù)顯示，腦發(fā)育過程中神經(jīng)細胞系會在不同亞區(qū)域生長發(fā)育，過去認為它們由皮質(zhì)祖細胞或是尾部神經(jīng)節(jié)隆起祖細胞（能夠進一步分化為CLIP細胞）分化而來，實際上二者卻能夠單從皮質(zhì)祖細胞分化而來。如果發(fā)育中CLIP樣狀態(tài)能在多個細胞系中同時出現(xiàn)，那么就需要重新思考TSC腫瘤發(fā)生的地點和方式。

資料來源Science