10.4.6 脑肿瘤
除了上述围绕神经发育或退行病变的模拟，脑类器官还被应用于模拟和研究脑肿瘤发生、发展和治疗手段等方面的研究。目前，研究人员已基于脑肿瘤样本或基因编辑策略构建了胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）、髓母细胞瘤（medulloblastoma，MB）、原始神经外胚层肿瘤（primitive neuroectodermal tumors，PNET）、非典型畸胎样横纹肌样瘤（atypical teratoid rhabdoid tumors，ATRT）等恶性肿瘤类器官模型。
1.胶质母细胞瘤（GBM）
胶质母细胞瘤是临床最常见、侵袭性最强的原发性恶性脑肿瘤。由于其恶性程度高、异质性强，目前治疗手段有限，患者平均存活时间低于18个月。为了研究其发病机制和治疗手段，亟须能更好地模拟其病理特征的模型。GBM类器官模型的出现很好地弥补了肿瘤细胞系、转基因动物和患者源异种移植（patient-derived tumor xenograft，PDX）等模型各自的不足之处。GBM类器官可通过将从患者肿瘤样本中分离的胶质瘤干细胞（glioma stem cells，GSCs）包埋入基质胶中进行3D培养［143］而构建。基于此方法培养的GBM类器官可保存肿瘤细胞的异质性，而且还能体现体内肿瘤组织中的低氧梯度。除了分离培养GSCs，也可将肿瘤样本切成小块后直接进行悬浮培养从而构建GBM类器官［144，145］。总体来看，GBM类器官可准确再现原发肿瘤的组织病理学特征、细胞异质性、基因表达和突变特征，因而为建立患者来源的GBM肿瘤样本库和后续的个体化精准医疗提供了方法学基础［144，145］。此外，通过将荧光标记的患者来源GSCs与正常的脑类器官进行3D共培养，也能维持原发肿瘤的遗传变异特征，并可在体外模拟GBM在正常脑组织中的侵袭和增殖［146］。另一方面，以正常脑类器官起始，研究人员还可通过基因编辑手段在脑类器官中引入原癌基因或抑癌基因突变，从而建立基于精确基因操作的不同类型脑肿瘤类器官［147］。在另一项类似的研究里，研究人员也通过基因编辑在脑类器官中敲除抑癌基因TP53，同时激活原癌基因HRasG12V的表达，从而成功在脑类器官中诱发了GBM的产生［148］。
2.髓母细胞瘤（MB）
髓母细胞瘤是恶性程度最高的脑肿瘤之一，主要发生在婴幼儿和儿童时期，生长极其迅速，手术不易清除。MB主要发病于小脑，并容易通过脑脊液转移。按照其分子特征，MB可以分为4个亚型：WNT、SH H、Group3（常见MYC过度表达）和Group4［149］，提示其发病分子机制多样。应用基因编辑的脑类器官，研究人员成功模拟了Group3亚型的MB发生过程，并验证了OTX2和MYC是诱发Group3亚型MB的原癌基因［150］。其构建方案主要是通过病毒载体在定向分化为小脑类器官中引入OTX2和MYC的过表达，以此建立的类器官具有与Group3亚型MB相近的特征，包括转录组和DNA甲基化模式等［150］。此外，通过对肿瘤样本的分析，研究人员发现OTX/MYC肿瘤中通常伴随着SMARCA4基因突变。而在由OTX/MYC诱发的MB类器官模型中引入SMARCA4失活突变可抑制肿瘤增长，为MB的临床治疗提供了新的思路［150］。(https://www.daowen.com)
3.原始神经外胚层肿瘤（PNET）
原始神经外胚层肿瘤是一种较罕见的高度恶性的神经系统肿瘤，常发生于婴幼儿大脑，生长迅速，并易通过脑脊液转移。PNET主要来源于干性较高的原始神经上皮细胞，组织形态学与MB相似，肿瘤组织内富含未分化的恶性小圆细胞。研究人员通过在脑类器官中的神经上皮细胞高表达原癌基因MYC，成功建立了PNET类器官模型［147］。此肿瘤类器官可以很好地模拟体内PNET的组织病理特征、转录特征［147］，为应用基因编辑和脑类器官体外模拟和研究PNET的发生、发展和治疗提供了新的研究平台。
4.非典型畸胎样/横纹肌样瘤（AT/RT）
非典型畸胎样/横纹肌样瘤是一种罕见的、高度恶性的神经系统肿瘤，是低龄儿童中最常见的脑肿瘤之一。此类肿瘤细胞形态学独特，包含有横纹肌样细胞。研究发现AT/RT发病主要是由于22号染色体上的SMARCB1基因突变。SMARCB1基因编码染色质重塑复合物SWI/SNF的一个亚基，而SMARCB1失活突变则破坏了SWI/SNF复合物介导的核小体重塑活性和DNA可及性［151］，从而引起细胞转录组改变，诱发细胞癌变。最近的一项在脑类器官中可诱导敲低SMARCB1的研究发现，在不同发育阶段，或在不同细胞类型中敲低SMARCB1会导致不同的细胞命运变化，而SMARCB1敲低的神经前体细胞的转录组特征与AT/RT相似［152］。此项研究揭示SWI/SNF复合物在神经发育不同阶段发挥不同作用，若在神经干细胞中缺失SMARCB1则可激发肿瘤发生，提示神经干细胞是AT/RT发生的细胞来源［152］。
综上所述，无论是直接应用肿瘤细胞或组织开展3D培养，或是应用基因编辑等操作引入肿瘤突变，均可建立肿瘤类器官，并很好地模拟相应亚型的脑肿瘤特征。这些体外模型将为我们深入探究遗传异常如何诱发不同类型脑肿瘤提供新的工具。另外，肿瘤类器官还将对肿瘤治疗方案的研究提供帮助，比如靶向药物治疗［147］、免疫治疗［144，145］、基因治疗［150］、溶瘤病毒［153］等方面的治疗效果，目前均已在脑肿瘤类器官中得到了实验验证。