【导读】
肝细胞癌（HCC）是全球第六大常见癌症，也是第二大癌症病因。尽管在过去的几年里，有几种治疗中晚期HCC的药物得到了批准，但抗血管生成治疗对HCC患者总体生存期的影响仍然有限。这表明内皮细胞可能在支持肿瘤进展中起着替代的、不依赖灌注的作用。近期，新加坡国立大学Eliza Li Shan Fong教授团队在Biomaterials上发表了题为Hepatocellular carcinoma organoid co-cultures mimic angiocrine crosstalk to generate inflammatory tumor microenvironment的研究新成果。在该工作中，研究人员利用水凝胶系统建立共培养模型，在体外模拟和表征HCC和内皮细胞之间的血管分泌串扰。HCC细胞系或患者来源的异种移植类器官与内皮细胞共培养显示MCP-1、IL-8和CXCL16上调，表明共培养模型中建立的HCC-内皮相互作用再现了已知的血管分泌信号。此外，通过对共培养和单培养物进行RNA测序，转录组分析结果显示肿瘤坏死因子（TNF）信号相关基因，如趋化因子表达上调，表明内皮细胞通过招募免疫细胞诱导HCC细胞产生炎症微环境。最后，在共培养模型中，HCC-内皮血管分泌相互作用使巨噬细胞向促炎症和促血管生成表型分化，与先前在HCC中报道的肿瘤相关巨噬细胞亚群结果一致。
1. HA水凝胶支持HCC -内皮细胞共培养
如图1（A）所示，研究人员在HA水凝胶基质中培养了内皮细胞和肝癌PDX来源的类器官或细胞系，通过RNA测序来表征它们的分泌组以及内皮细胞对肝癌转录组的影响，并且评估了HCC-内皮血管分泌串扰对巨噬细胞极化的影响。研究人员发现在不同的HCC细胞来源中，都可以观察到两个细胞群之间建立了HCC-内皮细胞接触。
图1 产生HCC -内皮细胞共培养
2. 血管分泌因子在HCC-内皮细胞共培养中上调
研究人员建立了直接和间接共培养来确定HCC与内皮细胞之间是否需要直接的细胞-细胞接触来支持血管分泌串扰，并且将HCC或内皮细胞单独培养的共培养和单培养条件培养基置于蛋白质组分析器人类血管生成阵列中，检测一系列血管生成相关蛋白，包括已知的血管分泌因子。结果表明了直接共培养以及相应的细胞-细胞接触在介导HCC和内皮细胞之间的血管分泌串扰中的重要性。
图2 使用抗体阵列评估血管分泌信号
3. 与内皮细胞共培养的肝癌细胞发生整体转录组学变化
为了更好地阐明内皮细胞对肝癌细胞的血管分泌作用，研究人员对Huh7和PDX1共培养物和单培养物进行RNA测序。发现Huh7和PDX1的不同基因组上调或下调，表明在这个共培养模型中建立的血管分泌串扰改变了HCC细胞的基因表达谱。利用KEGG通路数据库，研究人员发现，虽然与趋化因子信号和NOD样受体信号通路相关的基因在Huh7共培养物中上调，但在PDX1共培养物中未上调，但与单一培养物相比，Huh7和PDX1共培养物中都存在普遍激活的信号通路。
图3 联合培养与单一培养HCC细胞的转录组学差异
4. 肝癌内皮细胞共培养中TNF信号通路上调
由于血管分泌与内皮细胞的相互作用可能激活肝癌细胞中的TNF信号通路，研究人员测量了测序后的Huh7和PDX1共培养物中上调的几个基因的转录水平，并且通过RNA测序发现与TNF信号相关的一组基因中，同样的标记物 CXCL1和3在HCC患者中与较差的生存率相关。
图4 共培养与单培养中的TNF信号通路及其与患者预后的相关性
5.HCC-内皮血管分泌串扰使巨噬细胞极化至炎症和促血管生成状态
为了研究HCC-内皮血管分泌相互作用如何影响招募巨噬细胞的极化，研究人员建立了一个三级培养体系，将构建的HCC-内皮水凝胶与M0型巨噬细胞在同一孔中共培养，并检测与炎症和血管生成相关的已知基因的转录水平。结果发现，与HCC单一培养相比，HCC-内皮共培养中CXCL16、VEGFR2、IL8、MCP1、IL1B、TNFA和MMP9转录物上调，表明HCC-内皮共培养使巨噬细胞向促炎症和促血管生成状态极化。这些结果表明HCC和内皮细胞之间的血管分泌相互作用可能会影响HCC的免疫微环境。通过调节TAMs的极化，使其向有利于炎症和血管生成的方向发展。
图5 Huh7共培养或单培养巨噬细胞的基因表达谱
综上所述，研究人员建立了结合内皮细胞的HCC有机共培养模型，以研究血管分泌信号对HCC表型和微环境的影响。结果表明，肝细胞癌中血管分泌信号传导产生了一个可能影响免疫细胞募集和状态的炎症微环境。在阐明血管分泌信号、抗血管生成和免疫检查点抑制联合治疗以促进肝细胞癌患者治疗策略的新兴研究工作背景下，该体外共培养模型可作为了解和靶向血管分泌信号与免疫环境之间相互作用的有用平台。
【原文信息】 DOI: 10.1016/j.biomaterials.2022.121527