上海交大諸江組報導人骨肉瘤肺轉移新機制

責編丨迦漵

骨肉瘤（osteosarcoma）是最常見的原發性惡性骨腫瘤，好發於10-20歲兒童以及青少年，由能產生不成熟骨或者類骨質的惡性成骨細胞組成。自大劑量聯合化療引入骨肉瘤的綜合治療方案以來，尤其是隨著新輔助化療在骨肉瘤治療中得到廣泛應用，骨肉瘤的治療效果有了顯著的提高，患者的5年生存率已達到60%-70%【1】 。然而，在過去的三十年裡，伴有轉移或者複發的骨肉瘤病人生存期一直沒有改變，仍有相當一部分患者在接受標準治療後，最終還是發生了無法控制的肺轉移，導致骨肉瘤治療遭遇了一直無法突破的瓶頸，究其根本原因，關鍵在於我們對骨肉瘤肺轉移的細胞起源、發生機理和生物學特徵缺乏足夠的認識，而對於這些骨肉瘤肺轉移的高危患者，探索新的致病機理以及開發新的治療藥物和方法是迫在眉睫【2】 。

近日，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院／上海血液學研究所諸江課題組在Cell雜誌子刊Cell Reports發表了題為Adaptive Fibrogenic Reprogramming of Osteosarcoma Stem Cells Promotes Metastatic Growth的研究論著。該研究揭示了骨肉瘤乾細胞的適應性纖維化重編程促進骨肉瘤肺轉移生長的新機制，以及纖維化抑製劑能夠特異性阻滯骨肉瘤乾細胞纖維化重編程，進而抑製骨肉瘤肺轉移的惡性進展。

某些組織器官一旦發生疾病相關性的損傷，機體能夠觸發細胞和分子反應，這種反應如果存在積累則會導致纖維化的產生。纖維化的特徵就是由膠原和纖維原等細胞外基質過度的積累在當這些產生炎症和損傷後的重要臟器，最終不斷進展成永久性瘢痕形成和器官功能喪失。很多炎症性疾病常會累及重要臟器的纖維化，如：肺纖維化、肝纖維化和腎纖維化等【3】。炎症會累及重要臟器的纖維化，也會導致細胞的癌變，如：肝纖維化和肝癌的發生密切關聯。原位腫瘤細胞會分泌因子招募炎性細胞，局部分泌炎性因子的同時刺激效應細胞分泌纖維原等蛋白，為腫瘤細胞的遠端定植創造環境，與纖維化進行類比，過程非常相似。腫瘤微環境的纖維化重塑有利於腫瘤發生，但纖維化是否以其他方式影響惡性進展尚不清楚【4】。

在這項研究中，研究人員採取3種實驗模型進行研究，首先體外建立能夠進行乾性（stemness）富集的骨肉瘤細胞sphere形成模型，接著在體內骨肉瘤細胞小鼠原位肺轉移模型中進行類比，最後分別對收集的骨肉瘤病人初發原位標本和手術後發生肺轉移的標本，進行臨床研究模型的驗證。

該研究首先利用表達譜晶元比較骨肉瘤細胞monolayer（單層培養）和sphere（成球培養）的表達譜差異基因，發現sphere存在膠原、整合素等細胞外基質分泌的功能性基因高表達，這符合纖維化的特徵性變化，具有獨特的適應性纖維化重編程效應（adaptive fibrogenic reprogramming）。進一步，通過建立骨肉瘤細胞原位肺轉移小鼠模型，在體內模擬人骨肉瘤肺轉移過程中定植和微小轉移灶形成的動態過程。

通過一系列的病理組化和免疫熒光實驗證實，纖維化標誌物在SSEA-4+骨肉瘤乾細胞（osteosarcoma stem cells，OSC）高表達。隨後將小鼠模型中原位灶和轉移灶的骨肉瘤細胞進行表達譜分析，結果也顯示肺轉移灶中OSC高表達纖維化特徵性標誌物。最後，在收集的一系列臨床骨肉瘤初發原位標本和肺轉移標本，通過免疫組化也證實，骨肉瘤病人肺轉移灶中的OSC也具有適應性纖維化重編程的特徵。

該研究充分證實骨肉瘤乾細胞具有獨特的適應性纖維化重編程，這種特徵雖然不促進原發病灶或單層培養物中的生長，但在建立肺轉移和體外球體生長方面卻賦予其定植和生長優勢。機制上，研究人員利用CRISPR-dcas9和多因子篩選等技術證實OSC的FGFR2信號傳導啟動這種纖維化，而自分泌所產生的纖維連接蛋白（FN）沉積維持纖維化重編程和OSC生長。通過在體外對骨肉瘤細胞分別進行可誘導敲低纖維連接蛋白(FN)或者對FN過表達，結果顯示FN是OSC產生適應性纖維化重編程效應的關鍵分子，同時在sphere不同時間點添加外源性FN，不能促進反而抑製sphere形成，表明骨肉瘤細胞自分泌FN促進適應性纖維化重編程效應形成。在體內，敲低FN顯著抑製小鼠骨肉瘤肺轉移，而這種抑製是通過抑製適應性纖維化重編程效應產生。最後，研究人員創新性尋找到纖維化抑製劑Nintedanib能夠靶向OSC的FGFR-FN軸以破壞肺轉移而不影響骨原位生長的證據。將Nintedanib分別處理骨肉瘤細胞，能夠抑製適應性纖維化重編程效應和下遊信號通路的活化，並能強有力的抑製體外sphere形成（下圖），同時體內用藥處理後，對小鼠肺轉移治療效果也很明顯。因此，骨肉瘤肺轉移灶中OSC的可誘導的纖維化重編程可能作為用於治療骨肉瘤肺轉移惡性進展的關鍵特徵。

據悉，瑞金醫院血研所諸江研究員為文章的通訊作者，助理研究員張武（兼共同通訊作者）和博士生趙俊梅為文章的共同第一作者。

參考文獻

1. Mackall CL, Meltzer PS, Helman LJ. Focus on sarcomas. Cancer cell 2002; 2(3): 175-8.

2. Gorlick R, Khanna C. Osteosarcoma. Journal of bone and mineral research : the official journal of the American Society for Bone and Mineral Research 2010; 25(4): 683-91.

3. Rockey DC, Bell PD, Hill JA. Fibrosis--a common pathway to organ injury and failure. The New England journal of medicine 2015; 372(12): 1138-49.

4. Quail DF, Joyce JA. Microenvironmental regulation of tumor progression and metastasis. Nature medicine 2013; 19(11): 1423-37.

5. Zhang W, Ding ML, Zhang JN, et al. mTORC1 maintains the tumorigenicity of SSEA-4(+) high-grade osteosarcoma. Scientific reports 2015; 5: 9604.

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