“少年杀手”

【背景】

成骨肿瘤（osteogenic tumor）是骨组织最常见的原发性肿瘤，包括良性骨形成肿瘤、骨瘤、成骨细胞瘤和恶性肿瘤（又称为成骨源性肉瘤或骨肉瘤）。骨肉瘤主要在儿童和青少年人群中高发，老年人位列第二发病率高峰。由于传统化疗生存效益不理想，因此预后较差，当前迫切需要更多针对性和个性化的治疗骨肉瘤的方法。

越来越多证据表明，小鼠模型可以概括人类骨肉瘤的基本方面，并提供靶向治疗目标。利用转基因小鼠或基因敲除小鼠模拟人类癌症已经被证明可以显著地加深我们对肿瘤形成的确切细胞来源以及信号通路的理解。

以往的研究表明，p53和/或Rb基因突变以及其他成员参与鼠模型和人类骨肉瘤患者起源，破坏间充质祖细胞（Prx1-cre）、成骨细胞前体细胞（Osx-Cre）和成骨细胞定向细胞（Col1a1-Cre和OCN-Cre）的p53/Rb，可以导致骨肉瘤，间接证明间充质起源和成骨谱系细胞对成骨肿瘤的形成负责，另外，定向成骨细胞（Col1a1-Cre）的NOTCH激活足以诱导骨肉瘤说明定向成骨细胞可能是成骨肿瘤的一个潜在来源。然而，对不同亚型的基因突变的确切细胞起源仍有待描述。

LKB1，由Stk11编码，主要通过mTORC1途径控制关联能量动态平衡和细胞生长的丝氨酸/苏氨酸激酶。缺失LKB1可引起增生和肿瘤。LKB1失活的癌症往往表现出侵袭性，对治疗的敏感性与LKB1未失活的癌症不同。LKB1可能与骨癌有关。最近的一项研究表明，41%骨肉瘤患者LKB1蛋白表达下降，大多数患者的mTORC1激活。虽然认为LKB1丢失与成骨肿瘤有关，但相关的细胞类型和潜在途径尚不清楚。

组织蛋白酶K（Cathepsin K，Ctsk）是一种由破骨细胞分泌的半胱氨酸蛋白酶，对骨吸收过程中的基质胶原的降解至关重要。Ctsk启动子仅对破骨细胞有活性，Ctsk-Cre小鼠被广泛用于破骨细胞功能研究，最近一项研究指出，当删除Ctsk-Cre细胞的Ptpn11，Ctsk-Cre可以是软骨细胞祖细胞，通过激活Hedgehog信号导致混合性软骨瘤病。删除软骨细胞Lkb1（Col2a1-Cre）导致骨骼生长板显著破坏以及软骨肿瘤形成，Ctsk-Cre细胞的Lkb1缺失可导致软骨肿瘤。

【方法和结果】

有趣的是，新研究发现，Ctsk-Cre细胞的Lkb1缺失导致了成骨源性肿瘤样表型，而并非软骨肿瘤。谱系追踪表明，Ctsk-Cre可标记为骨膜源性细胞群，根据标志和功能特性可定义为间充质祖细胞，换句话说，Ctsk-Cre细胞可以作为软骨肿瘤和成骨肿瘤在不同信号调节作用下的祖细胞。其中，mTORC1抑制剂具有治疗骨肉瘤的潜力。

这项研究发现了成骨肿瘤的一个新细胞起源，并指出Lkb1在原发性骨肿瘤中充当肿瘤抑制因子的角色，从而提高了我们对两种细胞的认识。成果发表在《The Journal of Clinical Investigation》（最新影响因子13.251），题为“Lkb1 deletion in periosteal mesenchymal progenitors induces osteogenic tumors through mTORC1 activation”。

Ctsk-Cre细胞的Lkb1缺陷可引起成骨肿瘤样肿瘤表型

为了调查Lkb1在Ctsk-Cre细胞中的作用，研究人员分别构建了Ctsk-Cre小鼠和Ctsk-CKO小鼠，缺乏Lkb1的软骨细胞系（Col2a1-Cre）。由于Ctsk-Cre细胞被认为是间软骨瘤（metachondroma）的来源，推测缺乏Lkb1的Ctsk⁺细胞会导致软骨癌。然而，令人惊奇的是，Ctsk-CKO小鼠并未表现出软骨癌，反而呈现出一种特殊的骨骼表型。KO鼠在13周龄以前表现为过度生长，13周后体重下降。85%的KO鼠死于30周龄前。

Ctsk⁺细胞缺乏Lkb1，致密骨肿瘤样聚集，与细胞周期有关的基因（包括Ccnd1、Cdkn1a、Cdkn2a和Cdkn2b）显著增加，Ctsk-CKO小鼠骨肉瘤原癌基因Mdm2和Notch靶向基因Hey1表达升高，它们在骨肉瘤患者和小鼠模型中同样频繁上调。相反，Rb和Bub3等抑癌基因表达下调（图1）。

图1. Ctsk-Cre细胞的Lkb1缺陷可引起成骨肿瘤样肿瘤表型

之后，研究人员将Ctsk-CKO小鼠与对照小鼠（Ctsk-Ctrl）进行比较，定量微量 X射线断层扫描和RT-qPCR结果表明，致密骨厚度和异位骨形成增加，但骨体积和组织体积百分比下降，前成骨细胞标记Alp和Col1a1特异性增加，Ctsk-CKO小鼠骨形成激活，根据观察到的成骨细胞活性增加，肿瘤主要由成骨细胞组成（图2）。

图2. 敲除Ctsk-Cre细胞的Lkb1导致骨形成增加