郑撼球团队合作揭示淋巴毒素-β协助癌症骨转移的定植和溶骨性生长
骨转移是乳腺癌常见并发症，超过70%患者会发生骨转移【1】。骨转移仍然是乳腺癌治疗的重要挑战，并通常在初始治疗多年后出现。骨转移研究的一个重要问题是肿瘤细胞如何在骨微环境中生存和增殖，如何从“休眠”状态转变为“活跃”溶骨性骨转移状态【2】。这个过程涉及肿瘤细胞与骨基质细胞之间复杂相互作用，由尚未完全理解的复杂信号通路介导【3】。基于体外基因表达分析和候选基因验证的研究已经鉴定了一些促进骨转移的基因【4-6】。然而，体外培养的肿瘤细胞与体内骨微环境中的肿瘤细胞在基因表达上可能存在巨大差异。因此，之前的研究可能遗漏了一些关键的骨转移基因。在骨微环境中成功定植的肿瘤细胞数量非常有限，这些稀有肿瘤细胞在其原位状态下的转录组特征尚未被研究。
2024年8月15日，清华大学基础医学院、分子肿瘤学全国重点实验室（清华）郑撼球团队和青岛大学附属医院岳斌团队合作在Nature Cell Biology期刊上发表了题为Lymphotoxin-β promotes breast cancer bone metastasis colonization and osteolytic outgrowth的研究论文。杂志编辑部也将为该论文配发Research briefing的亮点文章推荐。在本项研究中，研究人员通过对骨转移早期定植肿瘤细胞的单细胞RNA-Seq分析及体内筛选，鉴定了淋巴毒素-β（Lymphotoxin-β，LTβ）在促进乳腺癌骨转移定植和进展的关键作用。
为探究骨转移早期定植阶段稀有肿瘤细胞在其原位状态下的特征，研究人员使用单细胞测序技术（single cell RNA sequencing，scRNA-Seq）分析了小鼠骨转移模型不同阶段肿瘤细胞的转录组特征。随后，构建了骨转移肿瘤细胞高表达的包含膜蛋白和分泌蛋白的小型cDNA过表达文库，并进行了体内骨转移实验的筛选。结果表明，LTβ不仅是促进转移定植的关键因素，还促进溶骨性骨转移的进展。
在乳腺癌患者中，LTβ高表达与骨转移发生成正相关。单细胞测序分析显示，骨微环境肿瘤细胞中LTβ的表达显著高于体外培养或者原位状态下肿瘤细胞内LTβ的表达。并且这种高表达可能是由于成骨细胞分泌的RANKL所诱导。在多种模型中证实，阻断LTβ显示降低骨转移。特别是在很多之前报道的骨转移休眠细胞的模型上，LTβ的表达激活了这些休眠肿瘤细胞，促进癌细胞的骨组织定植，并帮助形成晚期溶骨性骨转移病灶。
在机制上，当肿瘤细胞到达骨微环境时，骨微环境中的RANKL （核因子κB受体活化因子配体）诱导肿瘤细胞LTβ的表达。LTβ与成骨细胞表面的LTβ受体（LTβR）结合，一方面介导肿瘤细胞在骨微环境的定植，另一方面刺激成骨细胞内NF-κB2信号通路激活，进而诱导趋化因子（CCL2和CCL5）的产生。CCL2和CCL5通过反馈招募巨噬细胞并增强破骨细胞分化。这些作用有助于肿瘤细胞骨组织的定植，休眠肿瘤细胞重新激活，以及溶骨性骨转移的进展。
清华大学基础医学院、分子肿瘤学全国重点实验室（清华）、山西医科大学-清华大学医学院前沿医学协同创新中心的郑撼球副教授是论文通讯作者（Lead-corresponding author），青岛大学附属医院岳斌教授是论文的共同通讯作者（Co-corresponding author）。郑撼球实验室博士后王旭祥、已毕业PTN博士生张腾江及青岛大学附属医院郑炳鑫医师为本文的共同第一作者。清华大学生命科学学院王建斌副教授、清华大学基础医学院、分子肿瘤学全国重点实验室（清华）蓝勋副教授、潘登副教授、傅阳心教授团队为该研究提供了数据分析、技术指导和关键试剂等帮助。该研究得到了清华大学实验动物中心、清华大学蛋白质研究技术中心的大力支持，以及国家重点研发计划、国家自然科学基金、清华-北大生命科学联合中心（优秀博士后基金）和清华大学自主科研计划经费支持。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41556-024-01478-9
参考文献：
1. Esposito, M., Guise, T. & Kang, Y. The biology of bone metastasis. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 8, a031252. (2018).
2. Sosa, M. S., Bragado, P. & Aguirre-Ghiso, J. A. Mechanisms of disseminated cancer cell dor-mancy: an awakening field. Nat. Rev. Cancer 14, 611-622 (2014).
3. Satcher, R. L. & Zhang, X. H. Evolving can-cer-niche interactions and therapeutic targets during bone metastasis. Nat. Rev. Cancer 22, 85-101 (2022).
4. Kang, Y. et al. A multigenic program mediating breast cancer metastasis to bone. Cancer Cell 3, 537-549 (2003).
5. Wang, H. et al. The osteogenic niche promotes early-stage bone colonization of disseminated breast cancer cells. Cancer Cell 27, 193-210 (2015).
6. Lu, X. et al. VCAM-1 promotes osteolytic expan-sion of indolent bone micrometastasis of breast cancer by engaging alpha4beta1-positive osteo-clast progenitors. Cancer Cell 20, 701-714 (2011)
