斑马鱼模型在肉瘤研究中的应用

软组织和骨肉瘤占所有儿童期癌症的7％。儿童和青少年中最常见的肉瘤是横纹肌肉瘤（RMS）。

它由未分化的肌肉细胞形成，通常出现在头/颈部，泌尿生殖道或四肢。横纹肌肉瘤有两种主要的组织学亚型，胚胎型（ERMS）和肺泡型（ARMS）。

ERMS占所有RMS病例的75％，通常特征在于11p15.5位点或MYOD1，FGFR4以及编码主要RAS GTPases的任何基因的点突变处的11p15.5基因座杂合性丧失。

相比之下，80％的ARMS患者表现出PAX3-FOXO1或PAX7-FOXO1融合基因的过表达。在过去的50年中，RMS治疗在很大程度上保持不变，仅限于局部切除，放射治疗和多药化疗，尽管二代测序和患者分子分型取得了进展，但ERMS患者的5年生存率保持在82％，ARMS患者保持在65％。如稍后所述，斑马鱼RMS模型为我们对这些小儿癌症的病因学的理解做出了重要贡献。

1、融合阴性RMS的斑马鱼模型:

斑马鱼ERMS研究最多的模型是使用rag2启动子驱动组成型活性KRAS（KRASG120）基因的表达而建立的。在该模型中，KRASG120以散在的形式在肌卫星细胞中异常表达（因为非淋巴细胞中rag2启动子片段的异常激活）。这些鱼中近50％会迅速（受精后10-80天）发展出肿瘤。使用人类RMS的临床标记物的RNA原位杂交以及基因集富集分析研究证实，斑马鱼肿瘤的基因组与人类ERMS极为相似。这些研究表明，肌卫星细胞至少是ERMS起源细胞之一。

肿瘤复发是有效治疗ERMS的重大临床挑战。斑马鱼ERMS模型已被用于识别在ERMS发病过程中可能影响肿瘤繁殖细胞（TPC）行为的潜在基因。Tg（rag2：KRASG12D）斑马鱼ERMS驱动因子与先前确定的对肌肉再生和干细胞自我更新很关键的基因共表达，包括rag2-ICN1（斑马鱼胞内激活的NOTCH1），rag2-Vangl2或mylpfa-myf5。重要的是，控制ERMS中TPC的遗传机制在小鼠RMS异种移植的人类细胞以及体外成球试验中均是保守的。因此，ERMS的斑马鱼模型在发现新的，保守的肿瘤复发和ERMS自我更新机制中发挥了作用，现在可以在临床前试验中探索这种机制，以改善患有复发或转移性疾病的儿童的生存率。

斑马鱼Tg（rag2：KRASG120）模型已用作临床前模型，用于测试在ERMS肿瘤生长过程中抑制KRAS信号传导的药物的功效。下游KRAS效应物（如MEK（PD98059）和S6K1（TPCK））的协同药理失活作用，表明对MAPK和AKT途径的双重抑制可能是KRAS驱动的ERMS的有效靶向疗法。

此外，在斑马鱼和人类RMS细胞中，抑制RAS和mTOR通路均会抑制翻译起始，为有生长抑制作用的药物在ERMS中应用提供了机制基础。相似的研究发现，VEGFA抑制剂（西地尼布）可将ERMS肿瘤的生长降低三倍，并降低微血管的密度，这表明VEGFA信号可能通过促血管生成促进ERMS肿瘤的进展。

此外，GSK3（6-溴吲哚宾-3'-肟）和HDAC（曲古抑菌素A或伏立诺他）的抑制剂可阻止ERMS肿瘤的生长。重要的是，所有这些研究都利用了基于人类RMS细胞的模型来揭示药物对细胞生长/增殖，分化和迁移的影响，从而为这些药物的临床疗效突显提供可能性。

2、融合阳性RMS的斑马鱼模型:

近期，通过使用CMV启动子普遍表达人PAX3-FOXO1融合基因的方式建立了一个新的斑马鱼ARMS模型。

与ERMS模型相比，ARMS的起源是未知的。尽管如此，这些研究表明，PAX3-FOXO1人融合癌基因足以将斑马鱼细胞转化为具有独特组织学特征的ARMS肿瘤或CNS-PNETs。PAX3–FOXO1导致转录因子hes3在肌肉细胞中异常表达，从而阻断了肌肉分化标志物的表达。

同样地，人HES3在斑马鱼和肌肉祖细胞中的表达抑制肌生成，而人RMS患者中HES3的表达增加会导致预后不良。因此，这种斑马鱼模型为保守的遗传机制研究（PAX3–FOXO1融合基因介导肿瘤发生）提供了重要的见解。实际上，融合阳性肉瘤研究的一项重要进展是能够使用斑马鱼模型在无需事先了解起源细胞的情况下，快速检测融合癌蛋白的转化潜力。