摘要：肺泡横纹肌肉瘤（ARMS）是一种高度侵袭性、易转移的软组织肿瘤，主要影响儿童和青少年。尽管与胚胎型横纹肌肉瘤（ERMS）相比，ARMS的突变负荷较低，但其临床预后较差，肿瘤易复发且耐药性强，现有治疗方法效果有限【1】。ARMS的发生与特定的基因融合事件密切相关

撰文 | 阿童木

肺泡横纹肌肉瘤（ARMS）是一种高度侵袭性、易转移的软组织肿瘤，主要影响儿童和青少年。尽管与胚胎型横纹肌肉瘤（ERMS）相比，ARMS的突变负荷较低，但其临床预后较差，肿瘤易复发且耐药性强，现有治疗方法效果有限【1】。ARMS的发生与特定的基因融合事件密切相关，尤其是PAX3-FOXO1和PAX7-FOXO1融合蛋白被认为是关键的致癌驱动因子【2】。然而，由于缺乏直接针对这些融合蛋白的有效抑制方法，ARMS 的治疗依然面临巨大挑战。

在探索 ARMS 的分子机制和开发精准治疗策略时，临床前研究中合适的动物模型显得尤为重要。然而，长期以来，科学家们一直未能建立一种能在生理发育关键阶段精确表达 PAX 融合蛋白的动物模型，这大大限制了对 ARMS 致癌机制的深入理解和新疗法的验证。因此，开发能够真实再现融合阳性 ARMS 发生与进展的实验模型，不仅有助于揭示 PAX3/7-FOXO1 如何驱动基因组和表观遗传的重编程，还能为设计靶向治疗提供全新思路。

近年来，研究发现 tRNA 修饰、蛋白翻译调控以及线粒体代谢的动态变化在多种肿瘤中扮演了重要角色，可能影响肿瘤的增殖、分化及对外界环境的适应能力【3,4】。然而，对于这些生物过程在 ARMS 中的具体表现及其对肿瘤形成的潜在贡献，相关研究仍显不足。因此，系统分析 ARMS 细胞中的翻译调控网络和代谢重编程，不仅有望为揭示其致癌机制提供新的视角，还可能挖掘出潜在的治疗靶点。

近日，纽约大学医学院Brian David Dynlacht、Bhargab Kalita以及圣裘德儿童研究医院Elizabeth Stewart等合作在

为了探究 ARMS 肿瘤是否与特定发育阶段的肌源性细胞相似，作者将PAX融合阳性ARMS患者及原位 PDX（O-PDX）模型的转录组数据与不同肌肉谱系的转录组进行了对比。结果显示，ARMS 肿瘤细胞的基因表达模式与 PAX7⁺ 骨骼肌祖细胞高度相似，暗示其可能停滞于肌肉发育的某一特定阶段。基于这一发现，团队构建了 iPSC-MPPAX3/7−FOXO1 模型，发现融合蛋白能诱导细胞异常增殖、形成肿瘤球，并激活与 ARMS 相关的肿瘤基因表达特征。通过 RNA-seq 分析，作者进一步发现PAX3/7-FOXO1 能广泛调控基因表达，影响 HOX 家族、FOXM1、FGFR4 和 PPARGC1A 等关键致癌因子的表达，凸显了融合蛋白在 ARMS 发生中的核心作用。

随后，研究者利用 CUT&RUN、HiC 和 RNA-seq 技术，深入分析了 PAX3/7-FOXO1 在 iPSC-MP 细胞中的基因组结合特性。结果表明，PAX7-FOXO1 的结合位点数量远超 PAX3-FOXO1，且两者在超级增强子和增强子区域的占据模式存在显著差异。PAX3-FOXO1 更倾向于诱导强大的超级增强子（SE）组装，而 PAX7-FOXO1 则广泛占据增强子区域。HiC 和 pCHiC 分析进一步显示，PAX7-FOXO1 通过远程启动子-增强子相互作用调控基因表达，增强染色质重塑和转录激活。

在比较 PAX7-FOXO1 和 PAX7 的基因调控机制时，研究发现 PAX7-FOXO1 通过特异性的启动子-增强子相互作用，占据并调控部分 PAX7 结合的增强子，显著提升肌生成调控因子的表达，并通过重编程 MYOD1 促进肿瘤生长。此外，通过分析 PAX3/7-FOXO1 的结合位点和染色质互作数据，研究者发现，即便在缺乏已知致癌突变的 ARMS 肿瘤中，PAX3-FOXO1 和 PAX7-FOXO1 仍能通过启动子-增强子相互作用激活多个癌基因及肌肉特异性基因，从而维持肿瘤细胞的高增殖状态并驱动异常的肌肉特异性转录程序。因此，PAX3-FOXO1 和 PAX7-FOXO1 通过重塑染色质结构，不仅维持了前体细胞的增殖状态，还在低突变负荷下推动异常生长和肌肉特异性转录程序的表达，在肿瘤发生中起到至关重要的作用。

进一步通过 HiC 分析，研究发现 PAX3/7-FOXO1 融合蛋白能重塑染色质的高级结构，导致约 15% 的染色质区室发生转换，并改变关键致癌基因（如 MYCN）所在 TAD 的边界，从而增强 MYCN 的表达。研究还显示，PAX7-FOXO1 通过远程启动子-增强子相互作用激活 MYCN 下游 200 kb 处的超级增强子，促进 MYCN 在 ARMS 细胞中的异常表达，维持其高增殖状态。CRISPRi 介导的超级增强子沉默实验证实，该超级增强子对 MYCN 的依赖性、肿瘤细胞克隆形成能力及肿瘤发生至关重要。这表明，PAX3/7-FOXO1 通过超级增强子组装促进 MYCN 表达，可能替代 MYCN 基因扩增的需求，为 ARMS 肿瘤发生的新机制提供了合理解释。

接着，研究者分析了 ARMS 中被激活的可靶向通路，发现 PAX3-FOXO1 和 PAX7-FOXO1 融合蛋白通过直接调控线粒体代谢基因，增强 ARMS 细胞的氧化磷酸化（OXPHOS）活性，以满足其能量需求。此外，ARMS 细胞表现出特异的线粒体 tRNA 上调，其中 tRNA 修饰酶 TRMT5 的高表达对肿瘤增殖和存活至关重要。沉默 TRMT5 显著削弱了 ARMS 肿瘤细胞的克隆形成能力，导致体内肿瘤生长延迟和 OXPHOS 功能受损，提示 TRMT5 可能是 ARMS 治疗的潜在靶点。

更深入的研究发现，TRMT5 通过调控线粒体 tRNA Leu（TRNL2）的表达，影响 ARMS 肿瘤细胞的代谢，尤其是亮氨酸的使用。ARMS 肿瘤倾向于使用特定的亮氨酸密码子，而限制亮氨酸摄入能显著抑制肿瘤细胞增殖，降低肿瘤负担并延长小鼠生存期。进一步分析表明，亮氨酸限制通过减少线粒体蛋白翻译和电子传递链复合体组装，导致线粒体功能下降和 NAD/NADH 比率失衡。这表明ARMS 肿瘤对亮氨酸代谢的依赖性是其生长的关键，限制亮氨酸可能成为一种治疗策略。此外，ARMS 肿瘤细胞通过提升线粒体蛋白表达显著增强 OXPHOS 活性，使其对线粒体翻译抑制剂更为敏感。

FGFR4 是 PAX 融合蛋白的重要靶标，在横纹肌肉瘤中常过度表达，与异常增殖和转移密切相关。研究发现，融合蛋白通过超级增强子调控增强 FGFR4 的表达。结合 FGFR4 抑制剂 robinitin（ROB）和线粒体翻译抑制剂替加环素（TIG），可能协同抑制 ARMS 细胞的增殖和自我更新能力。在临床前研究中，TIG 与 ROB 的联合治疗在 PAX3/7 融合阳性 O-PDX 模型中表现出显著的抗肿瘤效果，疗效明显优于单一药物治疗，为 ARMS 的治疗提供了新的潜在方案。

综上所述，本研究揭示了 PAX3/7-FOXO1 融合蛋白在肺泡型横纹肌肉瘤（ARMS）发生中的关键作用。通过表观基因组学分析，研究发现这些融合蛋白通过重编程基因组，激活多个癌基因及与线粒体代谢相关的基因。研究还表明，亮氨酸的使用是驱动肿瘤生长的关键因素，限制其利用率能够抑制氧化磷酸化，延缓肿瘤进展并改善小鼠生存。这项研究为 ARMS 的治疗提供了新的靶点和策略。

制版人： 十一

参考文献

1. McEvoy, M.T., et al. (2023). Pediatric rhabdomyosarcoma incidence and survival in the United States: an assessment of 5656 cases, 2001–2017.Cancer Med.12, 3644–3656.

2. Shern, J.F., et al. (2014). Comprehensive genomic analysis of rhabdomyosarcoma reveals a landscape of alterations affecting a common genetic axis in fusion-positive and fusion-negative tumors.Cancer Discov.4, 216–231.

3. Goodarzi, H., et al. (2016). Modulated Expression of Specific tRNAs Drives Gene Expression and Cancer Progression.Cell165, 1416–1427.

4. D’Andrea, A., et al. (2016). The mitochondrial translation machinery as a therapeutic target in Myc-driven lymphomas.Oncotarget7, 72415–72430.

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来源：大宝聊科学