識(shí)別腫瘤的起源細(xì)胞，是能夠增加早期癌癥診斷和開(kāi)發(fā)預(yù)防性療法的有效策略。起源細(xì)胞的基因特征確定細(xì)胞是否會(huì)變成惡性腫瘤方面具有重要作用，而且其他因素也有一定影響。例如，在皮膚黑色素瘤中的的特征與在指甲、腳底和手掌中出現(xiàn)的四肢黑色素瘤的特點(diǎn)完全不同。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在肢端部位發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄程序，如果它們發(fā)生特定的基因組改變，產(chǎn)生黑素細(xì)胞后最終形成腫瘤。這些數(shù)據(jù)表明細(xì)胞基因變異的位置特性——作者將其描述為特定部位的特殊轉(zhuǎn)錄程序——這也是為什么同一種黑色素細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致不同黑色素瘤亞型的關(guān)鍵原因。

黑色素細(xì)胞可能是最令人迷惑的案例細(xì)胞，因?yàn)樗麄兊哪[瘤起始細(xì)胞明顯相似，但是由于不同的人體部位產(chǎn)生了不同的腫瘤亞型。黑素細(xì)胞在它們存在的任何部位惡化成腫瘤，包括皮膚或四肢、眼睛的色素組織和呼吸道、胃腸道和泌尿生殖道的內(nèi)表面（粘膜部位）。

然而，與這些黑色素瘤相關(guān)的基因變異方法并不相同。皮膚黑色素瘤有大量的單核苷酸點(diǎn)突變（例如BRAF等基因的改變），但黏膜和四肢的黑色素瘤產(chǎn)生主要由于基因組重排，例如擴(kuò)增和缺失。大多數(shù)眼部黑色素細(xì)胞的突變數(shù)量很少，并且一般只發(fā)生特定的GNAQ等基因突變。發(fā)現(xiàn)不同腫瘤的基因特征情況可以得到腫瘤相關(guān)的生物標(biāo)志物，這種過(guò)程有助于抗癌治療的設(shè)計(jì)和早期癌癥識(shí)別。特別是針對(duì)BRAF?V600基因的特定突變的靶向突變已經(jīng)導(dǎo)致了皮膚黑色素瘤的治療的革命。

相比皮膚黑色素瘤，在過(guò)去的二十年里，其它黑色素瘤的預(yù)后并沒(méi)有顯著改善。尤其是肢端黑色素瘤，這種黑色素瘤在西班牙人、非洲或亞洲血統(tǒng)人中發(fā)病率高。導(dǎo)致肢端黑色素瘤的治療方案和研究進(jìn)展緩慢的原因是因?yàn)槿狈?zhǔn)確的模式動(dòng)物模型。

科學(xué)家回答了這樣一個(gè)問(wèn)題，即不同解剖的黑色素細(xì)胞是否以及如何影響特定基因改變，最終使得黑色素細(xì)胞迅速癌變。具體做法就是，科學(xué)家在斑馬魚(yú)中構(gòu)建了肢端樣黑色素瘤的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停⑵溆喟唏R魚(yú)皮膚黑色素瘤模型進(jìn)行比較研究。他們的研究結(jié)果證明肢端和皮膚黑色素瘤中的腫瘤微環(huán)境差異導(dǎo)致啟動(dòng)了不同的轉(zhuǎn)錄程序，這最終賦予了產(chǎn)生不同癌變的原因（圖1）。

圖1 |不同黑色素瘤腫瘤亞型是產(chǎn)生過(guò)程。科學(xué)家通過(guò)斑馬魚(yú)（斑馬魚(yú))對(duì)黑色素細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致皮膚黑色素瘤或肢端黑色素瘤的原因。不同腫瘤的斑馬魚(yú)模型的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，不同的黑色素瘤細(xì)胞變異是由不同的基因突變驅(qū)動(dòng)的特定變化（上圖紅色星）。此外，腫瘤形成和不同的表達(dá)部位是密切相關(guān)的，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄的差異由特定HOX 蛋白的表達(dá)調(diào)控和介導(dǎo)的。斑馬魚(yú)的皮膚黑色素腫瘤主要是受到酪氨酸激酶蛋白和?BRAF激酶蛋白介導(dǎo)的信號(hào)通路所致。此外各種HOX 家族蛋白驅(qū)動(dòng)的基因表達(dá)，包括 HOXB5、HOXB6、HOXB7、HOXB8 和 HOXB9（HOXB5-HOXB9）也是癌變的重要原因。相比之下，斑馬魚(yú)肢端黑色素瘤是由于受體蛋白IGFR 介導(dǎo)的信號(hào)通路的異常激活所致。這一通路是由異常高變達(dá)的CRKL蛋白所致。該信號(hào)通路由HOX 家族 HOX13 蛋白介導(dǎo)產(chǎn)生。不同的腫瘤形成模式應(yīng)該使用不同的治療干預(yù)措施進(jìn)行治療。

作者比對(duì)了臨床相關(guān)基因的DNA 測(cè)序數(shù)據(jù)，并研究了肢端或皮膚黑色素瘤患者腫瘤的RNA表達(dá)序列。CRKL和GAB2認(rèn)為在肢端黑色素瘤表達(dá)異常，而非皮膚黑色素瘤則正常表達(dá)基因。編碼的蛋白質(zhì)CRKL 和 GAB2 是轉(zhuǎn)接蛋白，它們的作用是將蛋白質(zhì)連接在一起，這些蛋白質(zhì)是酪氨酸激酶。這些受體酪氨酸激酶激活了兩條下游信號(hào)通路（MAPK 和 PI3K 通路），它們?cè)诨旧显谒泻谏亓鲋卸急贿^(guò)度激活。

科學(xué)家在斑馬魚(yú)中特異性表達(dá)CRKL 和 GAB2。而且還對(duì)這些黑色素瘤細(xì)胞進(jìn)行了操作，使其表達(dá)TERT 蛋白而沉默NF1蛋白的表達(dá)，這兩個(gè)基因的表達(dá)通常認(rèn)為是人類(lèi)肢端黑色素瘤的標(biāo)志基因。結(jié)果是與皮膚黑色素瘤的斑馬魚(yú)模型相比，在這些工程化斑馬魚(yú)中，鰭中出現(xiàn)的黑色素瘤比例高于身體其他部位。

這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)期是一致的，因?yàn)轹捙c四足動(dòng)物（四肢脊椎動(dòng)物，包括人類(lèi)）的四肢具有共同的發(fā)育和進(jìn)化特征，這就是說(shuō)斑馬魚(yú)的鰭類(lèi)似于人類(lèi)手和腳。在修飾的四個(gè)基因中，CRKL是唯一一個(gè)可以獨(dú)立導(dǎo)致癌癥形成的基因，和其他三個(gè)基因無(wú)關(guān)。所以作者認(rèn)為鰭黑色素細(xì)胞特別容易受到CRKL 誘導(dǎo)導(dǎo)致形成腫瘤，并將其認(rèn)為是新發(fā)現(xiàn)的肢端驅(qū)動(dòng)的促癌因素。

科學(xué)家比較CRKL水平高于正常水平的魚(yú)類(lèi)模型中的基因表達(dá)情況。將來(lái)自身體的黑色素瘤細(xì)胞與來(lái)自鰭的黑色素細(xì)胞進(jìn)行基因表達(dá)比較，發(fā)現(xiàn)不同的位置影響了它們的轉(zhuǎn)錄譜。肢體特異性HOX 家族基因，尤其是HOX13，在鰭黑色素瘤細(xì)胞中高表達(dá)。所以科學(xué)家認(rèn)為，黑素瘤細(xì)胞對(duì)CRKL影響的易感性不同的原因是由于它們的基因表達(dá)程序的內(nèi)在差異，并且這些程序啟動(dòng)的原因取決于細(xì)胞的位置差異。

這是一項(xiàng)新的發(fā)現(xiàn)，與特定部位的基因表達(dá)密切相關(guān)的因素是特定部位的表達(dá)原因。然而，其他腫瘤微環(huán)境因素的作用也需要考慮?！?，在小鼠模型中，炎癥形成導(dǎo)致的肢端黑色素瘤和皮膚黑色素瘤的差異有所差異。人體處理創(chuàng)傷的過(guò)程對(duì)于人類(lèi)揭秘肢端黑色素瘤形成有一定啟示有關(guān)：因?yàn)楦鶕?jù)調(diào)查顯示13%至 25% 的肢端黑色素瘤患者說(shuō)在腫瘤確診之前有損傷，例如刺傷、摩擦水泡。

剩下的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是這種不同部位導(dǎo)致腫瘤的現(xiàn)象在同一個(gè)部位是否是一一個(gè)相同的方式發(fā)生變異的。是否存在功能學(xué)上的分類(lèi)或者階段性的分類(lèi)差異導(dǎo)致肢端與皮膚、粘膜和眼部黑色素瘤分化情況。所以，應(yīng)該構(gòu)建黑色素細(xì)胞譜系，包括處于不同發(fā)育階段的細(xì)胞，例如干細(xì)胞和分化細(xì)胞，這些細(xì)胞可能以不同的方式在不同部位分化成正常細(xì)胞或者腫瘤細(xì)胞?？缥锓N基因比較也是非常有用的，例如，小鼠中分化的黑色素細(xì)胞被認(rèn)為是BRAF驅(qū)動(dòng)的起源細(xì)胞，但斑馬魚(yú)則不是。

鰭的CRKL 相關(guān)基因表達(dá)程序可能反映人類(lèi)特定肢端部位（例如，指甲或手掌）的相關(guān)性大小也是值得進(jìn)一步研究?？茖W(xué)家比較了人類(lèi)肢端和皮膚黑色素瘤的RNA 譜，發(fā)現(xiàn)肢端腫瘤中富集的通路與肢體發(fā)育有關(guān)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)HOXA13、HOXB13和HOXD13的基因表達(dá)在人類(lèi)肢端黑色素瘤中也是異常升高。此外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在IGF和胰島素蛋白信號(hào)通路中的許多基因被HOX13轉(zhuǎn)錄因子家族調(diào)節(jié)。CRKL 導(dǎo)致肢端黑色素瘤的程度和其他因素的協(xié)同作用也有待于進(jìn)一步研究。

所以科學(xué)家提出假說(shuō)，CRKL基因放大HOX13-IGF細(xì)胞信號(hào)軸進(jìn)而導(dǎo)致了肢端黑色素瘤。為了研究這種可能性，他們轉(zhuǎn)向體外培養(yǎng)的人類(lèi)黑色素瘤細(xì)胞。使用全面的蛋白質(zhì)分析，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，肢端黑色素瘤中的CRKL與 HOX13 和 IGF 一起與 PI3K 蛋白質(zhì)家族成員的結(jié)合而起作用?；氐桨唏R魚(yú)腫瘤，發(fā)現(xiàn)表達(dá) CRKL 的鰭黑色素瘤表達(dá)也指示PI3K-IGF 信號(hào)傳導(dǎo)的成分（如活化的 IGF1R 蛋白），從而證明 CRKL 作為 IGF 信號(hào)傳導(dǎo)的放大作用在進(jìn)化上是保守的。在斑馬魚(yú)CRKL 模型中，HOX13 和 IGF 的基因敲除或IGF-PI3K 通路的抑制減少了鰭中黑色素瘤的形成。

總之，這項(xiàng)研究證明了黑色素細(xì)胞的不同位置是其是否能轉(zhuǎn)變成腫瘤關(guān)鍵原因。尤其是這些數(shù)據(jù)表明CRKL相關(guān)的信號(hào)通路可能是肢端黑色素瘤的治療靶點(diǎn)，而不是皮膚黑色素瘤。因此，無(wú)論是基礎(chǔ)研究中還是臨床樣本觀察結(jié)果均表明促癌基因可能與腫瘤起源細(xì)胞中特定位置的基因表達(dá)程序相關(guān)，如果深究這個(gè)發(fā)現(xiàn)有助于解釋為什么有些細(xì)胞盡管存在突變，但仍保持正常，以及特定突變發(fā)生在不同部位，但是只會(huì)在特定部位轉(zhuǎn)變成癌癥的原因。