骨肉瘤是儿童和青少年中最常见的原发性恶性骨肿瘤¹。每年发病率约为百万分之五，约占原发骨肿瘤的17%，占恶性原发骨肿瘤的42% ²。近年来，新辅助化疗联合保肢治疗在临床上取得较大成功，患者5年生存率提高到了60% ³。但是，即使继续应用更大剂量的化疗药物，骨肉瘤患者的生存率也难以继续提高，术后复发及转移率亦也难以进一步下降，仍有40%的患者最终死于骨肉瘤。骨肉瘤转移及化疗耐药是目前骨肉瘤治疗中亟需攻克的难题。

  具有自我更新特性的干细胞 (stem cells) 被认为与骨肉瘤转移及患者耐药密切相关^4,5。尽管越来越多人关注到干细胞在骨肉瘤治疗中的重要性，但关于骨肉瘤干细胞的表面标志物，内在作用机制以及其靶向药物研发等问题仍需进一步探究。

  此外，越来越多证据表明细胞代谢（如氧代谢）也与肿瘤耐药紧密相关⁶。GSH氧化还原系统通过自由硫醇/二硫化物的交换来保持细胞内氧化还原动态平衡，进而维持能量代谢稳态，调节药物反应。但GSH氧化还原系统在骨肉瘤耐药中的作用极少被关注。

  针对以上科学问题，中山大学中山医学院赵蔚教授团队与中山大学生物医学工程学院吴钧教授团队共同开展研究。该研究首次通过单细胞测序分析技术绘制出了骨肉瘤耐药组织中干细胞特异性基因表达图谱，并借助胱氨酸高分子纳米材料，将两种小分子抑制剂联合靶向骨肉瘤干细胞，实现治疗耐药型骨肉瘤的目的。2020年9月25日，Signal Transduction and Targeted Therapy在线报道了赵蔚/吴钧团队的题为Nanoparticle Enhanced Combination Therapy for Stem-like Progenitors Defined by Single-Cell Transcriptomics in Chemotherapy-Resistant Osteosarcoma的研究成果。

  在该项研究中，来源于化疗耐药的病人组织的单细胞转录组数据提示VEGFR2-JMJD3双阳性的骨肉瘤细胞具有干性细胞的特性。进而他们证明了VEGFR2抑制剂Apatinib和JMJD3抑制剂GSK-J4可通过上调内质网应激（ER stress）相关通路基因的表达，产生协同抗肿瘤作用。他们同时揭示了骨肉瘤干性细胞通过增加GSH的合成以抵抗ER应激介导的凋亡作用来获得生存优势。所以他们采用经过优化的GSH响应型胱氨酸高分子纳米材料，通过主动及被动靶向机制，将同时包裹的Apatinib和GSK-J4两种小分子准确输送至肿瘤干细胞，从降低GSH含量，增强联合药物作用效果，抑制VEGFR2-JMJD3等多维度抑制肿瘤生长，最终发挥显著的抗肿瘤效果。

  总体而言，本研究对单细胞转录组数据进行分析，首次绘制出了骨肉瘤干性细胞特异性基因表达图谱，证实GSH参与了骨肉瘤干性细胞耐药进程，为骨肉瘤干细胞鉴定及研究提供新线索。研究采用的GSH响应型胱氨酸高分子纳米材料，极大地促进联合药物药效，为肿瘤耐药治疗提供新的思路。

  赵蔚教授为本论文的通讯作者，中山大学生物医学工程学院吴钧教授为本论文的共同通讯作者。赵蔚教授课题组的王力、黄晓佳和吴钧教授课题组的游欣如为本论文的共同第一作者。

  相关论文信息：

  Signal Transduction and Targeted Therapy, 2020, 5 (1), 1-13

  https://doi.org/10.1038/s41392-020-00248-x

  1. Tiram, G., et al. Identification of Dormancy-Associated MicroRNAs for the Design of Osteosarcoma-Targeted Dendritic Polyglycerol Nanopolyplexes. ACS nano 10, 2028-2045 (2016).

  2. Xing, D., et al. Changing prognostic factors in osteosarcoma: analysis of 381 cases from two institutions. Human pathology 45, 1688-1696 (2014).

  3. Saraf, A.J., Fenger, J.M. & Roberts, R.D. Osteosarcoma: Accelerating Progress Makes for a Hopeful Future. Frontiers in oncology 8, 4 (2018).

  4. Liu, B., Ma, W., Jha, R.K. & Gurung, K. Cancer stem cells in osteosarcoma: recent progress and perspective. Acta oncologica (Stockholm, Sweden) 50, 1142-1150 (2011).

  5. Mesiano, G., et al. Cytokine Induced Killer cells are effective against sarcoma cancer stem cells spared by chemotherapy and target therapy. Oncoimmunology 7, e1465161 (2018).

  6. Avolio, R., Matassa, D.S., Criscuolo, D., Landriscina, M. & Esposito, F. Modulation of Mitochondrial Metabolic Reprogramming and Oxidative Stress to Overcome Chemoresistance in Cancer. Biomolecules 10(2020).