HMGB1/LCN2/JAK1/STAT3轴：驱动肝细胞癌骨转移的肿瘤-破骨细胞对话新机制及其治疗意义

本研究针对肝细胞癌(HCC)骨转移预后差、骨骼并发症严重的临床难题，揭示了HMGB1通过调控肿瘤-破骨细胞相互作用促进骨转移的新机制。研究人员发现HMGB1诱导破骨细胞活化分泌LCN2，激活肿瘤细胞JAK1/STAT3通路形成正反馈循环，实验证明靶向该轴可显著抑制骨溶解和肿瘤进展，为晚期HCC治疗提供了新策略。

　　

肝细胞癌是全球癌症相关死亡的第三大原因，具有高度的远处转移倾向。在众多转移部位中，骨骼是第二常见的靶器官，25.5%-38.5%的肝细胞癌患者会发生骨转移。这些患者预后极差，诊断后中位生存期仅4.6个月，并伴有严重疼痛、病理性骨折和神经压迫等严重并发症。骨转移的溶骨性破坏主要由过度活化的破骨细胞介导，肿瘤细胞与破骨细胞之间通过复杂信号网络形成恶性循环，不断加剧骨破坏和肿瘤生长。然而，肝细胞癌骨转移的分子机制尚未完全阐明，缺乏有效的治疗策略。

高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是一种广泛表达的染色质相关蛋白，在结直肠癌、口腔癌和乳腺癌等肿瘤中已被证实具有致癌作用。在肝细胞癌中，HMGB1通过免疫调节促进肿瘤生长，并在缺氧条件下通过调控线粒体动力学增强转移潜能。在骨微环境中，HMGB1通过与Toll样受体4(TLR4)相互作用调节破骨细胞活化和巨噬细胞反应，参与溶骨性骨破坏过程。但是，HMGB1在肝细胞癌骨微环境中的作用，特别是在协调肿瘤-破骨细胞相互作用促进溶骨性骨转移方面的功能尚未明确。

这项发表在《Cell Death and Disease》的研究揭示了HMGB1在肝细胞癌骨转移中的关键作用机制。研究人员通过整合单细胞和bulk RNA测序技术、功能实验（基因敲低和过表达）、小鼠模型建立与评估（包括活体成像、显微CT和组织学分析）、分子生物学技术（Western blot、ELISA、qRT-PCR）、免疫组织化学和多重免疫荧光等关键技术方法，并利用来自上海东方医院的270例肝细胞癌患者队列样本，系统阐述了HMGB1/LCN2/JAK1/STAT3轴在驱动肝细胞癌骨转移中的核心作用。

HMGB1是不良预后因素和肝细胞癌骨转移的驱动因子

研究人员分析转移性肝细胞癌单细胞RNA测序数据，发现HMGB1在肝细胞癌细胞中显著上调，尤其在具有转移潜能的转化亚群中表达最高。对270例肝细胞癌患者的组织芯片分析显示，HMGB1高表达与骨转移增加、肿瘤体积更大、BCLC分期更晚和血管侵犯显著相关。生存分析表明HMGB1高表达患者总生存期和骨转移无进展生存期更短。免疫荧光证实骨转移患者肿瘤组织中HMGB1蛋白表达升高。

小鼠肝细胞癌骨转移模型RNA测序发现，与正常组相比，Vector组中破骨细胞相关基因Fgf23、不良预后标志物Mcam和血管生成相关Plvap上调，而上皮标志物Cdh1和免疫相关基因Slamf7、Csf3r下调。GSEA分析显示正常组富集"GOBP淋巴细胞激活参与免疫反应"通路，Vector组富集"HALLMARK上皮间质转化(EMT)"通路。HMGB1组与Vector组比较，破骨细胞相关基因Ctsk、Mmp14、Mmp12上调，而成骨相关标志物Col24a1、Bglap下调。GSEA显示HMGB1组显著富集"转移潜能增加"、"上皮间质转化"、"骨吸收"和"骨重塑"通路。

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HMGB1驱动肝细胞癌骨转移并诱导骨骼并发症

建立HMGB1过表达和敲低的稳定细胞系后，通过胫骨内注射到裸鼠体内。HMGB1过表达组小鼠系统骨转移发生时间显著提前，肿瘤负荷和骨骼相关事件增加。显微CT定量分析显示严重溶骨性病变，骨小梁分离度(Tb.Sp)和骨表面积体积比(BS/BV)增加，骨体积分数(BV/TV)和骨小梁厚度(Tb.Th)降低。活体成像显示肿瘤负荷增加，组织学分析证实溶骨区域更大，抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)阳性破骨细胞在骨-肿瘤界面显著增加。相反，HMGB1敲低显著抑制骨转移进展，减少肿瘤负荷和骨骼相关事件。

HMGB1介导肿瘤-骨微环境中的破骨细胞生成和肿瘤-巨噬细胞相互作用

HMGB1过表达肝细胞癌细胞的条件培养基处理RAW264.7细胞后，TRAP染色显示多核TRAP阳性破骨细胞数量显著增加。ELISA证实HMGB1过表达肝细胞癌细胞培养上清中HMGB1浓度更高。重组人HMGB1(rhHMGB1)处理直接增强破骨细胞分化。骨吸收实验显示HMGB1过表达组骨切片表面侵蚀严重，吸收陷窝形成增加。qRT-PCR显示破骨细胞分化和活化标志物(TRAP、RANKL、Atp6v0d2、ltgb3、Ctsk、Dcstamp)表达上调，而破骨细胞生成抑制因子Opg表达下降。

多重免疫荧光显示在肝细胞癌骨转移小鼠模型组织切片中，HMGB1(红色)与F4/80标记的巨噬细胞(黄色)在GFP标记的肝细胞癌细胞(绿色)附近共定位。定量荧光强度分析和相关性分析证实HMGB1与GFP标记的肝细胞癌细胞和F4/80标记的巨噬细胞显著共定位。

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HMGB1-LCN2介导肿瘤-骨微环境中肝细胞癌细胞、巨噬细胞和破骨细胞的相互作用

RNA测序分析显示，rhHMGB1处理的RAW264.7来源破骨细胞中2009个基因上调，2112个基因下调。上调基因包括分泌蛋白Lcn2、巨噬细胞活化标志物Tlr4和破骨细胞相关基因Ctsk、Acp5、Atp6v0d2，下调基因主要为免疫和巨噬细胞标志物如Adgre1、Adgre5、Cd24a。KEGG通路富集分析显示破骨细胞分化通路显著富集。GSEA证实rhHMGB1组富集"GOBP破骨细胞分化"和"BROWN髓系细胞发育up"基因集，而对照组富集"BROWN髓系细胞发育_dn"基因集。免疫荧光显示rhHMGB1处理后RAW264.7细胞TLR4表达增加。

ELISA显示HMGB1过表达肝细胞癌细胞条件培养基处理的破骨细胞上清中LCN2水平显著升高。Transwell侵袭实验和伤口愈合实验表明，破骨细胞条件培养基(OC CM)或重组LCN2(rhLCN2)处理显著增强HMGB1过表达肝细胞癌细胞的侵袭和迁移能力。免疫荧光分析证实rhLCN2剂量依赖性增加RAW264.7细胞TLR4表达。Co-IP实验证实HMGB1与TLR4相互作用，且rhLCN2以浓度依赖性方式增强这种相互作用。

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破骨细胞来源的LCN2激活HMGB1过表达肝细胞癌细胞中的JAK1/STAT3通路

肝细胞癌细胞与OC CM孵育后，JAK1和STAT3磷酸化在HMGB1过表达细胞中显著增加，而在对照组中不明显。HMGB1敲低消除了OC CM诱导的JAK1和STAT3激活。rhLCN2处理同样增加HMGB1过表达肝细胞癌细胞中JAK1/STAT3磷酸化，而HMGB1敲低减弱这种效应。临床肝细胞癌组织免疫组化染色显示HMGB1表达与STAT3磷酸化呈正相关。

STAT3对HMGB1介导的骨转移至关重要

STAT3敲低显著降低肿瘤浸润和骨-肿瘤界面的溶骨性破坏。小鼠骨转移模型中，STAT3敲低显著降低HMGB1增强的肿瘤负荷和溶骨性病变，显微CT显示溶骨性病变体积减少，BV/TV和Tb.Th增加，BS/BV和Tb.Sp降低。活体成像证实肿瘤负荷减少。机制上，STAT3敲低抑制了OC CM和rhLCN2诱导的肿瘤细胞STAT3磷酸化。

为评估STAT3抑制的治疗潜力，使用STAT3抑制剂Napabucasin(Napa)处理小鼠。Napa有效抑制肿瘤生长和骨溶解，减少肿瘤负荷和骨骼相关事件，并抑制OC CM和rhLCN2诱导的HMGB1过表达细胞中STAT3激活。

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HMGB1拮抗剂甘草酸二钾抑制骨转移和JAK1/STAT3激活

使用HMGB1拮抗剂甘草酸二钾(Dg)评估靶向HMGB1的治疗效果。Dg处理显著减少HMGB1过表达肝细胞癌细胞小鼠的肿瘤负荷和骨骼相关事件。显微CT定量分析显示Dg明显抑制骨破坏，Tb.sp和BS/BV降低，BV/TV和Tb.th增加。活体成像证实肿瘤负荷减少。Western blot分析显示Dg处理有效抑制OC CM和rhLCN2诱导的HMGB1过表达肝细胞癌细胞中JAK1和STAT3磷酸化。

本研究揭示了肝细胞癌骨转移中肿瘤-破骨细胞对话的新机制，提出了新颖的HMGB1-LCN2-JAK1-STAT3轴。HMGB1来自转移性肝细胞癌细胞，通过驱动巨噬细胞向破骨细胞转分化触发恶性循环，放大溶骨性扩散；而破骨细胞来源的LCN2通过HMGB1-TLR4相互作用和肝细胞癌细胞中JAK1-STAT3激活助长这一循环，加剧恶性肿瘤进展。这一全面的实验证据确定了一个新的治疗靶点，并指出了改善晚期肝细胞癌管理的潜在应用。

尽管双膦酸盐和地诺单抗广泛用于管理骨转移，但其治疗效果主要限于减轻骨骼相关事件，而不能有效阻止转移性癌症的系统性进展。针对肿瘤细胞与骨微环境相互作用的联合治疗可能通过破坏维持肿瘤生长和骨吸收的反馈环路提供更好的结果。本研究整合这些见解，提出靶向HMGB1/LCN2/JAK1/STAT3轴可以有效抑制骨吸收，并可能遏制系统性肿瘤传播。这种治疗方法不仅有望改善骨骼结果，还通过解决转移的分子驱动因素提供系统益处。

未来研究需要进一步探索HMGB1分泌的上游调控机制，评估该轴在乳腺癌或前列腺癌等溶骨性转移中的适用性，研究血清HMGB1作为非侵入性生物标志物的预后价值。通过使用RANKL抑制剂或破骨细胞特异性基因敲低进行抑制实验，阐明HMGB1驱动的破骨细胞活化与肝细胞癌骨转移之间的因果关系，完善该轴的理论框架。此外，采用基于纳米技术的递送系统的临床前研究可以提高骨肿瘤微环境内的治疗精确性，减少系统效应并改善临床结果。这些努力有望加深对肝细胞癌骨转移的理解和管理。