撰文 | 鹹姐
腫瘤微環境在惡性腫瘤中起著至關重要的作用，隨著研究深入，神經元已成為腫瘤微環境的關鍵組成部分，可促進多種癌症的發生發展，但腫瘤-神經元相互作用的本質仍不完全清楚。膠質母細胞瘤（GBM）是最具侵襲性和致命性的腦瘤，具有高增殖率和向周圍腦組織浸潤的特點。GBM在大腦中的浸潤通常發生在有組織的解剖結構上，如血管和白質束，其中包含神經元軸突，提示神經元群體參與其中。近年來關於GBM的研究發現了腫瘤和神經元之間的雙向信號傳導，是增殖、突觸整合和大腦過度活躍的惡性循環，增加了神經元活動本身可以促進腫瘤浸潤和進展的可能性【1-3】。然而，神經元活動是否通過旁分泌信號促進神經膠質瘤浸潤的迴路特異性模式尚不清楚，驅動GBM浸潤的潛在分子機制也不清楚。此外，大腦含有非常多的神經元亞型，哪些亞型的神經元作為驅動GBM進展的底物也不完全清楚。
近日，來自美國貝勒醫學院的Benjamin Deneen團隊在Nature上線上發表題為「Remote neuronal activity drives glioma progression through SEMA4F」的文章，發現位於原發性GBM腫瘤對側半球的胼胝體投射神經元促進了腫瘤的進展和廣泛的浸潤，確定了新的神經元活性依賴性浸潤細胞群，篩選出SEMA4F為腫瘤發生和神經元活性依賴性進展的關鍵調節因子，由此顯示遠離原發性GBM的神經元亞群促進腫瘤惡性進展，揭示了由神經元活性調節的神經膠質瘤進展的新機制。
首先，為了探索神經元的遠端刺激是否促進了低級膠質瘤（LGG）向高級膠質瘤（HGG）的轉化，本文研究人員採用了一種基於RCAS/Ntva系統的LGG小鼠模型，並在小鼠第5天齡（P5）時在對側皮層注射腺相關病毒，然後從P20開始給予小鼠氯氮平N-氧化物（CNO）以刺激對側神經元，結果證實刺激遠離原發性LGG區域的神經元活性可以促進HGG的進展，而且原發腫瘤對側半球的神經元活性促進了腫瘤跨皮質半球的過早浸潤。數學模型的評估也得出了同樣的結論。與此同時，為了獨立驗證神經元活性調節的旁分泌因子對膠質瘤浸潤的促進作用，研究人員使用患者來源的膠質瘤細胞培養結合三維球體系統，分別用具有自發活動神經元的皮質外植體的條件培養基、光刺激神經元或無條件對照培養基處理細胞，發現前者可促進神經膠質瘤的浸潤。以上實驗證實神經元活性通過分泌因子促進腫瘤浸潤，並且在腫瘤進展的早期階段，原發腫瘤對側的神經元就促進了這種現象。
那麼對側皮層中哪些神經元群體促進了神經膠質瘤的浸潤呢？實驗結果顯示，完整的胼胝體對於對側神經元促進神經膠質瘤的進展是必要的，而由於胼胝體投射神經元（CPN）的軸突沿著胼胝體穿過皮層半球，這也提示CPN參與了這一現象。進一步實驗則證實原發性腫瘤對側的CPN在推動腫瘤進展中發揮著關鍵作用。隨後，研究人員對在對側刺激下產生的P50神經膠質瘤腫瘤進行了單細胞RNA測序（scRNA-seq），並使用綠色熒光蛋白（GFP）作為腫瘤細胞的標記，以區分宿主微環境群體和腫瘤群體。分析結果顯示，在神經元活性增加的情況下，免疫微環境發生了廣泛的變化，腫瘤細胞群也發生了變化。結合空間轉錄組分析，發現神經元刺激驅動了浸潤細胞群的產生，這些細胞群對應於神經膠質瘤腫瘤的前緣，富含與軸突引導相關的基因。
軸突引導基因在活性驅動的浸潤性神經膠質瘤群體中的富集驅使研究人員繼續探索它們對神經膠質瘤浸潤的貢獻，通過生成基於PiggyBac的43個軸突導向基因的條形碼文庫進行過表達篩選，結合測序以及功能獲得和功能缺失實驗，最終確定SEMA4F是神經膠質瘤進展的調節因子。進一步實驗結果顯示，SEMA4F介導活性依賴性神經膠質瘤的進展，並可通過其胞外域促進腫瘤浸潤，表明其通過與大腦微環境的相互作用來調節這一現象。SEMA4F可促進神經元活性依賴性浸潤細胞群的產生，並通過重塑腫瘤附近的突觸來傳播與神經元的雙向信號，使大腦網路過度活躍。
綜上所述，本研究使用CPN激活證明來自遠離原發性神經膠質瘤的神經元群體的長程投射可以驅動腫瘤進展並揭示了其分子機制。本研究的結果表明，神經膠質瘤與神經元的相互作用比以前認為的更為廣泛，神經膠質瘤可接受來自許多大腦區域的神經元輸入，這也意味著暴露於多種可能影響腫瘤生長的神經活性化合物中。此外，膠質瘤腫瘤重塑了局部神經元突觸並建立了直接的突觸連接，這提高了來自這些遠端投射的突觸受到腫瘤影響的可能性，從而導致這些遠端區域的腦回路活動發生改變，無疑開闢了人們對腫瘤-神經元相互作用的本質的新的理解。
原文連結：
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06267-2
參考文獻
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