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为解决胶质母细胞瘤（GBM）中巨噬细胞驱动的前神经元 - 间充质转化（PMT）机制不明的问题，研究人员开展了 GBM 肿瘤与非肿瘤细胞的多组学研究。结果发现 CHI3L1/STAT3/OPN/ITGB1 正反馈回路促进 PMT，且筛选出 STAT3-CCD 结构域抑制剂潮霉素 B（HB）可降低肿瘤负荷。这为 GBM 治疗提供了新策略。
在脑肿瘤的研究领域中，胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM）一直是个棘手的难题。它具有高度的异质性，就像一个复杂且多变的 “迷宫”，让科研人员和医生们难以捉摸。GBM 可以分为前神经元（proneural，PN）、间充质（mesenchymal，MES）和经典（classical，CL）等多种亚型 。其中，PN 细胞向 MES 状态的转变，即前神经元 - 间充质转化（proneural-mesenchymal transition，PMT），会使 GBM 变得更加恶性，侵袭性更强，对治疗的抵抗性也更高。
同时，GBM 还会巧妙地重塑肿瘤免疫微环境（tumor immune microenvironment，TIM），使其具有高度的免疫抑制性和对免疫治疗的抵抗性。在这个免疫微环境中，巨噬细胞是最主要的浸润免疫细胞群体，但巨噬细胞究竟如何驱动 PMT 这一关键过程，长期以来一直是个未解之谜。为了攻克这些难题，来自南昌大学第二附属医院、南昌大学江西省神经病学重点实验室等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Developmental Cell》上。
研究人员运用了单细胞多组学技术（scMulti-omics technology）和空间转录组学（Spatial transcriptomics）等关键技术。他们从 3 位 GBM 患者手术切除的肿瘤组织不同区域获取样本，进行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq），并对其中一位患者的样本进行空间转录组 RNA 测序（stRNA-seq）。同时，构建了 C57BL/6 和 NSG 小鼠模型，使用了细胞系、原代细胞等多种实验材料进行体内和体外实验。
研究结果如下：
- 巨噬细胞和 MES 细胞的空间位移影响 SPP1 和 CHI3L1 表达：通过对 scRNA-seq 和 stRNA-seq 数据的分析，研究人员发现巨噬细胞主要富集在血管周围空间，且在肿瘤周边与 MES 亚型关系更密切，在肿瘤中心则与 PN 状态联系更紧密。同时，巨噬细胞和 MES 细胞的空间位移会影响 SPP1 和 CHI3L1 的表达，这两种蛋白在肿瘤周边表达更高，暗示它们可能在肿瘤细胞和巨噬细胞之间形成了一个重要的通讯网络。
- CHI3L1 在维持 MES 状态和重塑巨噬细胞表型中起关键作用：研究人员通过对 GBM 病理样本的分析和细胞实验发现，CHI3L1 在 MES 细胞中高表达，且其表达水平与 GBM 患者的预后不良相关。功能实验表明，CHI3L1 能调节细胞增殖、集落形成和迁移能力，还能促进 SPP1+巨噬细胞的迁移和极化，在体内外都维持了 MES 细胞的能力并诱导了 SPP1+巨噬细胞表型。
- CHI3L1 通过 STAT3 通路调节巨噬细胞中的 OPN：RNA 测序（RNA-seq）和一系列实验表明，CHI3L1 通过 STAT3 通路调节巨噬细胞中骨桥蛋白（osteopontin，OPN，也叫 SPP1）的表达。具体来说，CHI3L1 缺失会显著损害 Janus 蛋白酪氨酸激酶（JAK）-STAT 等信号通路，STAT3 通路在 CHI3L1 诱导的 SPP1 表达中起关键作用，且 STAT3 能与 SPP1 启动子区域结合，转录上调 SPP1 的表达。
- CHI3L1 通过直接结合 STAT3 的 CCD 结构域促进其转录活性：研究发现 CHI3L1 能增强 STAT3 的磷酸化、核定位和转录活性，二者通过各自的结构域相互作用。同时，CHI3L1 还能调节与 STAT3 激活相关的酶的结合，进一步证实了 CHI3L1 通过其 CCD 结构域增加 STAT3 活性的重要作用。
- 巨噬细胞来源的 SPP1 通过关键转录因子促进 PMT：通过无监督轨迹分析和相关工具预测，研究人员发现巨噬细胞分泌的 SPP1 / 整合素 β-1（ITGB1）信号通路可以通过关键转录因子（如 NF-κB3、CEBPB、STAT3 和 TAZ）促进 PMT 的发生。
- SPP1 通过与 CHI3L1-STAT3 轴建立正反馈回路诱导 PMT：线性回归和一系列细胞实验表明，SPP1 与 MES 相关转录因子呈正相关。SPP1 通过 ITGB1 激活 NF-κB 和 STAT3 通路，上调 CHI3L1 表达，进而维持 MES 状态，说明 SPP1 与 CHI3L1-STAT3 轴建立的正反馈回路能诱导 GBM 的 PMT。
- HB 作为 STAT3-CCD 结构域抑制剂可降低体内外肿瘤负荷：研究人员发现 STAT3-CCD 结构域对 CHI3L1 促进肿瘤发生很重要，并通过筛选化学文库得到了能干扰 CHI3L1-STAT3 相互作用的小分子抑制剂潮霉素 B（HB）。实验表明，HB 能显著降低肿瘤细胞活力，减少肿瘤负担，延长小鼠生存期，是一种有潜力的 GBM 治疗药物。
研究结论表明，CHI3L1/STAT3/OPN/ITGB1 正反馈回路促进了 GBM 的 PMT，为 GBM 患者提供了一种双靶点治疗策略。同时，研究也存在一定局限性，如轨迹分析只能预测细胞或基因变化，还需进一步实验验证；虽然确定了 STAT3 CCD 的部分结合位点，但还有其他潜在位点需进一步探索。不过，这项研究为 GBM 的治疗开辟了新的方向，有望为未来的临床治疗带来新的突破，帮助更多患者战胜这一恶性肿瘤。
