全脑浸润性 DIPG 的空间解析：揭示肿瘤与微环境对话的新靶点

为探究弥漫性内生性桥脑胶质瘤（DIPG）的发病机制，澳大利亚昆士兰医学研究所的研究人员开展空间转录组测序分析，发现 4 种肿瘤亚群及关键配体 - 受体对，为治疗提供新靶点。

　　

在人体这个复杂的 “小宇宙” 里，大脑无疑是最神秘的 “星球”。它由无数细胞紧密协作，构建出精细且有序的 “城市”。然而，当脑肿瘤这个 “侵略者” 出现时，原本和谐的细胞 “城市” 瞬间陷入混乱。弥漫性内生性桥脑胶质瘤（Diffuse Intrinsic Pontine Glioma，DIPG）就是其中极为凶狠的 “敌人”，它属于 H3 K27 改变的弥漫性中线胶质瘤（Diffuse Midline Glioma，DMG）家族，常见于脑干的桥脑区域 ，专挑儿童下手，发病中位年龄在 6 - 7 岁。多数患儿确诊后一年内就会被病魔夺走生命，它就像一场可怕的噩梦，笼罩在患病儿童和家庭的头顶。

DIPG 之所以如此难以攻克，原因众多。肿瘤内部基因和细胞的高度异质性，就像一群各自为政、特点不同的 “小部队”，让治疗难以精准打击；其极强的侵袭性，如同癌细胞拥有 “隐身衣” 和 “穿墙术”，能轻易扩散到周围脑组织，躲避治疗。长期以来，由于缺乏用于实验室研究的肿瘤组织，开发针对 DIPG 的有效靶向疗法困难重重。尽管此前有研究取得了一些成果，如建立了 DIPG 细胞系和 PDX 动物模型，发现了一些基因突变和肿瘤细胞的特征，但对于肿瘤细胞与肿瘤微环境（Tumor Microenvironment，TME）之间复杂的相互作用，以及这种作用如何推动疾病进展，仍知之甚少。

为了揭开 DIPG 的神秘面纱，找到对抗它的有效方法，澳大利亚昆士兰医学研究所（Queensland Institute for Medical Research）的 Anja Kordowski 等人展开了深入研究。他们的研究成果为我们认识 DIPG 提供了新的视角，有望为未来的治疗带来新的希望。相关研究发表于Acta Neuropathologica Communications杂志。

在这项研究中，研究人员使用了多种关键技术方法。首先，他们从一位 DIPG 患者尸检中获取了完整的肿瘤浸润脑干组织（涵盖中脑到脊髓），并将其制成石蜡包埋（FFPE）组织块。然后，运用 10x Visium 空间转录组测序技术，对十个连续的脑干区域进行分析。为了准确识别细胞类型、评估染色体拷贝数变异（Copy Number Variation，CNV），他们借助了 Seurat 包进行数据整合和聚类分析，利用 InferCNV 包进行 CNV 预测。同时，通过条件自回归反卷积（CARD）分析确定肿瘤细胞状态，使用基于 Python 的 stLearn 软件进行空间轨迹推断、配体 - 受体（Ligand - Receptor，LR）和细胞 - 细胞相互作用（Cell - Cell Interaction，CCI）分析。

下面来看具体的研究结果：

1. 患者病例报告与肿瘤分类：一位 7 岁 7 个月的男孩，最初因单侧眼部缺陷检查时偶然发现脑部病变。起初他没有明显神经症状，病情稳定了 6 年 10 个月。但 7.5 年后症状出现，经检查确诊为弥漫性中线胶质瘤（H3 K27M 突变，伴有多种基因突变和染色体拷贝数变异）。接受放疗后病情仍进展，最终去世，其肿瘤组织被用于研究。研究人员将肿瘤浸润的脑干分为十个区域，通过 H&E 染色和 H3K27M 免疫组化（IHC）确认肿瘤负荷，并检测 RNA 质量，为后续研究奠定基础。
2. 空间细胞类型聚类凸显细胞群落分布异质性：对每个区域数据进行质量控制和过滤后，通过锚定数据整合分析所有样本。无监督细胞类型聚类得到十个独特的细胞群落，代表了主要的脑细胞类型。其中 OPC/NPC（C0）和干细胞样 / 神经胶质（C1）表型的群落占主导。对 C0 群落进一步亚聚类发现，其主要由 OPC 样细胞、癌症干细胞样 NPC 和肿瘤相关髓细胞组成。空间分析显示不同细胞群在各组织区域呈弥散分布，且具有不同的聚集趋势，这体现了 DIPG 细胞的高度异质性和细胞间的相互交流。
3. 肿瘤细胞群落的鉴定揭示 DIPG 共存亚群：研究人员通过 InferCNV 分析，结合正常脑参考数据，确定了与 DIPG 肿瘤细胞相关的染色体拷贝数变异，如 1 号染色体增益，5、15、18 号染色体缺失。这些变异主要存在于具有 OPC、干细胞或祖细胞样表型的细胞群落中，包括 C0、C1、C6 和 C8。进一步分析发现，这四个群落代表了不同的 DIPG 肿瘤亚群。通过整合单细胞数据和 CARD 分析，发现 AC 样表型在样本中广泛存在，其次是免疫细胞和 MES 样特征细胞。对四个肿瘤群落的标记基因分析表明，它们反映了不同的肿瘤克隆和细胞状态。空间轨迹分析显示，DIPG 肿瘤细胞存在从不成熟到成熟的发展轨迹，从 C6 到 C1 到 C8 再到 C0。
4. DIPG 肿瘤细胞积极接收来自内皮、神经元和髓细胞群体的信号：利用 stLearn 软件评估 LR 共表达的空间邻域，计算 CCI 分数，研究人员发现内皮细胞是最强的信号发送者群落，神经元和髓细胞次之。而肿瘤细胞群落 C1 和 C0 是最重要的信号接收者。这表明 DIPG 肿瘤细胞与 TME 之间存在活跃的信号交流，凸显了细胞间通讯在疾病进展中的重要性。
5. 促进 DIPG 进展的新型配体 - 受体候选对：研究人员评估了参与细胞间通讯的 LR 对，发现内皮 - 肿瘤相互作用中，ENG - BMP2 是重要的 LR 对，BMP2 与胶质瘤干细胞静息有关，且其信号通路促进 DIPG 侵袭。神经元 - 肿瘤相互作用中，ADCYAP1 - ADCYAP1R1 和 LGI1 - ADAM23 最为显著，其中 ADCYAP1 - ADCYAP1R1 编码的 PACAP - PAC1 通路在成人胶质母细胞瘤（GBM）中调节侵袭表型。免疫 - 肿瘤相互作用中，补体成分 C3 参与其中，C3 可调节多种促癌信号通路，维持胶质瘤干细胞的恶性表型。空间分析显示，不同 LR 对在不同肿瘤群落区域有不同的分布。
6. 群落特异性 LR 分析揭示肿瘤群体特异性的疾病进展机制：研究人员针对每个肿瘤细胞群落的相互作用进行分析，发现胶原蛋白和整合素家族的 LR 对在所有肿瘤群体与内皮细胞的相互作用中都很重要，其参与了胶质瘤的多种恶性过程。不同肿瘤亚群与 TME 的主要相互作用伙伴不同，如 C6 与髓细胞、C1 与神经胶质细胞、C8 与 C1/C0、C0 与神经元。此外，再次发现 ADCYAP1 - ADCYAP1R1 和 LGI1 - ADAM23 在神经元与 C0 的信号传导中起重要作用。通过对这两个基因的表达分析和免疫组化验证，发现 ADCYAP1 仅在神经元中表达，ADCYAP1R1 在肿瘤细胞群落 C0 和 C8 中高表达，且二者相互作用在肿瘤远端区域更强，主要集中在肿瘤细胞浸润区域。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次对完整的 DIPG 浸润脑干进行了空间转录组分析，发现了四个具有不同干性和成熟度的肿瘤细胞群体，反映了不同的肿瘤亚克隆。研究还揭示了肿瘤细胞与 TME 之间复杂的相互作用，以及关键的 LR 对。其中，PACAP - PAC1 通路备受关注，针对该通路的相关药物正在进行偏头痛预防的临床试验，且这些药物有望穿透血脑屏障（BBB）且中枢神经系统（CNS）毒性低，这为后续研究其对 DIPG 肿瘤扩散的影响提供了可能。虽然 10x Visium 技术存在缺乏单细胞分辨率的局限性，但该研究为全面了解 DIPG 提供了重要信息，为未来的研究和治疗提供了新的方向和靶点。

总的来说，这项研究就像在黑暗中为探索 DIPG 的科研人员点亮了一盏明灯，让我们更深入地了解了 DIPG 的发病机制，为开发更有效的治疗策略带来了新的曙光。相信在未来，随着研究的不断深入，人类终将攻克 DIPG 这一难题，为患病儿童带来希望。