解析脑肿瘤血管奥秘：为 GBM 和 BrM 精准治疗提供新方向

本文通过多组学分析，揭示了胶质瘤和脑转移瘤（BrMs）血管特征，为靶向治疗提供依据。

　　

脑肿瘤血管研究背景

中枢神经系统（CNS）的恶性肿瘤主要包含原发性的胶质瘤和源自颅外癌症的脑转移瘤（BrMs） 。胶质瘤依据异柠檬酸脱氢酶（IDH）1 和 2 的突变情况，可分为低级别胶质瘤（LGGs，IDH 突变 [IDH mut]）和高级别胶质母细胞瘤（GBMs，IDH 野生型 [IDH WT]）。GBMs 是极具侵袭性的原发性脑肿瘤，患者中位生存期仅一年多；BrMs 患者的中位生存期也只有 5 - 10 个月。尽管其他癌症的治疗，如免疫疗法取得了显著进展，但 GBMs 仍然难以治愈，部分原因在于肿瘤细胞的高度异质性和免疫抑制的肿瘤微环境（TME）。

脑 TME 十分复杂，有着多样的免疫细胞，像小胶质细胞（MG）、单核细胞衍生的巨噬细胞（MDMs）、中性粒细胞和 T 细胞等。脑肿瘤的血管是 TME 的关键组成部分，它不仅调控着氧气和营养物质的供应，还影响着免疫细胞的浸润。血管由内皮细胞（ECs）、壁细胞（包括周细胞和平滑肌细胞 [SMCs]）、星形胶质细胞和相关的 MG 构成。以往对 ECs 的研究较多，而壁细胞的作用却探索不足，壁细胞与 ECs 协同维持血管的完整性和功能，还在胶质瘤的免疫抑制和治疗抵抗中发挥作用。

为深入研究壁细胞并构建血管成分图谱，研究人员开发了从人脑肿瘤样本和非肿瘤脑对照中平行分离内皮细胞和壁细胞的平台。本研究在此基础上，进一步纳入 IDH mut 胶质瘤和 IDH WT GBMs 进行分析，旨在揭示不同肿瘤类型血管化的调控机制，以及其对免疫细胞分布和功能的影响。

研究结果

1. IDH WT GBMs 在 ECs 和 mural cells 中表现出显著转录组改变：研究人员收集了 19 例患者的手术切除组织，包括 IDH mut 胶质瘤（7 例）和 IDH WT GBM（12 例）。通过荧光激活细胞分选（FACS）分离出内皮细胞和壁细胞，进行批量 RNA 测序。结果发现，IDH mut 胶质瘤的 ECs 与非肿瘤脑组织的 ECs 在转录组上非常相似，只有 1 个上调基因；而 IDH WT GBM 的 ECs 与非肿瘤 ECs 相比，有 341 个上调基因和 177 个下调基因。在壁细胞中，IDH mut 胶质瘤的壁细胞与非肿瘤样本聚类在一起，仅有 10 个差异表达基因（DEGs）；IDH WT GBM 的壁细胞与 BrM 的壁细胞聚类紧密，与非肿瘤和 IDH mut 胶质瘤的壁细胞差异明显，分别有 896 个上调基因和 1,080 个下调基因。

进一步对 IDH WT GBM 和 BrM 的 ECs 进行过表达分析（ORA），发现 125 个上调和 3 个下调的共享通路，涉及细胞外基质（ECM）组织、细胞可塑性等。在壁细胞中，也存在多个保守通路，如 ECM 组织和重塑、代谢过程等。这些结果表明，IDH WT GBMs 在血管细胞的转录组上发生了显著改变，而 IDH mut 胶质瘤则相对稳定。2. 原发性和转移性脑肿瘤中血脑屏障（BBB）的功能障碍：计算不同组别的 BBB 功能障碍模块得分发现，只有 IDH WT GBM 和 BrM 的内皮细胞和壁细胞的 BBB 功能障碍得分显著增加，IDH mut 胶质瘤则无明显变化。该模块中的多个基因在 IDH WT GBM 和 BrM 的血管细胞中发生改变，且多数与 ECM 重塑和增殖相关。

通过免疫荧光（IF）分析发现，IDH WT GBM 样本的血管大小显著增加，壁细胞与 EC 的比例也显著提高，但这些变化程度不如 BrM 样本。此外，IDH WT GBM 和 BrM 样本中血管外纤维蛋白原显著升高，胶原蛋白 - IV（Coll-IV）含量也增加，而 IDH mut 胶质瘤与非肿瘤脑组织相似。相关性分析表明，BBB 功能障碍模块得分与免疫细胞比例存在关联，如 ECs 的 BBB 功能障碍得分与肿瘤中淋巴细胞百分比正相关，壁细胞的得分与调节性 T 细胞（Tregs）正相关。这说明 IDH WT GBM 和 BrM 存在 BBB 功能障碍，且与免疫细胞浸润有关。3. IDH WT GBMs 和 BrM 的血管差异：对 IDH WT GBM 和 BrM 的血管细胞进行差异表达分析，发现 ECs 中有 148 个上调基因和 38 个下调基因，壁细胞中有 78 个上调基因和 170 个下调基因。进一步比较 IDH WT GBM 与不同转移亚型（乳腺癌、肺癌、黑色素瘤来源的 BrMs），发现与黑色素瘤来源的 BrM 差异最大，与肺癌来源的 BrM 最为相似。

基因集富集分析（GSEA）显示，IDH WT GBM 相关的内皮细胞和壁细胞中，免疫调节、促炎细胞因子和血管改变相关的通路显著下调，同时也有一些与运输、细胞黏附等相关的通路上调。在免疫检查点分子等的表达上，IDH WT GBM 也与 BrM 存在差异。这表明 IDH WT GBM 和 BrM 在血管特征和与免疫细胞的相互作用上存在明显差异。4. 脑肿瘤与神经系统疾病的血管改变比较：将 IDH WT GBMs 和 BrMs 的血管细胞差异表达基因与亨廷顿病（HD）和阿尔茨海默病（AD）进行比较，发现脑肿瘤与神经系统疾病的内皮细胞和壁细胞的 DEGs 重叠较少。对疾病特异性和共享的 DEGs 进行 ORA 分析，发现脑肿瘤特异性上调基因与 ECM 重塑和增殖相关，下调基因与 Wnt 和 TNF-α 信号通路等有关；共享 DEGs 与 ECM 和运输相关。这说明脑肿瘤和神经系统疾病的血管改变存在差异，但也有部分保守变化。5. 胶质瘤中内皮细胞和壁细胞的多样性：对 4 例患者（包括低级别 IDH mut 胶质瘤和高级别 IDH WT GBMs）的新鲜组织进行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）分析。聚类分析发现，ECs 可分为 7 个细胞群，在非肿瘤脑和 IDH mut 胶质瘤中，ECs 主要沿动静脉轴分布；在 IDH WT GBMs 中，毛细血管占比最多，BrM 样本则有更多的血管生成、干扰素和增殖性集群。壁细胞聚类出 7 个细胞群，非肿瘤和 IDH mut 样本中，运输周细胞和 SMCs 占主导；IDH WT GBMs 中，ECM 周细胞最为普遍。与 BrMs 相比，IDH WT GBMs 的增殖性和干扰素周细胞明显减少。此外，还发现血管亚型得分与免疫细胞比例存在相关性。这揭示了胶质瘤中内皮细胞和壁细胞的多样性，以及与免疫细胞的关联。6. 脑肿瘤中内皮细胞与壁细胞的通讯差异：利用 CellChat 研究不同样本中内皮细胞和壁细胞之间的通讯，发现非肿瘤和 IDH mut 胶质瘤样本中，运输周细胞的相互作用最强；IDH WT GBM 和 BrM 样本中，ECM 周细胞的相互作用最强。总体相互作用强度上，BrM 样本最高，IDH WT GBM 次之。常见的通讯通路包括 ECM 相关家族和血管发育通路，不同疾病状态也存在特异性通路。这表明脑肿瘤中内皮细胞与壁细胞的通讯存在差异，且与肿瘤类型相关。

研究意义与展望

本研究全面分析了 GBMs 和 BrMs 这两种侵袭性脑肿瘤的血管差异和相似之处，整合了多方面的研究成果，揭示了肿瘤特异性的血管和免疫特征。这些发现为开发针对脑肿瘤的血管和免疫靶向治疗提供了重要依据，强调了根据不同肿瘤类型制定个性化治疗策略的重要性。

不过，该研究也存在一些局限性。例如，非肿瘤样本来自年轻的癫痫患者，可能存在年龄差异的影响；IDH mut 胶质瘤和 IDH WT GBMs 的肿瘤分级不同，可能影响研究结果；scRNA-seq 样本数量有限，可能无法充分捕捉患者的异质性；壁细胞的定义可能导致成纤维细胞的代表性不足；与神经系统疾病比较时，外部数据集的技术差异可能影响结果；细胞通讯分析未考虑细胞类型的空间组织，关键的配体 - 受体相互作用未进一步验证等。

未来，结合空间转录组学和循环 IF 分析的研究将有助于更深入地理解脑 TME 中血管和免疫细胞之间的相互作用，为脑肿瘤的治疗开辟新的道路。同时，利用免疫健全的小鼠模型来验证研究结果，也将为临床治疗提供更可靠的参考。