撰文 | 脑菌蚁 责编 | 周叶斌
高级别胶质瘤是儿童和成人最常见的原发性颅内恶性肿瘤，传统手术、放疗和药物治疗(典型的是替莫唑胺化疗)并没有显著改善高级别胶质瘤患者的生存结果，中位生存期仅为几年。该病治疗很难取得进展的原因包括肿瘤向周围正常脑组织侵润性生长，限制了手术全切除以及局部治疗的效果。胶质母细胞瘤干细胞被认为参与了这一过程，但高级别胶质瘤浸润是如何发生的仍知之甚少。
静息细胞（quiescent cell）是指暂时退出细胞分裂周期，进入G0期的癌细胞，属于肿瘤休眠机制的一种，即细胞休眠。静息态癌细胞对细胞周期依赖的化疗药物耐受，在一定条件下将被激活并再次增殖，导致癌症的复发。此外，静息态癌细胞可以播散至远端转移灶，促进肿瘤发生转移。因此，靶向静息态癌细胞的药物研发有望成为预防癌症复发和转移的重要策略。静息细胞亚群与胶质瘤复发和治疗抵抗有关，但它们的可视化追踪和靶向定位仍然具有挑战性，阻碍了它们的机制研究。
2022年8月15日，由 Francesco Antonica 和 Luca Tiberi 团队发表于 Nature Communications 题为 A slow-cycling/quiescent cells subpopulation is involved in glioma invasiveness 的文章， 确定了在儿童高级别胶质瘤患者中存在非增殖状态且表达 Prominin-1 的恶性细胞群。研究使用基因工具可视化追踪和消融小鼠脑癌和人类癌症类器官中的静息细胞，揭示了它们位于肿瘤核心和边缘，并证明静息细胞参与脑癌细胞的浸润。最后，还发现DYRK1A/B抑制剂去氢骆驼蓬碱可部分减少静息和浸润癌细胞的数量，揭示了静息细胞亚群可能是导致高级别胶质瘤侵袭性的部分原因。
过往研究显示Prominin-1(也称为CD133)是许多类型癌症中癌症干细胞的标志。Prominin-1阳性（PROM1+）细胞被认为是肿瘤祖细胞，其特征是对放疗和化疗抵抗，并被认为与癌症复发有关。可是人类脑瘤组织Prominin-1表达数据很少。对此，研究人员重新分析了一个包括20名成人与8名儿童的神经胶质瘤单细胞RNA-seq数据，结果发现儿童神经胶质瘤中有较高的Prominin-1表达。
研究人员又根据细胞周期相关的基因表达，将肿瘤细胞进一步分为周期性与非周期性（包括静息）癌细胞。结合Prominin-1表达数据显示，11%的成人与16%的儿童神经胶质瘤细胞属于一个非周期性PROM1+的细胞亚群。这些非周期性PROMIN1+细胞里与细胞黏附、扩散相关的基因表达更高。
儿童胶质母细胞瘤中非周期 PROM1+ 细胞群的表征，恶性非周期PROM1+细胞(包括静息细胞)始终存在于儿童脑肿瘤中
接下来作者设计了可以观察G0期的荧光蛋白（mVenus）指示系统。利用这一系统，研究人员可以在小鼠神经胶质瘤模型里将静息态肿瘤细胞可视化并进行追踪。而作者也用它来分析静止期PROM1+细胞在小鼠脑肿瘤里的位置，发现它们存在于肿瘤不同区域，包括中心和边缘浸润区。
小鼠脑肿瘤中静息态Prom1+细胞的直接可视化追踪
接下来作者对接受了替莫唑胺（TMZ）治疗的小鼠脑肿瘤中静息态Prom1+细胞做了谱系追踪。结果显示证实了TMZ治疗有效减小了肿瘤体积，不过停药后肿瘤会快速复发，而且TMZ治疗前后静息态Prom1+细胞没有显著差异。研究人员又尝试了直接清除静息态Prom1+细胞。在注入肿瘤细胞同时清除静息态Prom1+细胞可以延长小鼠存活时间，肿瘤也更小。不过在肿瘤建议后再清除就没有这些效果，但入侵的细胞减少了。这些证据意味着静息态Prom1+细胞与肿瘤的入侵、扩散有关。
最后，作者希望能在人类肿瘤细胞中证实在小鼠肿瘤模型里的发现。于是研究人员又建立了人类脑瘤的类器官模型，并且证明了在该模型中也能跟踪静息态肿瘤细胞。由于化疗杀死的是恶性增殖细胞，导致肿瘤增长速度放缓，因此静息态肿瘤细胞往往不受影响。作者尝试用各种药物处理类器官模型，筛选可以清除静息态肿瘤细胞的药物。结果发现DYRK1A/B抑制剂去氢骆驼蓬碱（Harmine）清除静息细胞的效果最好，也降低了肿瘤类器官的侵入性。或许可以尝试作为浸润性高级别神经胶质瘤的治疗药物。
在人脑癌类器官和神经胶质瘤细胞系中测试的靶向静息态肿瘤细胞可减少侵袭
综上，该研究建立了一系列将静息态肿瘤细胞可视化的模型。在发现儿童神经胶质瘤中存在Promin1+静息细胞的同时，利用可视化模型显示这些细胞可能与肿瘤的入侵、扩散有关。还发现去氢骆驼蓬碱可能是一种用于治疗高级别神经胶质瘤的药物，能够靶向慢循环/静息细胞。为探索靶向静息态肿瘤细胞治疗高级别胶质瘤提供了重要思路。
撰文
责编
制作
排版 | 车洁 校对 | uu