VS200和fMOST技術(shù)助力解析遠(yuǎn)距離膽堿能輸入對GBM進(jìn)展的影響
近日，陸軍軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院病理科與腦膠質(zhì)瘤醫(yī)學(xué)研究中心卞修武院士團(tuán)隊，聯(lián)合該院神經(jīng)外科馮華教授、陳圖南副教授、李飛教授，以及聯(lián)勤保障部隊第904醫(yī)院神經(jīng)外科王玉海教授，在Cancer Cell上發(fā)表了一項重要研究，系統(tǒng)繪制了神經(jīng)元與膠質(zhì)瘤細(xì)胞之間的全腦連接圖譜，并深入揭示了遠(yuǎn)距離膽堿能輸入在促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）進(jìn)展中的關(guān)鍵作用。該研究為“癌癥神經(jīng)科學(xué)”領(lǐng)域提供了新的研究思路，并提示了潛在的治療新靶點(diǎn)。
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）作為最具侵襲性的原發(fā)性腦腫瘤，其進(jìn)展高度依賴于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的微環(huán)境。近年研究表明，GBM細(xì)胞能夠主動整合入神經(jīng)環(huán)路，與神經(jīng)元發(fā)生交互，從而促進(jìn)自身增殖。然而，關(guān)于其全腦范圍的神經(jīng)連接模式及不同神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離調(diào)控機(jī)制，目前仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識。在該項研究中，團(tuán)隊首先借助偽狂犬病毒介導(dǎo)的逆行跨單突觸追蹤系統(tǒng)，利用奧偉登（Evident）VS200全玻片掃描系統(tǒng)和fMOST技術(shù)，全面解析了移植于不同腦區(qū)、代表不同分子亞型的人源GBM細(xì)胞所接受的上游神經(jīng)輸入。研究不僅驗證了局部興奮性神經(jīng)元對腫瘤的支配，還首次發(fā)現(xiàn)多個遠(yuǎn)距離神經(jīng)調(diào)質(zhì)系統(tǒng)—包括基底前腦膽堿能神經(jīng)元、中縫背核5-羥色胺能神經(jīng)元、藍(lán)斑核去甲腎上腺素能神經(jīng)元及黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元—與膠質(zhì)瘤細(xì)胞建立了廣泛的單突觸連接。
圖1：膠質(zhì)瘤細(xì)胞上游單突觸連接神經(jīng)元全腦圖譜繪制
進(jìn)一步地，研究者聚焦于膽堿能系統(tǒng)展開功能驗證。通過病毒工具特異性標(biāo)記基底前腦斜帶核（DBB）中的ChAT陽性神經(jīng)元，并在電鏡水平確認(rèn)其與腫瘤細(xì)胞之間形成典型的突觸超微結(jié)構(gòu)。利用光遺傳技術(shù)激活ChAT⁺神經(jīng)末梢，利用奧偉登（Evident）SpinSR超分辨成像系統(tǒng)檢測膠質(zhì)瘤細(xì)胞內(nèi)鈣信號活動，證實該連接具有功能活性。
圖2：膠質(zhì)瘤細(xì)胞與上游膽堿能神經(jīng)元之間突觸連接及功能鑒定
在機(jī)制層面，研究團(tuán)隊運(yùn)用多種遺傳干預(yù)手段，包括條件性剔除DBB區(qū)ChAT神經(jīng)元、使用TeNT毒素阻斷乙酰膽堿釋放，以及通過CRISPR–Cas9技術(shù)敲減膽堿能關(guān)鍵受體，一致表明抑制膽堿能信號可顯著延緩腫瘤生長。通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析與CRISPR篩選，研究者鑒定出毒蕈堿型受體CHRM3是乙酰膽堿促進(jìn)GBM增殖的主要介導(dǎo)者。與谷氨酸等興奮性遞質(zhì)相比，膽堿能信號對腫瘤的促生長效應(yīng)更為持久。
圖3：殺死/阻斷/抑制膽堿能神經(jīng)元可減緩膠質(zhì)瘤進(jìn)展
在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)方面，該研究提出“老藥新用”的治療策略：抗膽堿藥物東莨菪堿可有效抑制小鼠模型中GB的生長，并能增強(qiáng)替莫唑胺的化療敏感性；相反，常用的乙酰膽堿酯酶抑制劑（如多奈哌齊）則可能因提升膽堿能水平而加速腫瘤進(jìn)展，提示臨床需謹(jǐn)慎評估該類藥物的使用風(fēng)險。
圖4：臨床常用藥物干預(yù)
該項研究創(chuàng)新性地引入神經(jīng)環(huán)路研究范式解析腫瘤–神經(jīng)互作，突破了傳統(tǒng)局部微環(huán)境的概念，建立了“全腦尺度神經(jīng)環(huán)路–腫瘤交互”的新理論框架，不僅深化了對GBM進(jìn)展機(jī)制的理解，也為臨床治療提供了新的策略依據(jù)。
本研究致力于探索膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中神經(jīng)元與腫瘤細(xì)胞之間的全腦連接機(jī)制，需對從單細(xì)胞層面到整體組織、大腦表層及深層區(qū)域進(jìn)行多層次、高精度的觀測。實驗中所用的組織樣本顯微圖像由奧偉登（Eviden）研究級全玻片掃描系統(tǒng)VS200拍攝完成。VS200能夠?qū)ν暾麡颖具M(jìn)行高速、高分辨率全景掃描，實現(xiàn)全局成像，獲取大視野、高信息量的圖像數(shù)據(jù)，助力科研人員從宏觀組織架構(gòu)到微觀細(xì)胞特征進(jìn)行全面解析。
在膠質(zhì)瘤細(xì)胞內(nèi)鈣信號活動的記錄中，科研人員采用了奧偉登（Evident）超分辨顯微系統(tǒng)IXplore SpinSR進(jìn)行共聚焦成像。該系統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)盤設(shè)計賦予其卓越性能：最高可達(dá)120 nm的超高分辨率、200 fps的快速成像能力，并支持寬場、共聚焦與超分辨模式的一鍵切換。同時，其低光漂白特性大大延長樣本活性，大幅提升實驗效率與數(shù)據(jù)可靠性，為神經(jīng)腫瘤學(xué)研究提供強(qiáng)有力的工具支持。奧偉登已全新推出IXplore IX85 SpinSR 超分辨成像系統(tǒng)，詳見下圖。
該論文共同第一作者為西南醫(yī)院病理科楊陽博士后（合作導(dǎo)師卞修武院士）、神經(jīng)外科楊川艷實驗師和重慶市公共衛(wèi)生醫(yī)療救治中心病理科陳雪竹技師。通訊作者為卞修武院士、馮華教授、陳圖南副教授、李飛教授及王玉海教授。
文中數(shù)據(jù)圖像來自論文。
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