大脑里的“危险对话”！Stem Cell Reports：胆碱能神经元如何通过突触连接“喂养”胶质母细胞瘤？

在大脑这片神秘的“宇宙”中，神经细胞与肿瘤细胞的互动一直是医学研究的热点。胶质母细胞瘤（GBM）作为最常见且恶性程度最高的脑肿瘤之一，其与神经元的相互作用机制尚未完全明晰。

近日，Stem Cell Reports杂志发表了一项由宾夕法尼亚大学研究团队完成的重要研究Cholinergic neuron-to-glioblastoma synapses in a human iPSC-derived co-culture model，他们利用人类诱导多能干细胞（hiPSC）构建了胆碱能神经元与GBM的共培养模型，首次在全人类细胞系统中证实了胆碱能神经元与GBM细胞之间存在结构和功能上的突触连接，并揭示了这些连接如何通过调控肿瘤细胞的转录程序促进GBM进展。

研究背景与模型构建

长久以来，多数研究聚焦于谷氨酸能神经元与GBM的相互作用，而其他神经递质类型的神经元对GBM的影响在全人类细胞系统中仍不明确。研究团队创新性地将患者来源的GBM类器官（GBOs）与hiPSC衍生的胆碱能神经元进行共培养。这种模型不仅保留了人类细胞的生物学特性，还为研究神经元与肿瘤细胞的交互作用提供了理想的平台。

胆碱能神经元与GBM的直接对话

通过狂犬病毒单突触追踪技术，研究人员观察到GFP⁺DsRed^-的胆碱能神经元紧邻GBM起始细胞，表明狂犬病毒从突触后肿瘤细胞快速传播至突触前胆碱能神经元，直接证明了突触连接的存在。电子显微镜进一步揭示了突触的超微结构：胆碱能神经元的轴突携带清晰的突触小泡，与GBM细胞形成紧密接触，这些结构特征为突触连接提供了坚实的形态学证据。

图 1 证实共培养中胆碱能神经元与GBM的单突触连接结构

在功能层面，研究团队利用光遗传学结合钙成像技术发现，当胆碱能神经元受到光刺激时，GBM细胞内钙离子浓度迅速升高，而加入毒蕈碱型乙酰胆碱受体CHRM3的特异性阻断剂4-DAMP后，这种钙响应被完全消除。这一结果表明，胆碱能神经元通过释放乙酰胆碱激活GBM细胞上的CHRM3受体，实现功能性的突触信号传递。值得注意的是，CHRM3在原发性GBM的单细胞RNA测序数据中高表达，提示其在GBM进展中可能具有重要作用。

图 2 通过电镜和功能实验验证CHRM3介导的突触功能

神经元驱动GBM的增殖与表型转变

深入的单细胞RNA测序分析显示，与GBM单培养相比，共培养条件下的GBM细胞转录谱发生显著改变，向神经前体细胞（NPC）样和少突胶质前体细胞（OPC）样状态转变，约50%的GBM细胞呈现NPC/OPC样特征，而基线水平仅为25%。这些细胞同时上调神经元相关基因（如NEFL、STMN2、NEUROG3）、脂质代谢基因（如INSIG1、LDLR、CDHR1）以及细胞生长相关通路（如E2F靶点和mTORC1信号）。

功能实验进一步证实，与胆碱能神经元共培养显著提高了GBM细胞的增殖速率和定向迁移能力。通过比较共培养与神经元条件培养基处理的GBM细胞，研究人员发现直接接触和可溶性因子均参与了肿瘤细胞的转录调控，但脂质代谢相关通路的激活主要依赖于神经元与GBM的直接相互作用。

图 3 揭示胆碱能神经元诱导GBM的表型转变和增殖增强

图 4 阐明直接接触与可溶性因子对GBM转录调控的差异机制

神经元促进GBM增殖的关键枢纽

机制研究表明，胆固醇生物合成通路在共培养条件下被显著激活，HMG-CoA还原酶和DHCR24等关键基因表达上调。当使用辛伐他汀（HMG-CoA还原酶抑制剂）或SH-42（DHCR24选择性抑制剂）阻断胆固醇合成时，胆碱能神经元诱导的GBM增殖效应被大幅削弱。这一发现揭示了胆固醇代谢在神经元-肿瘤相互作用中的关键作用，为GBM的治疗提供了新的潜在靶点。

研究意义与未来展望

这项研究首次在全人类细胞系统中证实了胆碱能神经元与GBM细胞之间存在功能性突触连接，并阐明了这些连接通过调控胆固醇代谢和细胞增殖相关通路促进GBM进展的分子机制。hiPSC衍生的共培养模型为研究肿瘤-神经交互作用提供了强大的平台，有望推动癌症神经科学领域的发展。

从实验室到临床，我们对GBM的认识正在不断深化。未来，针对CHRM3受体或胆固醇代谢通路的靶向治疗可能为GBM患者带来新的希望。随着技术的进步和研究的深入，我们期待这些基础研究成果能早日转化为临床实践，为战胜这一凶险的脑肿瘤提供新的策略。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Sun Y, Wang X, Zhang Z, et al. Cholinergic neuron-to-glioblastoma synapses in a human iPSC-derived co-culture model. Stem Cell Reports. Published online June 4, 2025. doi:10.1016/j.stemcr.2025.102534