胆碱能神经元活动通过毒蕈碱信号通路促进弥漫性中线胶质瘤生长的机制研究

时间：2025年6月20日

来源：Cell

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研究人员针对弥漫性中线胶质瘤(DMG)的生长调控机制开展研究，发现中脑胆碱能神经元活动通过毒蕈碱受体M1/M3(CHRM1/CHRM3)信号通路促进DMG细胞增殖。该研究揭示了神经元-胶质瘤双向互作的新机制，为靶向神经微环境的DMG治疗提供了新策略。

弥漫性中线胶质瘤(DMG)是一类好发于儿童脑干、丘脑等中线结构的致命性脑肿瘤，其中H3K27M突变型预后极差。传统治疗手段收效甚微，五年生存率不足1%。近年研究发现神经元活动可促进胶质瘤生长，但以往研究多集中于谷氨酸能神经元，对胆碱能等调节性神经元的作用知之甚少。中脑胆碱能核团（包括脚桥核PPN和背外侧被盖核LDT）向丘脑、脑桥等DMG好发部位发出密集投射，这种特殊的神经解剖联系暗示胆碱能神经可能参与DMG的病理过程。

斯坦福大学医学院Michelle Monje团队与Karl Deisseroth团队合作，在《Cell》发表重要研究成果。研究采用患者来源异种移植模型(PDX)和基因工程小鼠模型，结合光遗传学操控、单细胞转录组分析等技术，系统阐明了中脑胆碱能神经元通过毒蕈碱受体调控DMG生长的分子机制。关键技术包括：1）构建新型转基因小鼠Ai230实现胆碱能神经元特异性标记与操控；2）开发VAChTe1增强子驱动的病毒载体实现胆碱能神经元靶向；3）采用光纤光度法实时监测肿瘤微环境乙酰胆碱释放；4）通过单细胞RNA测序解析DMG细胞的受体表达谱；5）建立人iPSC来源胆碱能神经元与DMG共培养系统。

研究结果主要包括：

胆碱能神经元活动增加少突胶质前体细胞(OPC)增殖
通过光遗传学特异性激活中脑PPN或LDT胆碱能神经元，发现其投射靶区（脑桥或丘脑）的OPC增殖显著增加，呈现明显的环路依赖性。这一现象在皮层也被观察到，但在腹侧被盖区(VTA)、伏隔核等区域不显著。
胆碱能神经元活动促进胶质瘤生长
在H3K27M-DMG小鼠模型中，激活PPN胆碱能神经元使脑桥肿瘤细胞增殖增加2倍，而激活LDT则选择性促进丘脑肿瘤生长。使用抑制性视蛋白eNpHR3.0沉默胆碱能神经元可产生相反效果。患者来源DMG异种移植模型验证了这一环路特异性效应。
乙酰胆碱直接作用于胶质瘤细胞
共培养实验显示人iPSC来源胆碱能神经元可通过突触结构作用于DMG细胞。乙酰胆碱以剂量依赖方式促进DMG增殖和迁移，该效应可被毒蕈碱受体拮抗剂阻断，而烟碱受体拮抗剂无效。单细胞RNA测序发现DMG中CHRM1和CHRM3高表达，尤其在OPC样恶性细胞亚群中富集。
胶质瘤增强胆碱能神经元活动
纤维光度法和电生理记录显示，随着DMG进展，中脑胆碱能神经元自发放电和乙酰胆碱释放逐渐增强，形成正反馈循环。这种双向互作可能解释DMG患者常见的认知行为异常。

该研究首次揭示中脑胆碱能神经活动通过毒蕈碱受体M1/M3促进DMG生长的机制，为理解神经系统调控肿瘤进展提供了新视角。发现CHRM1/CHRM3在DMG恶性细胞中特异性高表达，提示靶向这些受体可能成为治疗新策略。研究还建立了从基因工程小鼠到患者来源模型的完整技术体系，为神经肿瘤学研究提供了重要工具。这些发现不仅对DMG治疗具有直接指导意义，也为其他神经相关肿瘤的研究提供了范式参考。