弥漫性中线胶质瘤（Diffuse Midline Glioma, DMG)是儿童中枢神经系统近乎普遍致死性的肿瘤。在动物模型中，DMG通过神经元至胶质瘤突触（neuron-to-glioma synapses)和胶质瘤间缝隙连接（gap junctional coupling)形成功能整合的全脑网络。这种广泛的连接性通过旁分泌机制和直接的神经元至胶质瘤突触，有力地促进了DMG及其他胶质恶性肿瘤的生长和侵袭。然而，这些连接在活体人脑中的组织形式及其临床意义尚待阐明。本研究中，研究人员开发了肿瘤网络映射技术以计算DMG的全脑连接特征，定义了一个在脑桥和丘脑DMG中保守的、与患者短期生存相关的脑网络（DMG网络）。在两个外部验证队列中，肿瘤与DMG网络的功能连接性均能独立预测患者的总生存期。肿瘤生长映射到DMG网络特定的轨迹，而发育过程中网络内神经代谢变化的峰值与DMG的发病年龄峰值时空对齐。单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq)数据分析证实高连接性DMG中多样的突触基因富集。引人注目的是，对高连接性丘脑DMG组织的偶然手术切除带来了显著的生存优势。综上所述，这些数据定义了儿童DMG中一个保守且具有预后重要性的脑网络，与DMG利用原本健康的脑回路促进肿瘤生长的假设一致。
本研究旨在探索弥漫性中线胶质瘤（Diffuse Midline Glioma, DMG）在活体人脑中的神经环路组织及其临床预后意义。研究背景源于一个关键的临床难题：尽管过去二十年开展了大量临床试验，DMG仍是儿童实体瘤相关死亡的首要原因，具有 notorious 的治疗抵抗性和近乎普遍的致死性。DMG广泛浸润健康脑实质的特征，包括向额颞叶等远隔脑区的扩散，无法通过当前的肿瘤进化模型充分解释。近期研究表明，DMG通过旁分泌信号（如脑源性神经营养因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF)和 Neuroligin-3 (NLGN3))以及真正的电生理功能性神经元至胶质瘤突触（涵盖谷氨酸能AMPA受体介导、胆碱能M1-M3受体介导和GABA
A受体介导等多种神经递质类型）与正常神经回路整合。动物模型显示胶质瘤细胞膜去极化通过电压依赖性机制驱动肿瘤生长，且远距离投射的神经细胞群体参与胶质瘤回路的活动，这些活动可能驱动肿瘤进展。然而，既往绘制肿瘤相关神经环路的研究局限于小鼠模型，无法完全代表人类特异性神经生物学和治疗相关性。此外，DMG发病的独特时空模式——脑桥和丘脑肿瘤分别在儿童早期和青春期早期达到发病高峰——提示肿瘤可能利用了潜在的神经发育过程。
研究人员利用患者临床数据和人脑连接组数据，开展了以下研究：首先定义了与DMG患儿短期生存相关的脑网络连接的空间拓扑特征，进而刻画DMG肿瘤生长的回路特异性轨迹。研究纳入了来自伦敦大奥蒙德街儿童医院（Great Ormond Street Hospital for Children, GOSH）的发现队列125例患儿（脑桥DMG/弥漫性 intrinsic 脑桥胶质瘤（Diffuse Intrinsic Pontine Glioma, DIPG) 106例，丘脑DMG 19例），以及两个独立的外部验证队列。研究人员开发了肿瘤网络映射（tumour network mapping）技术，基于病变网络映射（lesion network mapping）框架，利用大规模人群（n=1,000）的儿童静息态功能磁共振成像（functional MRI, fMRI)连接组数据，计算每位患者肿瘤位置的全脑功能连接特征，以识别与短期生存相关的共同脑网络连接。肿瘤体积作为协变量纳入分析以控制病变大小的混杂效应。同时，研究还利用扩散加权MRI（diffusion-weighted MRI, dMRI)结构连接组数据进行分析验证。
研究发现，DMG网络在脑桥和丘脑肿瘤中具有保守性，涵盖脑桥、丘脑（中央中核、内侧枕核和腹中间核）、运动皮层（M1和辅助运动区（Supplementary Motor Area, SMA)）、眶额皮层和岛叶皮层、边缘系统（杏仁核、海马、基底节和前扣带皮层（Anterior Cingulate Cortex, ACC)）、颞上回和小脑等脑区。该网络的拓扑特征在多种统计方法、临床协变量控制（年龄、性别、肿瘤原发位置）以及不同连接组数据集（包括成人连接组）中均保持稳健。在两个独立外部验证队列中，肿瘤与DMG网络的功能连接性均能显著预测患者总生存期，且为独立于临床因素（年龄、性别、切除程度、辅助放化疗完成情况）的预后因素。网络连接性的预后价值具有DMG特异性，在成人胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM)中不具预测性，且不能仅用儿童连接组的固有枢纽结构来解释。
肿瘤进展分析显示，DMG的解剖学浸润和转移表现出朝向DMG网络连接峰的方向性。在71例配对诊断和终末期MRI的患儿中，新发生长在网络内显著高于网络外；34例原发部位以外出现肿瘤进展的患儿中，肿瘤在DMG网络节点中的 burden 与该节点的功能连接性程度正相关。6例原发脊髓DMG的颅内转移灶也几乎完全定位于DMG网络内，进一步支持了肿瘤生长与网络连接性的空间关联。
研究还揭示了DMG发病率与神经代谢发育的时空关联。DMG全队列年龄发病率与儿童期（0-16岁）
18F-氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描（[
18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose positron emission tomography, [
18F]FDG-PET)信号的变化呈强线性依赖（R=0.612, P=0.012），神经代谢变化的最大峰值出现在5-6岁（脑桥DMG发病高峰）和11-12岁（丘脑DMG次高峰），且这些峰值的脑区主要位于DMG网络内部。
单核RNA测序分析为网络连接性的生物学基础提供了分子层面证据。对7例新鲜冷冻手术切除样本的分析显示，高连接性DMG在恶性细胞（主要为少突胶质细胞前体细胞（Oligodendrocyte Precursor Cell, OPC)样细胞）中特异性富集了与神经元至胶质瘤突触形成相关的转录特征、患者活检来源DIPG突触特征以及肿瘤侵袭性特征，且在谷氨酸能、胆碱能、5-羟色胺能和去甲肾上腺素能等多种神经递质信号中均观察到突触基因的表达增加。这与DMG网络的化学结构特征一致——该网络的化学主导架构由5-HT
2A受体和M1毒蕈碱型乙酰胆碱受体贡献最大，且短期生存者显示出与胆碱能、5-羟色胺能和去甲肾上腺素能核团的更强连接。
在临床应用方面，研究意外发现对丘脑DMG高连接性肿瘤亚区进行次全切除（切除>10%但<90%肿瘤体积）可带来显著生存优势，且该效应独立于切除肿瘤体积，提示手术断开肿瘤网络连接可能具有治疗价值。
本研究的讨论部分综合了多模态证据，提出了DMG利用健康脑回路促进肿瘤生长和侵袭的工作模型。研究人员指出，虽然本研究未能直接证明肿瘤神经活动与肿瘤生长的因果关系，但跨越多种模态的汇聚数据与该假设一致。DMG网络作为预后性脑网络连接的空间保守图谱，其定义不排除个体化神经元-胶质瘤连接变异的潜在影响，未来方法应用于其他胶质恶性肿瘤可能揭示共享和肿瘤特异性亚回路。
研究人员强调，神经活动不仅促进胶质瘤生长，还参与肿瘤的起始和维持。高连接性DMG富集神经元和突触基因程序以及对神经元输入响应的基因，这为DMG网络分层提供了单细胞分辨率的验证。儿童期神经代谢活动的峰值变化定位于DMG网络，可能反映了与该网络连接和通讯的脑回路在发育成熟过程中的神经活动增加，以及DMG可能获得继发性突变的关键易损期。
DMG网络所代表的全脑预后性连接支持了DMG及其他高级别胶质瘤占据浸润性微环境、与远离原发肿瘤细胞的脑区通讯的前临床证据。通过切除高连接性DMG肿瘤亚区选择性断开这种通讯与患者更长总生存期相关，提示局灶性、体积非依赖性的肿瘤网络损伤可能调节肿瘤生长，并提出DMG网络可作为前瞻性临床试验中治疗性神经调控的可检验靶点。
研究结论指出，本研究结果定义了儿童DMG中空间保守的预后性脑网络连接图谱，与前临床证据一致，即DMG的生长和浸润受到多样化全脑神经元相互作用的 robust 调控。对这些明确脆弱性的药理学和外科靶向可能对于开发这种毁灭性儿童癌症的 new 回路水平治疗手段至关重要。
