异柠檬酸脱氢酶（IDH）野生型的胶质母细胞瘤是一种恶性脑部肿瘤，通常预后较差，尚无有效治疗方式[1]。在过去的几十年中，我们为胶质母细胞瘤基础研究向临床转化做出了大量努力，但是大多数分子疗法在临床实验中都无疾而终[2,3]，原因可能是肿瘤存在异质性，导致靶向疗法失败，比如受体酪氨酸激酶抑制剂或整合素拮抗剂只对一部分胶质瘤细胞有效[4]。理解肿瘤细胞的多样性和可塑性对治疗中预测细胞行为以及找到控制多样性的关键基因非常重要。
研究人员前期单细胞RNA测序发现恶性胶质瘤细胞有四种状态：神经祖细胞样（NPC-like）、少突胶质细胞祖细胞样（OPC-like）、星形胶质细胞样（AC-like）和间充质样（MES-like），肿瘤细胞具有潜在的状态可塑性[5,6]。尽管这些细胞状态为我们理解肿瘤异质性提供了一定的理论基础，但它们的功能、对治疗的敏感性以及它们的存在和具有可塑性的机制，仍不清楚。前三种状态在肿瘤中出现的频率受一些驱动基因（如CDK4、PDGFRA、EGFR等）的影响；间充质样状态的肿瘤细胞在正常的人脑组织中几乎不存在，只与遗传改变相关，对此类细胞的研究较少。已有研究表明，TCGA-MES亚型与巨噬细胞的丰度相关，富含TCGA-MES肿瘤的NF1突变或缺失增加了巨噬细胞的募集[7]，因此，TCGA-MES在一定程度上与肿瘤中巨噬细胞的丰度增加有关，这也可能解释其在复发性疾病中的优势[8]。但究竟是什么促使胶质母细胞瘤中出现类似MES的状态仍有待解析，细胞外源性因子对癌细胞或免疫细胞的功能仍有待阐明。
抑瘤素M（OSM）是继白介素-6（IL-6）、白血病抑制因子 （LIF）、肿瘤坏死因子（TNF）等之后发现的又一种具有重要生物学意义的细胞因子。其主要功能是抑制多种肿瘤细胞的生长，并能诱导某些肿瘤细胞的分化。抑瘤素M受体（OSMR）广泛分布于多种肿瘤细胞、内皮细胞及上皮细胞的表面。抑瘤素M介导的抑制肿瘤细胞生长及诱导其分化的效应都是通过特异性的高亲和力受体来发挥作用[9,10]。
2021年6月3日，来自以色列魏茨曼科学研究所的Itay Tirosh 教授团队联合哈佛大学医学院附属麻省总医院的Mario L Suva团队在《癌细胞》杂志发表论文，利用小鼠模型和胶质瘤细胞球体模型，发现胶质母细胞瘤MES样状态与巨噬细胞表达、T细胞丰度和细胞毒性增加密切相关。本论文详细解析了免疫细胞和肿瘤细胞相互作用、驱动胶质母细胞瘤细胞向MES状态样转变的机制，阐明了肿瘤微环境中的免疫细胞诱导肿瘤细胞状态改变的机制，为治疗胶质母细胞瘤提供了新的治疗方案。
通过对scRNA-seq的数据进行分析发现免疫细胞包括巨噬细胞、T细胞等在MES样肿瘤细胞中比例较高。通过建立小鼠胶质母细胞瘤移植瘤模型以及免疫组化检测发现巨噬细胞在MES样肿瘤细胞的比例比在NPC样肿瘤中高很多。对人类胶质瘤样本的分析得到了和小鼠模型相似的结果。对移植瘤小鼠注射去除巨噬细胞的氯磷酸，发现MES样胶质瘤细胞大幅度减少。说明了巨噬细胞诱导胶质母细胞瘤细胞向间充质样状态转变。
通过对scRNA-seq的数据进一步分析，作者找到了在巨噬细胞中高表达的5个配体以在恶性胶质母细胞瘤细胞中高表达的受体，同样也找到了在T细胞和少突胶质细胞分别高表达的配体和受体，由于巨噬细胞在胶质母细胞瘤中丰度较高且与MES样胶质瘤细胞密切相关。巨噬细胞产生的配体对应的四个受体中，有三个在MES样癌细胞中优先表达。巨噬细胞产生的配体在胶质瘤相关的巨噬细胞中的表达比在正常组织中的表达量高。通过在胶质瘤小鼠肿瘤中过表达这些配体，发现过表达5个配体中的2个配体（Osm和Hbegf）导致MES样细胞丰度增加，因此在小鼠模型中，巨噬细胞上分泌的配体诱导了MES样胶质瘤细胞向MES样状态的转变。
研究人员通过对人源胶质瘤细胞进行体外培养发现这些细胞球重现了肿瘤的异质性，对MGG23人源胶质瘤细胞系使用巨噬细胞分泌的配体OSM（即抑瘤素M）处理24小时发现MES样肿瘤细胞大幅度增加。RNA测序数据显示OSM上调MES样肿瘤细胞，下调NPC样细胞。使用重组的OSM处理胶质瘤小鼠发现MES样肿瘤细胞增加，OPC样和NPC样细胞减少。因此OSM诱导胶质母细胞瘤细胞向MES样转变。
OSM配体和LIFR-AP130结合成复合物，使STAT3诱导癌细胞转向MES样状态。OSM是白介素6家族的一个多效性细胞因子，与OSMR或LIFR结合，和GP130在同个复合体上。使用OSM处理细胞，敲除OSMR可以部分降低MES样细胞表达，而同时敲除OSMR和LIFR或者敲除IL6ST使MES样细胞消失，说明在MGG23人源胶质瘤细胞中，OSM本身足以可以像巨噬细胞一样诱导肿瘤细胞向MES样转变。通过设计8个靶向调控间充质样状态的转录因子发现敲除STAT3使OSM介导的MES样转变消失。因此OSM介导的诱导作用主要来自对于STAT3的调控。
进一步研究发现巨噬细胞的间充质状态与胶质母细胞瘤细胞之间存在联系。通过小鼠体内模型，在胶质母细胞瘤细胞中过表达OSM，发现巨噬细胞的间充质样状态（macrophage-mesenchymal，MP-MES)比例增加。
胶质母细胞瘤相关的巨噬细胞通常具有免疫抑制作用[11]，通过对TCGA的RNA测序结果分析发现，T细胞丰度与肿瘤细胞的MES样状态高度相关，Treg细胞与MES样状态的胶质母细胞瘤细胞相关性较低。在MES样状态的胶质母细胞瘤细胞中，T细胞表达较高，细胞因子和趋化因子表达无显著变化。过表达OSM的胶质瘤细胞中MHCI和MHCII表达高于NPC样和OPC样的胶质母细胞瘤细胞。T细胞对MES样状态的胶质母细胞瘤细胞具有更好的杀伤作用，通过过表达OSM等诱导胶质母细胞瘤细胞向MES样状态转变对提高T细胞杀伤作用治疗肿瘤具有较好的效果。因此胶质母细胞瘤的MES状态与T细胞激活密切相关。
综上所述，作者通过对TCGA的RNA测序结果分析，结合功能试验，发现胶质母细胞瘤细胞与肿瘤微环境中的免疫细胞相互作用从而介导肿瘤细胞状态改变，免疫微环境中的巨噬细胞诱导了肿瘤细胞向间充质状态转变，巨噬细胞分泌的OSM与其受体相互作用激活STAT3，MES样肿瘤细胞也与巨噬细胞间充质样表达增加和T细胞的细胞毒性增加有关，本课题突出了免疫微环境的改变对肿瘤细胞状态的影响，改变肿瘤细胞状态与激活免疫系统共同作用具有较好的潜在治疗效果。未来的工作需要充分评估不同治疗方式对驱动胶质母细胞瘤的细胞状态的影响，从而为更精准的靶向间充质状态的肿瘤细胞提供诊疗方案。
参考文献
[1] Louis, D. N. et al. The 2007 WHO classification of tumours of the central nervous system. Acta Neuropathol 114, 97-109, doi:10.1007/s00401-007-0243-4 (2007).
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[11] Grabowski, M. M. et al. Immune suppression in gliomas. J Neurooncol 151, 3-12, doi:10.1007/s11060-020-03483-y (2021).
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