Cell：大脑的“油门”为肿瘤而踩？揭秘神经元与致命胶质瘤的“邪恶共生”

引言

我们的大脑，是宇宙间已知的最复杂的结构之一。亿万个神经元 (neuron) 通过精准的放电与连接，编织出我们的思想、情感和记忆。然而，在这片智慧的沃土上，有时也会滋生出最致命的“杂草”——脑肿瘤。其中，一种名为弥漫性中线胶质瘤 (Diffuse Midline Glioma, DMG) 的肿瘤，尤其凶险，是儿童中最致命的脑癌之一。

长久以来，我们认为肿瘤的生长主要由其自身的基因突变决定。但近年来，一个颠覆性的领域——癌症神经科学 (Cancer Neuroscience)，正在兴起。研究人员发现，大脑的神经活动，这个维持我们生命与思维的根本过程，竟然会成为某些脑肿瘤生长的“帮凶”。此前的研究已经证实，大脑中最主要的“兴奋性”信使——谷氨酸 (glutamate)，能够促进胶质瘤的生长。但这是否就是故事的全貌？大脑中还有许多其他类型的神经元，它们扮演着“调控者”的角色，影响着整个神经网络的节律和状态。这些神经元是否也参与了这场与肿瘤的“共谋”？

6月19日发表在《Cell》上的重磅研究“Cholinergic neuronal activity promotes diffuse midline glioma growth through muscarinic signaling”，为我们揭开了这幕大戏的另一角。这项研究精准地锁定了一类特殊的神经元——胆碱能神经元 (cholinergic neuron)，并发现它们与DMG之间存在着一种令人不安的、相互促进的“邪恶共生”关系。

追踪“幕后黑手”：大脑深处的“精准投毒”线路

要理解这场“共谋”，我们首先要认识今天的主角之一：胆碱能神经元。这类神经元以释放一种名为乙酰胆碱 (acetylcholine, ACh) 的神经递质而闻名。乙酰胆碱在大脑中扮演着“超级调音师”的角色，它不直接传递“是”或“否”的简单信息，而是调节着整个脑区的兴奋性、注意力和学习记忆状态。

研究人员将目光投向了位于大脑中脑 (midbrain) 的两个胆碱能神经元“指挥部”：脚桥脑核 (pedunculopontine nucleus, PPN) 和背外侧被盖核 (laterodorsal tegmentum nucleus, LDT)。这两个核团就像两个信号发射塔，它们的神经纤维（轴突）会延伸到大脑的其他区域，形成精准的“通讯网络”。巧妙的是，它们的投射目标恰好是DMG最常发生的两个部位：PPN主要投射到脑桥 (pons)，而LDT则主要投射到丘脑 (thalamus)。

这个解剖学上的对应关系，让研究人员产生了一个大胆的猜想：这种促进生长的效应会不会是“线路依赖”的？也就是说，是不是只有特定线路的神经活动，才能促进特定位置的肿瘤生长？

为了验证这一点，研究人员首先在健康的小鼠身上进行了一项实验。他们利用光遗传学 (optogenetics)技术——一种可以用光来精确控制特定神经元开关的“遥控器”——来观察胆碱能神经元活动对正常脑细胞的影响。他们关注的是少突胶质前体细胞 (oligodendrocyte precursor cells, OPCs)，这些细胞是DMG的起源细胞，也是大脑中负责生产髓鞘 (myelin，神经纤维的绝缘层) 的“后备军”。

实验结果清晰地展示了这种线路的特异性：当研究人员用蓝光激活LDT中的胆碱能神经元时，丘脑区域的OPC增殖率出现了显著提升，从约5%的基础水平跃升至接近15%，增殖细胞数量几乎翻了三倍。然而，脑桥区域的OPC却“无动于衷”。反过来，当他们激活PPN中的胆碱能神经元时，奇迹发生在脑桥——这里的OPC增殖率从约5%飙升至超过12%。而这一次，丘脑区域的OPC则显得“事不关己”。这个发现本身就极具价值。它揭示了大脑中正常的细胞增殖和修复过程，是如何受到胆碱能神经系统精准调控的。但更深远的意义在于，它为我们理解DMG的生长机制，提供了一张关键的“线路图”。

故技重施：癌细胞如何“偷师”并利用神经信号？

既然胆碱能神经元的活动能精准地“遥控”正常OPC的增殖，那么对于它们邪恶的“孪生兄弟”——DMG细胞，是否也同样有效呢？研究人员将DMG肿瘤细胞植入小鼠的丘脑或脑桥，模拟了人类DMG的发生部位。然后，他们再次拿起了光遗传学的“遥控器”。实验结果与之前的发现如出一辙，甚至更为震撼。

在植入了丘脑胶质瘤的小鼠中，激活LDT的胆碱能神经元，直接导致了肿瘤细胞增殖率的急剧上升。增殖细胞（通过EdU标记）的比例从约15%的基线水平，一跃超过了35%，增殖速度翻了一倍以上。而激活PPN的神经元，对丘脑里的肿瘤则几乎没有影响。在植入了脑桥胶质瘤的小鼠中，情况正好相反。激活PPN的神经元成为了肿瘤生长的“超级油门”，而激活LDT的神经元则无法驱动脑桥肿瘤的生长。

为了实时捕捉癌细胞“听到”神经信号的瞬间，研究人员还进行了一项更为直观的实验。他们让DMG细胞表达一种钙离子探针 (GCaMP)，当细胞被激活时，内部的钙离子浓度会升高，探针就会发出荧光。通过纤维光度记录 (fiber photometry) 技术，他们可以实时监测肿瘤内部的荧光变化。结果令人惊叹：当研究人员用光打开LDT神经元的“开关”时，远在丘脑的DMG肿瘤细胞内部，荧光信号瞬间飙升。这就像我们亲眼看到，癌细胞在“听到”胆碱能神经元发出的“指令”后，立刻做出了响应。这证明，DMG细胞已经成功地将自己整合进了大脑的神经环路中，并且正在积极地“窃听”和利用这些促进生长的信号。

解码“犯罪工具”：乙酰胆碱与M1/M3受体的“致命接头”

我们已经知道了“谁”在发号施令（胆碱能神经元）以及“谁”在接收指令（DMG细胞），但这个指令本身是什么？它是如何传递的？神经元与靶细胞的通讯方式主要有两种：一种是通过释放神经营养因子 (neurotrophic factor)，如著名的脑源性神经营养因子 (BDNF)，进行旁分泌 (paracrine) 通讯；另一种则是通过释放经典的神经递质 (neurotransmitter)，如乙酰胆碱，进行类似突触的通讯。

研究人员通过一系列体外实验，试图分离出关键的信号分子。他们发现，虽然BDNF确实在其中扮演了一定的角色，但它并非故事的全部。真正的主角，正是胆碱能神经元的“招牌产品”——乙酰胆碱 (ACh)。在培养皿中，当研究人员直接向DMG细胞中加入乙酰胆碱时，这些癌细胞的增殖和迁移能力都显著增强。例如，在5微摩尔 (µM) 浓度的乙酰胆碱作用下，DMG细胞的增殖率几乎翻倍。这说明乙酰胆碱本身就足以直接驱动肿瘤的恶性行为。

那么，DMG细胞又是如何“接收”乙酰胆碱信号的呢？这需要通过细胞表面的受体 (receptor) 来完成，就像一把钥匙匹配一把特定的锁。乙酰胆碱的受体主要分为两大类：毒蕈碱型 (muscarinic) 和烟碱型 (nicotinic)。为了找出关键的“锁”，研究人员利用单细胞RNA测序 (scRNA-seq)技术，分析了大量DMG病人的肿瘤样本。他们发现，在DMG细胞中，毒蕈碱型受体家族的两个成员——M1受体 (CHRM1) 和M3受体 (CHRM3)——的基因表达水平异常之高，尤其是在那些保持着OPC特征的、最具增殖活性的癌细胞亚群中。

这会是那把关键的“锁”吗？研究人员设计了决定性的“锁死”实验：首先是药物阻断，在进行光遗传学刺激的同时，他们通过微型导管向丘脑肿瘤内精准输送了M1和M3受体的特异性抑制剂。结果是决定性的：当M1和M3受体被同时“锁死”后，即使LDT神经元被光激活得再剧烈，丘脑肿瘤的增殖也完全停滞了，增殖率从超过30%的高点瞬间跌回了15%左右的基线水平。其次是基因敲除，为了排除药物可能带来的脱靶效应，研究人员更进一步，利用CRISPR基因编辑技术，直接敲除了DMG细胞中的M1和M3受体基因。这些被“缴械”的癌细胞，在植入小鼠脑桥后，对PPN神经元的激活信号完全“免疫”。

这一系列的证据形成了一条完整的逻辑链：中脑的胆碱能神经元释放乙酰胆碱，乙酰胆碱与DMG细胞表面的M1和M3受体结合，激活了细胞内部的增殖和迁移程序，最终导致了肿瘤的失控性生长。整个过程如同一套设计精密的“犯罪工具”，而M1和M3受体，就是那个最关键的“致命接头”。

惊天逆转：当癌细胞开始“操纵”神经元

如果故事到此为止，那只是一个神经元“助纣为虐”的单向故事。然而，这项研究最令人不寒而栗的发现是，这种关系是双向的——肿瘤细胞，反过来也能“操纵”神经元！研究人员提出了一个问题：DMG肿瘤的存在，是否会影响与其相连的胆碱能神经元的活动状态？他们通过比较荷瘤小鼠和健康小鼠的脑组织，寻找答案。

利用cFos（一种神经元活动后的即时早期基因）作为“活动指示器”，他们发现与对照组相比，无论是脑桥荷瘤还是丘脑荷瘤的小鼠，其中脑LDT和PPN核团里的胆碱能神经元，其cFos阳性率都显著升高，几乎是对照组的两倍。这表明这些神经元变得异常活跃。为了获得更直接的电生理学证据，研究人员在离体脑片上记录了LDT胆碱能神经元的电活动。结果证实了他们的观察：来自荷瘤小鼠的胆碱能神经元，其自发性兴奋性突触后电流 (sEPSC) 的频率显著高于对照组。这意味着它们接收到了更多的兴奋性输入，时刻处于一种“一触即发”的亢奋状态。

这种亢奋状态的直接后果是什么？自然是释放更多的乙酰胆碱。研究人员利用一种名为GRAB-ACh的新型荧光探针，实时监测了肿瘤微环境中乙酰胆碱的浓度。结果显示：随着肿瘤的生长，肿瘤周围乙酰胆碱的释放水平在持续攀升。在肿瘤植入后的一周、三周、四周，研究人员观察到乙酰胆碱的释放信号越来越强。到第四周时，荷瘤小鼠的乙酰胆碱释放水平已显著高于对照组。

至此，一个完整的“邪恶闭环”被揭示出来：

DMG肿瘤的存在，使中脑的胆碱能神经元变得过度兴奋 ➔ 过度兴奋的神经元释放更多的乙酰胆碱 ➔ 更多的乙酰胆碱通过M1/M3受体，反过来驱动DMG肿瘤更快速地生长和扩散 ➔ 更大、更具侵袭性的肿瘤，进一步加剧神经元的兴奋......

这是一种可怕的、自我强化的正反馈循环。它解释了为何DMG如此难以控制，因为肿瘤不仅是“寄生”在大脑中，更是主动地“劫持”了大脑的神经环路，将其改造成了促进自身生长的“温床”。

斩断魔爪：我们能否打破神经元与肿瘤的“邪恶共生”？

这项基础研究的最终目的，是为临床治疗找到新的突破口。这项研究的发现，无疑为DMG的治疗带来了新的曙光。过去，我们更多地关注肿瘤细胞本身的基因突变，试图用化疗或靶向药“杀死”它们。但这项研究告诉我们，我们或许可以换一个思路——不直接攻击肿瘤，而是斩断它与神经元之间的“通讯线路”。

最直接的靶点，就是那对关键的“接头”——M1和M3毒蕈碱型受体。由于这两种受体在正常大脑组织中的表达相对有限，而在DMG细胞中却异常富集，这使得它们成为了极具吸引力的治疗靶点。开发能够特异性阻断M1/M3受体的药物，有望在不严重影响正常大脑功能的情况下，有效抑制DMG的生长。这种策略被称为“神经活动依赖性疗法”，它代表了癌症治疗的一个全新方向。

更重要的是，这项研究也让我们对“癌症”有了更深层次的理解。肿瘤并非一个孤立的、只在局部作乱的“坏组织”，而是一个能够与宿主系统（如此复杂的大脑）进行复杂、双向互动的“智能”对手。它学习、适应并利用宿主的生理机制，为自己服务。当然，研究人员也坦诚，这只是揭开了冰山一角。例如，大脑中还有其他胆碱能核团（如基底前脑）是否也参与其中？神经元与DMG细胞之间是否存在真正的、物理连接的“突触”结构？这些问题仍有待未来的研究去回答。

尽管如此，这项发表于《细胞》的杰出工作，无疑是癌症神经科学领域的一座里程碑。它不仅为我们描绘了一幅胆碱能神经元与DMG“共舞”的惊人画卷，更重要的是，它为那些身处绝境的DMG患儿和家庭，指明了一条充满希望的新路。打破神经元与肿瘤的“邪恶共生”，或许就是我们战胜这种致命疾病的关键一步。未来的某一天，我们或许能通过“让大脑冷静下来”的方式，来“饿死”这些最狡猾的肿瘤。

参考文献

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00618-X