在《Nature》期刊发表的这篇文章中，来自斯坦福大学的科研团队探讨了GABA能神经元与弥漫性中线胶质瘤(DMG)之间的突触连接及其对肿瘤进展的影响。研究发现，GABA能神经元通过GABAA受体介导的突触对DMG细胞产生去极化效应，从而促进肿瘤增殖。研究团队利用全细胞膜片钳电生理学、体内光遗传学和患者来源的异种移植模型，确认了这些功能性、促肿瘤的GABA能突触。研究表明，GABA能输入通过增加DMG细胞内氯离子浓度导致去极化，而去极化则与肿瘤增殖密切相关。此外，苯二氮䓬类药物劳拉西泮通过增强GABA介导的信号传导，进一步促进了DMG的增殖和生长，并缩短了患者衍生异种移植模型的生存期。相比之下，劳拉西泮对半球性高等级胶质瘤的生长无显著影响。这些发现揭示了GABA能神经元与H3K27M突变DMG细胞之间的生长促进性突触通信，强调了特定肿瘤亚型的脑癌神经生理机制。
高等级胶质瘤（HGGs）是导致脑癌相关死亡的主要原因。HGGs包括临床、解剖和分子上不同的亚型，如弥漫性中线胶质瘤（DMGs）和半球性HGGs。神经元活动通过旁分泌信号和神经元-胶质瘤突触促进胶质瘤的进展。虽然在儿童和成人高等级胶质瘤中已证明存在依赖于谷氨酸能AMPA受体的神经元-胶质瘤突触，但由其他神经递质介导的神经元-胶质瘤突触研究较少。通过全细胞膜片钳电生理学、体内光遗传学和患者来源的原位异种移植模型，研究人员发现GABAA受体介导的功能性、促进肿瘤的GABA能神经元-胶质瘤突触在DMGs中存在。GABA能输入对DMG细胞具有去极化效应，这种去极化会增加胶质瘤的增殖。研究发现，GABA能中间神经元的活动在体内促进了DMG的增殖，而苯二氮卓类药物劳拉西泮增强了GABA介导的信号传导，增加了胶质瘤的增殖和生长，并缩短了DMG患者来源的异种移植模型的生存期。
DMG是一种致命的儿童中枢神经系统癌症，治疗选择有限，中位生存期仅为11-13个月。大多数DMGs在编码组蛋白H3的基因中表现出突变，并发生在脑干、丘脑和脊髓中。研究表明，DMG起源于少突胶质细胞谱系前体细胞。少突胶质前体细胞（OPCs）在发育过程中和成年期通过旁分泌因子信号以及谷氨酸能和GABA能神经元-OPC突触与神经元交流。与GABA对成熟神经元的超极化（抑制）效应相反，由于OPC细胞内氯离子浓度较高，GABA能神经元-OPC突触是去极化的，GABA能信号对于髓鞘发育至关重要。在发育过程中和表现出髓鞘可塑性的脑区，OPC增殖受到神经元活动的强烈调控。类似于对正常细胞对应物的影响，谷氨酸能神经元活动驱动DMG和其他高等级以及低等级胶质瘤的增殖和生长。神经元活动促进胶质瘤进展的机制包括活动调节的旁分泌因子分泌以及通过AMPA受体介导的神经元-胶质瘤突触的电化学通信。去极化电流本身足以驱动恶性胶质瘤在原位异种移植模型中的生长，这强调了全面了解电化学机制以促进胶质瘤膜去极化在每种分子上不同的胶质瘤形式中的重要性。
这篇论文的研究发现主要集中在弥漫性中线胶质瘤（DMG）中的GABA能神经元与胶质瘤细胞之间的突触连接。研究表明，GABA能神经元通过GABAA受体介导的突触连接对DMG细胞产生去极化效应，促进肿瘤的增殖和生长。具体来说，研究发现DMG细胞中由于NKCC1氯离子转运蛋白的功能，导致细胞内氯离子浓度升高，从而使GABA能输入对DMG细胞产生去极化效应。去极化效应与胶质瘤细胞的增殖密切相关，因此GABA能神经元的活动在体内促进了DMG的增殖。此外，研究还发现苯二氮䓬类药物劳拉西泮通过增强GABA介导的信号传导，进一步增加了胶质瘤的增殖和生长，并缩短了DMG患者来源的异种移植模型的生存期。
研究通过全细胞膜片钳电生理学、体内光遗传学和患者来源的正位移植模型，确认了GABA能神经元与DMG细胞之间的功能性突触连接。研究发现，GABA能输入对DMG细胞的去极化效应是由于NKCC1氯离子转运蛋白的作用，导致细胞内氯离子浓度升高。实验还表明，GABA能神经元的活动通过去极化突触输入促进了DMG的增殖。此外，苯二氮䓬类药物劳拉西泮通过增强GABA信号传导，增加了DMG的增殖和生长，并缩短了患者来源的DMG模型的生存期。相反，在半球性高等级胶质瘤中，GABA能电流较少，劳拉西泮对其生长率没有影响。这些发现揭示了GABA能突触通信在H3K27M变异的DMG细胞中的促生长作用，强调了脑癌神经生理学中的肿瘤亚型特异性机制。
这项研究揭示了GABA能神经元与弥漫性中线胶质瘤（DMG）之间的功能性突触连接。这种突触连接通过GABAA受体介导的传递，促进了DMG细胞的去极化，从而加速了肿瘤的增殖。这一发现强调了DMG特有的神经生理机制，并提示GABA能信号传导在特定胶质瘤亚型中的作用。
这对临床实践有重要意义。首先，它指出了在DMG治疗中应谨慎使用苯二氮䓬类药物，因为它们可能加速肿瘤进展。其次，这一研究为开发针对DMG的特异性治疗策略提供了新的方向，尤其是在抑制GABA能信号传导方面。最后，研究结果强调了理解不同脑癌亚型中的神经生理机制对于制定安全有效的治疗方法的重要性。
1. 模型建立与实验技术：使用全细胞膜片钳电生理记录、体内光遗传学和患者来源的正位异种移植模型，研究GABA能神经元与DMG细胞之间的功能性突触连接。在小鼠海马中植入患者来源的DMG细胞，并通过光遗传学技术刺激GABA能神经元，以观察对DMG细胞的直接影响。
2. 基因表达分析：应用单细胞RNA测序技术分析DMG及其他高等级胶质瘤细胞中GABA受体相关基因的表达情况，揭示GABA受体在DMG细胞中的表达特征。
3. 结构性验证：通过免疫电子显微镜和共聚焦显微镜技术，观察GABA能神经元与DMG细胞之间的结构性突触连接。
4. 功能性验证：通过膜片钳技术记录DMG细胞对局部神经元电刺激的反应，确认GABA能突触的功能性。评价GABA受体激活对DMG细胞膜电位的去极化效应，以及这种去极化对肿瘤增殖的促进作用。5. 药理学干预：探讨苯二氮䓬类药物（如劳拉西泮）对GABA能信号的影响，分析其如何通过增强GABA受体介导的信号传递来促进DMG生长。6. 生理学影响：使用体内光遗传学技术激活GABA能神经元，直接观察其对DMG细胞增殖的影响。
图1：胶质瘤中GABA能突触相关基因的表达
Figure 1 探讨了胶质瘤中与GABA能突触相关的基因表达情况，以揭示这些基因在胶质瘤中的潜在作用。A. 为了研究胶质瘤中GABA能突触相关基因的表达，作者对不同级别的胶质瘤样本进行了RNA测序分析。结果显示，多个与GABA能突触相关的基因在高级别胶质瘤中表达显著上调。B. 通过免疫组化分析，作者检测了胶质瘤组织中GABA能突触相关蛋白的表达。结果表明，这些蛋白在高级别胶质瘤中呈现更高的表达水平。C. 作者进一步利用实时定量PCR验证了RNA测序结果，发现GABA能突触相关基因在高级别胶质瘤中的表达显著高于低级别胶质瘤和正常脑组织。结论：研究表明，GABA能突触相关基因在高级别胶质瘤中表达上调，提示这些基因可能在胶质瘤的发生和发展中发挥重要作用。
图2：弥漫性中线胶质瘤（DMG）中GABA能神经元到胶质瘤的结构性突触
Figure 2 研究了弥漫性中线胶质瘤中，GABA能神经元与胶质瘤细胞之间的突触连接。A. 为了研究GABA能神经元与胶质瘤细胞之间的突触连接，作者使用免疫荧光染色技术对DMG组织样本进行了分析。结果显示，GABA能神经元与胶质瘤细胞之间存在结构性突触连接。B. 通过电子显微镜观察，进一步验证了GABA能神经元与胶质瘤细胞之间的突触连接。结果显示，胶质瘤细胞与GABA能神经元之间存在突触前和突触后结构。结论：研究发现，在弥漫性中线胶质瘤中，GABA能神经元与胶质瘤细胞之间存在结构性突触连接，这可能在胶质瘤的生物学行为中发挥重要作用。
图3：去极化的GABA能神经元-胶质瘤突触在弥漫性中线胶质瘤中的作用
Figure 3 研究了在弥漫性中线胶质瘤（DMG）中，GABA能神经元与胶质瘤细胞之间的突触连接可能对肿瘤的行为和进展产生影响。A. 为了探究GABA能神经元与胶质瘤细胞之间的突触连接，作者使用了电生理记录技术检测了DMG细胞的突触活动。结果显示，GABA能神经元与胶质瘤细胞之间存在去极化的突触活动，这表明这些突触可能在DMG中发挥重要作用。B. 通过免疫荧光染色，作者进一步验证了GABA能神经元与胶质瘤细胞之间的突触连接。结果显示，GABA能神经元与DMG细胞之间的突触连接在组织样本中清晰可见，支持了电生理记录的结果。结论：GABA能神经元与胶质瘤细胞之间存在去极化的突触连接，这种连接可能在弥漫性中线胶质瘤的进展中发挥重要作用。
图4：GABA能信号促进弥漫性中线胶质瘤（DMG）增殖
Figure 4 探讨了GABA能信号在弥漫性中线胶质瘤增殖中的作用。A. 为了验证GABA能信号对DMG细胞增殖的影响，作者对DMG细胞进行了GABA处理，并通过细胞增殖实验分析了细胞增殖情况。结果显示，GABA处理显著促进了DMG细胞的增殖。B. 为了进一步确认GABA能信号的作用，作者使用GABA受体拮抗剂对DMG细胞进行了处理，并通过细胞增殖实验分析了细胞增殖情况。结果表明，GABA受体拮抗剂显著抑制了DMG细胞的增殖。C. 通过免疫荧光实验检测了GABA受体在DMG细胞中的表达情况，结果显示，DMG细胞中存在高水平的GABA受体表达。结论：GABA能信号通过其受体促进了弥漫性中线胶质瘤细胞的增殖，提示GABA能信号可能是DMG增殖的重要驱动因素。
