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胶质母细胞瘤血管生态位研究:周细胞的抑癌功能
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

胶质母细胞瘤具有非常典型的血管依赖性。肿瘤细胞能够沿脑血管向正常脑组织浸润,胶质瘤干细胞也经常富集于血管周围,因此“血管周生态位”长期被视为一个支持肿瘤生长、干性维持和治疗耐受的区域。

按照这套逻辑,位于毛细血管外侧的周细胞似乎也应该属于促癌微环境的一部分。

过去确实有大量研究提示,胶质母细胞瘤中的周细胞或周细胞样细胞能够支持异常血管、形成免疫耐受,甚至提高替莫唑胺耐受;部分胶质瘤干细胞还可以获得周细胞样表型,进入血管壁并参与肿瘤血管构建。

但2025年的一项研究给出了明显不同的结果:当经典血管周细胞减少以后,胶质瘤并没有因为血管支持不足而受到抑制,反而表现出更快进展、更强血管共选择性侵袭和更短生存。周细胞减少后,首先发生的是血管结构和内皮状态改变,随后免疫抑制性巨噬细胞增加,并通过HGF-MET信号进一步支持FOSL1高表达的间质型胶质瘤细胞。人胶质母细胞瘤中,复发肿瘤的周细胞核心特征也低于原发肿瘤,周细胞缺失区域与高度侵袭的间质型肿瘤状态呈负相关。

这个结果真正值得关注的地方,不只是“周细胞原来可能抑癌”。

它提示胶质母细胞瘤血管生态位不能再被简单划分成“肿瘤血管及其周围细胞全部促进肿瘤”。血管周围不同细胞之间存在明显功能分工,部分经典周细胞可能承担维持血管完整性、限制异常内皮信号以及抑制髓系免疫偏移的作用。一旦这一层约束消失,原本的血管生态位反而会被巨噬细胞和高侵袭胶质瘤细胞重新占据。

对于基础科研而言,这就产生了一个很有价值的新问题:周细胞究竟通过什么方式维持一个“限制肿瘤”的血管生态位,它的丢失又如何逐级改变内皮、巨噬细胞和肿瘤细胞状态?

导读

一、为什么需要重新认识胶质母细胞瘤中的周细胞

二、研究周细胞首先要解决细胞身份问题

三、周细胞减少如何先改变脑肿瘤血管

四、异常内皮如何进一步重塑巨噬细胞

五、巨噬细胞如何推动间质型胶质瘤状态

六、这条机制应该怎样建立细胞和动物模型

七、如何证明周细胞具有真正的因果性抑癌作用

八、检测指标如何覆盖完整血管生态位

九、已有机制之后还可以往哪些方向继续推进

十、这一方向最容易出现哪些实验设计偏差

SECTION 01

01

为什么需要重新认识胶质母细胞瘤中的周细胞

1、血管周生态位并不天然等于促癌生态位

正常脑微血管由内皮细胞、周细胞、基底膜和星形胶质细胞足突共同维持。周细胞嵌入血管基底膜,与内皮保持非常紧密的结构关系,对血管稳定、血脑屏障完整和微循环稳态具有重要作用。

胶质母细胞瘤形成以后,这套结构被严重扰乱。

肿瘤血管扩张、分支异常、通透性增加,血脑屏障破坏,同时肿瘤细胞大量利用血管作为迁移路径。正因为血管周区域高度富集肿瘤细胞和干性细胞,过去很多研究自然把其中的周细胞也归入促癌体系。

问题在于,这种判断容易把“位于促癌区域”和“本身具有促癌功能”混为一谈。

最新研究通过降低周细胞覆盖发现,周细胞减少以后肿瘤血管更加异常,胶质瘤细胞沿血管迁移增加,免疫抑制性巨噬细胞积累,肿瘤反而进展更快。这说明至少在特定胶质瘤背景下,经典血管周细胞可能承担着维持生态位稳定、限制其向更强促癌状态转变的作用。

2、真正的研究重点是“失去约束以后发生什么”

如果把周细胞只理解成一个直接抑制癌细胞增殖的细胞,很容易把机制做浅。

现有结果提示,周细胞的主要作用并不一定直接发生在胶质瘤细胞上。

它更像一个血管生态位的组织者。

周细胞减少以后,首先发生内皮和血管结构改变;随后内皮向巨噬细胞输出的信号发生变化;免疫抑制性巨噬细胞增加以后,再通过HGF作用于MET高表达肿瘤细胞;最终形成FOSL1相关的高度间质型、侵袭型胶质瘤状态。

因此,更合适的机制顺序是:

周细胞减少→血管稳态失衡→内皮信号改变→巨噬细胞重编程→HGF-MET增强→间质型胶质瘤扩张。

这是一条跨越四种细胞的机制链。

SECTION 02

02

研究周细胞首先要解决细胞身份问题

这个方向最容易做错的地方,就是使用PDGFRβ或α-SMA一个指标,把所有阳性细胞都称为周细胞。

1、PDGFRβ阳性并不等于经典周细胞

脑肿瘤中存在多种血管周间质细胞。

除了经典周细胞,还可能存在血管平滑肌细胞、成纤维细胞样细胞、胶质瘤来源的周细胞样细胞以及其他间充质状态细胞。它们可能共同表达PDGFRβ、CSPG4或ACTA2中的部分标志,但生物学功能完全可能相反。

最新研究在人胶质瘤中用于定义周细胞的核心标志包括RGS5、KCNJ8、HIGD1B、NDUFA4L2等,并结合S1PR3、ABCC9、CSPG4、PDGFRβ等多个标志以及血管周空间位置进行判断,而不是依赖单个蛋白。

因此,如果课题想研究“周细胞抑癌”,细胞定义必须比普通血管染色严格。

2、建议把身份判断分成三个层级

第一层是分子标志。

可以根据实验体系组合RGS5、KCNJ8、PDGFRβ、CSPG4、ABCC9等周细胞相关指标,同时使用CD31、CLDN5等排除内皮细胞。

第二层是空间位置。

真正经典的微血管周细胞应该与内皮紧密贴附,并位于血管基底膜相关区域。单纯存在于肿瘤间质中的PDGFRβ阳性梭形细胞,不宜直接归为周细胞。

第三层是细胞来源。

如果使用荧光标记肿瘤细胞,需要进一步排除肿瘤来源周细胞样细胞。对于遗传模型,条件允许时还可以进行血管壁细胞谱系示踪。

只有身份定义清楚,后续所谓“周细胞减少导致肿瘤加重”才具有真正的细胞特异性。

SECTION 03

03

周细胞减少如何先改变脑肿瘤血管

周细胞减少以后,最早出现的并不是HGF或者MET升高,而是血管本身发生变化。

1、血管数量增加不代表血管功能更好

研究采用周细胞覆盖明显降低的Pdgfb^ret/ret小鼠时发现,胶质瘤中的周细胞减少,而内皮细胞比例反而增加。血管面积、长度和分支也进一步增加。

表面上看,这似乎代表“血管生成更旺盛”。

但功能结果完全不同。

70 kDa示踪分子更容易从血管进入血管周区域,说明血管完整性下降、屏障渗漏增加。同时肿瘤细胞利用血管进行血管共选择性迁移的比例升高。

所以研究GBM血管不能再简单使用CD31面积作为“血管生成指标”。

同样的高血管密度,可能对应两种完全不同的生态位:

结构稳定、周细胞覆盖较完整的血管;

分支增加但屏障破坏、周细胞覆盖不足的异常血管。

后者反而可能更加有利于胶质瘤侵袭。

2、周细胞可能限制血管成为肿瘤迁移轨道

胶质母细胞瘤具有典型的血管共选择行为。

肿瘤细胞不一定需要先建立新血管,可以直接沿已有脑血管向周围组织扩散。

最新研究发现,周细胞不足以后,侵袭前沿总的胶质瘤细胞数量不一定简单增加,但沿血管迁移的比例明显提高。这个结果说明周细胞更可能改变“侵袭方式”,而不仅仅影响细胞能不能移动。

这个问题很值得继续做。

可以进一步比较周细胞完整和减少条件下,肿瘤细胞是弥散进入脑实质,还是选择性贴附血管迁移,并把肿瘤细胞到血管壁距离、沿血管迁移长度和分支点聚集等做成空间指标。

这比单独做Transwell更贴近胶质母细胞瘤真实侵袭方式。

SECTION 04

04

异常内皮如何进一步重塑巨噬细胞

血管结构变化之后,第二层关键改变发生在内皮细胞。

1、内皮不只是血管壁,也可以成为免疫信号源

周细胞缺失以后,内皮细胞的旁分泌程序明显改变。

研究发现,CD200、CSF和GAS6等与巨噬细胞状态调节相关的信号,在周细胞不足的血管生态位中增强。GAS6处理本身还能够进一步增强IL-4条件下巨噬细胞向免疫抑制状态偏移。

这意味着周细胞可能通过限制内皮异常激活,间接控制巨噬细胞。

所以机制不宜直接画成:

周细胞→巨噬细胞。

更准确的关系可能包括两条并行路径:

周细胞→内皮→巨噬细胞;

周细胞→巨噬细胞。

后一条也有一定实验依据。周细胞条件培养液能够抑制IL-4诱导的过度极化,提示周细胞本身可能存在直接限制促肿瘤髓系状态的旁分泌功能,但这一直接作用目前仍需要进一步验证。

2、这里不适合继续使用简单M1/M2框架

胶质母细胞瘤中的巨噬细胞具有明显空间和状态异质性。

血管周区域更容易出现MRC1/CD206相关巨噬细胞,缺氧区域则可见MSR1/CD204相关状态。这些状态与经典体外M1/M2并不能完全对应。

因此,如果研究周细胞缺失后的髓系变化,只检测CD86和CD206,很容易损失大量信息。

更推荐同时评价:

巨噬细胞来源;

血管周空间位置;

MRC1、MSR1等状态指标;

HGF等功能性分泌物;

对胶质瘤细胞状态的实际影响。

重点应该是“这些巨噬细胞能做什么”,而不是强行把它们归为M1或M2。

SECTION 05

05

巨噬细胞如何推动间质型胶质瘤状态

周细胞减少最终最值得关注的结果,是胶质瘤细胞本身发生状态转换。

1、变化重点不是增殖,而是间质型状态增加

胶质母细胞瘤具有明显细胞状态可塑性。

其中间质型状态通常具有更强的炎症适应、侵袭和治疗耐受特征,FOSL1是这一状态的重要调节因子之一。

周细胞不足以后,FOSL1、MET等特征增强的高度间质型细胞明显增加,而且这些细胞并不只位于缺氧区域,也出现在血管周及侵袭区域。

这说明周细胞减少后产生的间质型状态不能完全用“缺氧更严重”解释。

原研究也没有观察到足以解释全部表型的明显缺氧增加,更支持血管和免疫生态位重塑本身直接推动胶质瘤细胞状态变化。

2、HGF-MET把巨噬细胞和间质型肿瘤细胞连了起来

在周细胞不足的肿瘤中,HGF-MET信号主要发生在HGF高表达巨噬细胞与MET高表达间质型胶质瘤细胞之间。

HGF能够增强MET阳性胶质瘤细胞的生长和存活;而MET阳性细胞进行颅内移植后表现出更强成瘤性和侵袭性。

因此,这条机制的关键不是“MET高表达的细胞本来就比较恶”。

更有价值的解释是,周细胞丢失以后,一个原本相对受限的血管生态位出现空缺和重组,免疫抑制性巨噬细胞进入这一空间并提供HGF,使FOSL1/MET相关间质型状态得到选择和维持。

这就把细胞可塑性与空间生态位真正连接了起来。

SECTION 06

06

这条机制应该怎样建立细胞和动物模型

如果准备围绕这个方向建立新的课题,不建议一开始就把周细胞、内皮、巨噬细胞和胶质瘤细胞全部放进一个复杂体系。

更清楚的做法是逐层验证。

1、第一层:周细胞—内皮

建立脑微血管内皮细胞与周细胞共培养。

可以比较:

内皮单独培养;

内皮+周细胞;

降低周细胞比例;

周细胞条件培养液。

重点检测内皮屏障、连接蛋白以及CD200、CSF、GAS6等髓系调节信号。

如果周细胞减少以后内皮免疫调节程序发生明显变化,可以首先建立“周细胞维持内皮稳态”这一层关系。

2、第二层:内皮—巨噬细胞

将不同条件下的内皮培养上清用于原代巨噬细胞。

观察巨噬细胞状态、HGF表达和后续功能。

这一步尤其适合增加GAS6阻断或相关受体干预。

如果周细胞缺失内皮能够推动HGF高表达巨噬细胞形成,而阻断特定内皮信号后这一表型消失,就能够确定内皮位于中间层。

3、第三层:巨噬细胞—胶质瘤细胞

使用巨噬细胞条件培养液处理胶质瘤细胞或胶质瘤干细胞。

重点观察MET磷酸化、FOSL1、CD44、侵袭和球形成。

同时进行HGF中和或MET抑制。

如果巨噬细胞促间质化作用被明显切断,就可以把第三层闭合。

4、第四层:三维血管周生态位

在前面三层已经成立以后,再建立更接近脑组织的三维体系。

可以将内皮形成管腔结构,外侧加入周细胞,再加入巨噬细胞和荧光标记胶质瘤细胞。

重点观察癌细胞是否优先沿缺少周细胞覆盖的血管段迁移。

这种实验能够直接把“周细胞覆盖率”转化成一个空间变量。

SECTION 07

07

如何证明周细胞具有真正的因果性抑癌作用

单纯比较周细胞多和少还不够。

最有说服力的实验应该回答:把周细胞重新恢复以后,整个促癌生态位能不能被逆转。

1、首先做周细胞恢复

在周细胞减少条件下重新增加功能正常的周细胞,或者恢复血管周细胞覆盖。

如果血管渗漏下降、巨噬细胞状态恢复,同时间质型胶质瘤细胞减少,才能更有力说明周细胞属于上游节点。

2、再做中间节点救援

如果无法直接恢复周细胞,可以分别阻断下游。

例如:

阻断异常内皮GAS6相关信号;

限制促肿瘤巨噬细胞进入;

中和HGF;

阻断MET。

如果这些操作能够逐层削弱周细胞缺失造成的肿瘤加速,就能够建立清晰的上下游关系。

完整的验证结构可以这样设计:

干预层级预期变化可以证明的问题
周细胞恢复血管、巨噬细胞、肿瘤状态整体恢复周细胞是否位于最上游
内皮信号阻断巨噬细胞重编程下降内皮是否承担中继作用
巨噬细胞干预HGF下降、间质型细胞减少髓系细胞是否属于必要节点
HGF阻断MET活性下降巨噬细胞如何作用于肿瘤
MET阻断间质型侵袭下降肿瘤细胞如何读取生态位信号

这种逐级干预比一次性检测大量差异蛋白更有机制价值。

3、动物模型最好增加时间控制

现有Pdgfb^ret/ret模型具有很强机制价值,但其周细胞不足在肿瘤形成前就已经存在,因此也需要意识到一个实验边界:动物本身长期存在血管周细胞覆盖不足,部分肿瘤表型可能受到发育期或长期血脑屏障异常影响。原研究中该模型血管周细胞覆盖可减少约70%–80%。

如果后续要进一步回答“已经形成GBM以后,周细胞突然减少是否会推动肿瘤恶化”,更理想的是加入成年期、时间可控的周细胞干预。

但这类遗传工具也要注意细胞特异性。

PDGFRβ、CSPG4等都不是只存在于单一种周细胞,因此任何诱导系统都需要结合多标志、空间位置和谱系验证,避免把其他血管周细胞一起删除以后仍全部归因于经典周细胞。

SECTION 08

08

检测指标如何覆盖完整血管生态位

这一方向不适合只做一个CD31加一个PDGFRβ。

建议至少覆盖四个连续层级。

层级推荐指标主要问题
周细胞RGS5、KCNJ8、PDGFRβ、CSPG4及血管覆盖率周细胞是否真正减少
血管CD31、PODXL、血管长度/分支、示踪物渗漏血管结构和屏障是否改变
巨噬细胞IBA1、F4/80、MRC1、MSR1、HGF髓系生态是否重编程
胶质瘤状态FOSL1、MET、p-MET、CD44等是否进入间质型高侵袭状态
空间侵袭肿瘤细胞与血管距离、血管共选择比例侵袭方式是否改变
功能球形成、3D侵袭、颅内成瘤和生存状态变化是否具有疾病意义

1、血管覆盖率比周细胞总量更重要

研究周细胞时,建议用周细胞信号覆盖CD31阳性血管的比例进行定量。

因为一个肿瘤即使周细胞总数没有显著减少,只要大量周细胞从血管壁脱离,同样可能出现功能性血管周细胞不足。

这比单独计算PDGFRβ阳性面积更有解释力。

2、空间检测应该成为核心

HGF阳性巨噬细胞是否靠近MET/FOSL1阳性胶质瘤细胞,比整块肿瘤HGF平均表达更重要。

同样,间质型肿瘤细胞是否集中在周细胞覆盖低的血管附近,也应该进行空间定量。

即使不使用复杂空间组学,多重免疫荧光、原位杂交和数字病理已经能够完成大量关键问题。

真正的“血管生态位”研究必须保留空间信息。

SECTION 09

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已有机制之后还可以往哪些方向继续推进

周细胞减少—内皮—巨噬细胞—HGF/MET这条主线已经比较清楚。如果后续只是重新验证,创新空间有限。

更值得继续推进的是下面几个问题。

1、真正抑癌的是哪一种周细胞

GBM血管周围存在明显细胞异质性。

经典脑血管周细胞、肿瘤诱导的异常周细胞以及胶质瘤细胞转化形成的周细胞样细胞,可能承担完全不同的功能。

后续可以重点比较这几类细胞在维持内皮屏障、调控巨噬细胞和影响胶质瘤侵袭方面的差异。

如果经典周细胞抑癌,而肿瘤来源周细胞样细胞促癌,就能够解释过去文献为什么会出现相反结论。

2、复发治疗是否主动造成周细胞丢失

人胶质母细胞瘤中,复发样本的周细胞核心特征低于原发样本。

但现在仍需要区分因果方向。

可能是肿瘤越来越侵袭,周细胞被破坏;也可能是手术、放疗、替莫唑胺或其他治疗损伤血管生态位以后,周细胞逐渐减少,反而为复发细胞制造更有利的环境。

可以建立放疗或替莫唑胺治疗后的原位GBM模型,连续观察周细胞覆盖、血管通透性、巨噬细胞和MES状态的时间顺序。

如果周细胞减少早于间质型复发细胞增加,就会产生很有价值的治疗后生态位机制。

3、周细胞缺失是否形成一个“空间阈值”

并不是一根血管上少一个周细胞就一定诱发侵袭。

更可能存在覆盖率阈值。

当血管某一区段周细胞覆盖低于一定程度以后,内皮屏障和免疫调节程序才会发生明显改变,随后成为胶质瘤细胞优先利用的侵袭路径。

可以把不同血管段按照周细胞覆盖率分层,再比较巨噬细胞密度和胶质瘤细胞贴壁迁移率。

如果存在明显阈值,这会比全肿瘤平均周细胞数量更接近真实机制。

4、血管正常化和直接“清除周细胞”可能产生完全不同结果

胶质母细胞瘤抗血管研究曾经存在一个直观思路:破坏肿瘤血管支持细胞,可以进一步削弱肿瘤供血。

但新的结果提醒我们,如果干预同时破坏经典周细胞覆盖,可能加重血管异常和侵袭。

因此,后续值得研究的并不是“周细胞要不要杀”,而是哪类血管周细胞应该保留,哪类异常细胞应该清除,以及能否恢复正常的周细胞—内皮比例。

这与单纯抗血管生成是完全不同的研究问题。

5、周细胞是否直接限制间质型状态

目前的主要机制更支持周细胞通过内皮和巨噬细胞间接作用。

但周细胞与胶质瘤细胞之间也存在大量旁分泌通讯。

后续可以在没有内皮和巨噬细胞的条件下,单独比较经典脑周细胞条件培养液对FOSL1、MET和间质型状态的影响。

如果仍然存在明显作用,就说明周细胞同时具备直接和间接两套抑制机制。

SECTION 10

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这一方向最容易出现哪些实验设计偏差

第一个问题,是用PDGFRβ或者α-SMA单一标志定义周细胞。脑肿瘤血管周围存在多种间质细胞,必须结合多标志和空间位置。

第二个问题,是把肿瘤来源的周细胞样细胞与正常经典周细胞混在一起。两者功能可能完全不同,这也是过去研究结论相反的重要原因之一。

第三个问题,是看到CD31增加就判断血管生成增强、肿瘤供血更好。周细胞不足时血管可以更多,却同时更渗漏、更异常,因此需要同步评价血管功能。

第四个问题,是把血管渗漏增加直接等同于缺氧增加。现有研究中周细胞缺失后的恶化并不能简单由缺氧解释,更需要关注内皮和免疫生态位重塑。

第五个问题,是只看肿瘤细胞侵袭总量。周细胞减少可能主要改变侵袭方式,使癌细胞更加依赖血管共选择,因此需要独立评价血管相关侵袭。

第六个问题,是继续用简单M1/M2解释巨噬细胞。胶质母细胞瘤髓系细胞具有明显空间和功能异质性,应更多关注位置、HGF等功能分子和对肿瘤细胞的实际作用。

第七个问题,是HGF和MET同时升高以后直接认为形成上下游。需要通过HGF中和、MET阻断以及救援实验确认。

第八个问题,是使用先天周细胞不足模型后直接把所有结果解释为“肿瘤过程中周细胞丢失”。这类模型可能包含长期血管结构背景效应,后续最好增加时间可控验证。

第九个问题,是把“周细胞抑癌”进一步简单推导为“增加所有周细胞都能治疗GBM”。不同来源和状态的周细胞功能存在差异,目前更合理的研究方向是恢复健康血管生态位,而不是笼统增加周细胞数量。

第十个问题,是已经发现HGF-MET以后继续无限增加新的旁分泌因子。这个方向更值得做的是周细胞身份、治疗后丢失、空间阈值以及不同周细胞亚群功能,而不是把机制链继续拉长。

胶质母细胞瘤血管周生态位过去经常被理解成一个统一的促癌结构:血管给肿瘤提供营养,周围细胞保护胶质瘤干细胞,血管又成为癌细胞向外侵袭的轨道。

周细胞的新研究让这个框架变得更加复杂,也更加接近真实肿瘤生态。

经典周细胞可能承担着维持血管结构和限制生态位过度促癌化的作用。当这类细胞减少以后,内皮进入异常状态,血脑屏障进一步受损,血管更容易被胶质瘤细胞利用;改变后的内皮又通过CD200、CSF、GAS6等信号重塑巨噬细胞,HGF高表达的巨噬细胞随后支持MET/FOSL1相关间质型胶质瘤细胞扩增和侵袭。

因此,真正值得继续研究的已经不是“周细胞究竟促癌还是抑癌”这个二选一问题。

更重要的是分清楚:哪一种周细胞,在什么空间位置、什么肿瘤阶段和什么治疗背景下承担什么功能。

如果后续围绕这一方向立题,我更建议把重点放在两个接口上。

一个是经典脑周细胞、肿瘤来源周细胞样细胞和其他血管周间质细胞之间的功能分工;另一个是放疗、化疗和复发过程中,周细胞覆盖究竟什么时候开始下降,以及这一变化是否先于免疫抑制性巨噬细胞和间质型胶质瘤状态出现。

把这两层做清楚,胶质母细胞瘤的血管研究就可以从“血管多少、周细胞多少”,进一步进入“血管生态位如何决定肿瘤细胞身份和侵袭方式”的机制层面。

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