COL22A1通过介导胶质母细胞瘤间质样细胞恶性进展促进肿瘤空间异质性

《Hormones & Cancer》：Malignant progression of MES-like cells mediated by COL22A1 in the spatial heterogeneity of glioblastoma

本研究针对胶质母细胞瘤（GBM）空间异质性及治疗抵抗机制，通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析发现肿瘤中心（GC）富集的间质样（MES-like）细胞是驱动GBM恶性进展的关键亚群。研究人员鉴定出胶原蛋白COL22A1作为核心调控因子，实验证实其过表达可增强U-87细胞增殖、迁移、侵袭及凋亡抵抗能力，而基因沉默则逆转上述表型。该研究揭示了COL22A1通过PI3K信号通路及细胞外基质（ECM）重塑促进肿瘤进展的新机制，为GBM靶向治疗提供新靶点。

　　

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）作为最具侵袭性的原发性恶性脑肿瘤，一直是神经肿瘤领域的治疗难题。尽管采用手术切除联合放化疗的综合治疗方案，患者中位生存期仍难以超过15个月。这种治疗困境与GBM固有的高度异质性、浸润性生长模式以及肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的复杂重构密切相关。近年来，空间转录组学研究发现，GBM肿瘤中心（GBM Center, GC）与周围组织（GBM Surrounding tissue, GS）在细胞组成、分子表型和TME重塑方面存在显著差异，这很大程度上解释了传统治疗策略难以彻底清除浸润性肿瘤细胞的原因。

在GBM的各种细胞亚型中，间质样（Mesenchymal-like, MES-like）细胞亚群被证实在其恶性进展中扮演关键角色。该亚群不仅与放化疗抵抗和异常血管生成有关，还参与免疫抑制微环境的形成。值得注意的是，空间分析显示MES-like细胞在GC区域显著富集，然而这些细胞在空间侵袭过程中的动态演变及其驱动TME重塑的分子机制尚不清楚。因此，阐明MES-like亚群在GC区域的具体功能状态，对于理解GBM浸润和进展的生物学本质至关重要。

为解决这一科学问题，Chen等人在《Discover Oncology》上发表了最新研究成果，系统揭示了COL22A1（胶原蛋白XXIIα1链）通过介导MES-like细胞恶性进展在GBM空间异质性中的关键作用。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：从公共数据库GEO获取了包含3例GBM患者配对的肿瘤核心与周围组织的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集（GSE273274）；通过Seurat软件进行细胞聚类和注释；使用Monocle2算法构建细胞发育轨迹；采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）识别关键基因模块；结合LASSO回归和Cox回归分析筛选预后相关基因；并通过体外细胞实验（包括CCK-8、细胞克隆形成、Transwell、伤口愈合实验及蛋白质印迹等）验证COL22A1的生物学功能。

3.1 基于scRNA-seq的GBM生物信息学分析

通过对GC和GS配对样本的综合分析，研究人员鉴定出10个主要细胞亚群，包括5种肿瘤细胞亚型（TPC-like、OPC-like、NPC-like、MES-like和AC-like）和5种非肿瘤细胞。值得注意的是，t-SNE空间分布模式显示MES-like亚群在GC区域显著富集。伪时序发育轨迹分析表明，MES-like细胞位于分化轨迹的末端，代表高度恶性的进化终点，且GC组的肿瘤细胞更倾向于向MES-like终末状态分化。GSVA分析进一步揭示，GC区域的MES-like细胞表现出细胞周期加速、增殖信号激活和致癌代谢通路上调等促癌特征。

3.2 GBM中的MES-like亚群

研究人员将MES-like区分为8个亚簇，其中MES-CFAP54、MES-PCDH11Y、MES-IGFBP3、MES-DSCAM和MES-LPAR1在GC中更为富集。InferCNV分析显示这些亚簇携带显著的拷贝数变异（CNV）负荷，表明它们可能是GBM进展的主要驱动因素。基因模块分析发现，上述恶性亚簇主要受M1基因模块调控，GO富集分析提示这些细胞参与胶质细胞分化和发育，以及谷氨酸受体信号和神经元突触调控的激活。

3.3 COL22A1参与GBM的恶性进展

差异基因分析结合LASSO回归和Cox回归筛选出COL22A1和CABCOCO1为风险因素，其中COL22A1在MES-like细胞中特异性高表达，且在GC中的表达显著高于GS。生存分析显示COL22A1高表达与患者不良预后相关。免疫浸润分析发现COL22A1表达与NK细胞、CD8⁺T细胞浸润呈负相关，与Treg细胞浸润呈正相关。GSEA分析提示COL22A1可能通过激活PI3K信号通路促进肿瘤生长。

3.4 COL22A1增强U-87细胞的增殖、迁移、侵袭和凋亡抵抗

体外实验证实，COL22A1过表达（COL22A1-OE）显著增强U-87细胞的活力、增殖、迁移和侵袭能力，并增加凋亡抵抗（BCL-2/BAX比值升高）。相反，COL22A1沉默（si-COL22A1）则逆转这些效应。蛋白质印迹显示COL22A1-OE上调Cyclin D1、MMP-2、MMP-9和BCL-2表达，下调BAX表达，表明COL22A1通过调控细胞周期、ECM降解和凋亡通路促进GBM恶性进展。

该研究首次系统阐述了COL22A1在GBM空间异质性中的关键作用，揭示了MES-like细胞亚群在GC区域的富集及其恶性表型重编程特征。COL22A1作为ECM成分，可能通过建立"ECM重塑-蛋白酶激活"的正反馈循环，促进肿瘤细胞侵袭和干细胞样表型获得。同时，COL22A1表达与免疫抑制微环境特征相关，提示其可能通过改变ECM物理特性间接调控免疫细胞功能。研究证实COL22A1通过调控PI3K信号通路增强GBM细胞的增殖、侵袭和凋亡抵抗能力，为开发针对GBM空间异质性的新型治疗策略提供了重要靶点。未来研究需在动物模型和临床样本中验证靶向COL22A1的疗效，并探索其与免疫检查点抑制剂的协同作用。