人血浆样培养基中稳定同位素示踪揭示胶质母细胞瘤微环境的代谢与免疫调控新机制

《Neuro-Oncology》：Stable isotope tracing in human plasma-like medium reveals metabolic and immune modulation of the glioblastoma microenvironment

本研究针对传统体外胶质瘤代谢模型难以模拟生理营养条件和肿瘤微环境(TME)异质性的问题，开发了整合人血浆样培养基(HPLM)和手术外植器官样体(SXO)的稳定同位素示踪新方法。研究发现HPLM培养能维持胶质瘤外植体活性并激活免疫代谢通路，通过15N2-谷氨酰胺示踪成功区分了肿瘤细胞内在性与微环境依赖的代谢特征，包括间质细胞特有的GDP-甘露糖合成和间充质亚型特异的嘧啶降解通路。该研究为在生理相关条件下研究胶质瘤免疫代谢互作提供了可扩展的技术平台。

　　

胶质母细胞瘤(GBM)作为最具侵袭性的脑肿瘤，其代谢重编程特征一直是研究热点。尽管体内稳定同位素示踪是研究肿瘤代谢的金标准，但存在技术复杂、成本高昂等局限。而常规体外模型使用的非生理性培养基无法模拟人体血浆的真实营养环境，且缺乏肿瘤微环境(TME)中的异质性细胞互作，严重限制了胶质瘤代谢研究的生理相关性。更关键的是，营养条件与免疫代谢的相互作用在胶质瘤中尚未明确，这成为领域内亟待突破的瓶颈。

为解决这一难题，研究团队创新性地将人血浆样培养基(HPLM)与胶质瘤手术外植器官样体(SXO)模型相结合，建立了一套生理相关的体外代谢研究体系。该研究通过对比HPLM与传统胶质瘤器官样体完全培养基(GOC)的培养效果，证实HPLM能更好地维持肿瘤组织的细胞结构、干细胞特性及代谢特征。尤为重要的是，空间转录组分析显示HPLM可激活免疫相关基因表达程序，如CD45^high区域中T细胞活化标志CD69的表达上调。

研究采用¹⁵N₂-谷氨酰胺稳定同位素示踪技术，通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析，并创新性地开发了代谢物标记评分系统，使不同模型间的代谢通量比较成为可能。研究纳入IDH野生型胶质母细胞瘤患者来源的SXO模型及胶质瘤干细胞(GSC)系，所有实验均获得机构审查委员会(IRB)批准，患者组织来源于UT Southwestern医学中心和匹兹堡大学。

关键技术方法

研究主要采用：1）手术外植器官样体(SXO)培养技术，保留肿瘤原生微环境；2）人血浆样培养基(HPLM)培养体系，模拟生理营养条件；3）¹⁵N₂-谷氨酰胺稳定同位素示踪与LC-MS代谢组学分析；4）NanoString空间转录组学（基于GeoMx数字空间分析系统）；5）流式细胞术与免疫组化验证。

HPLM维持胶质瘤细胞结构并揭示营养应答性转录程序

组织学分析显示，HPLM培养的SXO能保持典型GBM特征（坏死、微血管增生等），且细胞密度与增殖指标(Ki67)与常规培养基无显著差异。空间转录组学发现HPLM培养上调了免疫细胞活化相关通路，特别是CD45^high区域中白细胞介素/干扰素信号通路的富集。

HPLM中稳定同位素示踪比较GSC单层培养与胶质瘤外植体的代谢模式

代谢组学证实HPLM培养的SXO代谢物谱更接近原始肿瘤组织。通过代谢物标记评分分析，发现外植体与GSC在嘌呤代谢、GDP-甘露糖合成及嘧啶降解产物标记上存在显著差异。代谢集富集分析(MSEA)进一步表明这些差异通路与肿瘤微环境密切相关。

免疫调节性嘌呤合成是胶质瘤代谢的肿瘤细胞内在特征

GSC单层培养中腺苷和次黄嘌呤的标记水平显著高于SXO，表明肿瘤细胞中嘌呤核苷酸降解增强。这种降解产生的胞外腺苷可能通过腺苷受体介导免疫抑制效应，揭示了肿瘤细胞内在的免疫调节代谢机制。

胶质瘤外植体示踪揭示基质细胞产生糖基化底物

SXO中GDP-甘露糖的标记水平显著高于GSC，且正常人类星形胶质细胞(NHA)中GMPPA/GMPPB酶高表达。通过配对实验（同一肿瘤来源的SXO与衍生GSC）证实，GDP-甘露糖合成主要来源于基质星形胶质细胞，凸显了肿瘤微环境在提供糖基化底物中的关键作用。

嘧啶降解反映胶质瘤间充质细胞状态

具有NF1基因突变的SXO210模型显示独特的嘧啶降解活性，表现为尿嘧啶的标记积累。实验证实间充质标志CD44与二氢嘧啶脱氢酶(DPYD)表达正相关，TNFα诱导的间充质转化可激活嘧啶降解通路。TCGA数据库分析进一步验证间充质亚型GBM中CD44与DPYD共高表达的特征。

研究结论强调，整合HPLM与SXO模型的稳定同位素示踪平台，能同时捕获肿瘤细胞内在代谢活动及微环境依赖的代谢特征。该技术不仅揭示了星形胶质细胞来源的GDP-甘露糖合成等新型基质-肿瘤代谢互作，还发现了间充质亚型特异的嘧啶降解通路与化疗耐药性的潜在关联。这项工作为在生理相关条件下系统研究胶质瘤免疫代谢交互提供了可扩展的技术范式，对靶向肿瘤代谢的 therapeutic 开发具有重要启示意义。