功能性线粒体呼吸对胶质母细胞瘤生长至关重要：新发现为治疗带来曙光

胶质母细胞瘤（GBM）是成人最具侵袭性的脑肿瘤，患者预后极差。为探究肿瘤形成机制，研究人员以呼吸缺陷的 GBM 细胞原位肿瘤模型开展研究。结果表明，功能性线粒体呼吸对 GBM 生长至关重要，且星形胶质细胞是关键线粒体供体。这为 GBM 治疗提供新思路。

　　在人体这个复杂的 “小宇宙” 里，细胞就像一个个勤劳的 “小工匠”，而线粒体则是这些 “小工匠” 们的 “能量工厂”，为细胞的各种活动提供能量。然而，当癌症来袭，这些 “能量工厂” 会发生奇妙的变化。胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM）作为成人最具侵袭性的原发性脑肿瘤，一直是医学界的难题。患者被诊断出患有 GBM 后，预后非常差，5 年生存率不到 10%，中位总生存期仅为 14 个月。目前的标准治疗方法，如手术切除、放疗和化疗，效果并不理想。手术很难完全切除肿瘤，放疗在肿瘤的缺氧区域也难以发挥作用。因此，探索 GBM 的发病机制，寻找新的治疗策略迫在眉睫。

在这样的背景下，来自捷克科学院生物技术研究所、查尔斯大学等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。他们聚焦于线粒体在 GBM 中的作用，试图揭开肿瘤生长的神秘面纱。最终，他们的研究成果发表在《Oncogene》杂志上，为 GBM 的治疗带来了新的希望。

研究人员采用了多种关键技术方法来开展研究。在细胞实验方面，利用基因编辑技术构建了呼吸缺陷的 GL261 ρ⁰细胞系，通过长期在含低剂量溴化乙锭的培养基中培养获得，同时运用慢病毒转导技术标记细胞。动物实验上，选用 10 - 15 周龄的 C57Bl/6 小鼠进行原位肿瘤实验，通过立体定位坐标将细胞注入小鼠大脑。此外，还使用了磁共振成像（MRI）技术监测肿瘤生长，以及多种分子生物学技术，如定量 PCR、Western blotting、免疫组化等检测相关指标。

研究结果如下：

1. 受损的呼吸延缓肿瘤发生：研究人员制备了缺乏线粒体 DNA（mtDNA）的呼吸缺陷型小鼠胶质母细胞瘤 GL261 细胞（ρ⁰细胞）。将其与亲代细胞分别原位植入免疫健全的同基因 C57Bl/6 小鼠大脑后发现，ρ⁰细胞形成肿瘤的时间明显延迟。在实验终点，虽然 ρ⁰细胞形成的肿瘤与亲代细胞形成的肿瘤在大小和一些线粒体特征上相似，但肿瘤进展的时间差异显著，这表明在肿瘤形成前，ρ⁰细胞需要适应线粒体代谢。
2. ρ⁰肿瘤细胞从宿主微环境获取线粒体：为追踪肿瘤细胞的线粒体来源，研究人员在植入前使 GL261 ρ⁰细胞表达 GFP。通过对不同生长阶段肿瘤组织中 GFP 阳性细胞的分析发现，ρ⁰肿瘤衍生细胞含有 mtDNA 且表达 mtDNA 编码的蛋白质，mtDNA 测序证实其来源于宿主。这明确了 ρ⁰细胞可从宿主微环境获取线粒体。
3. 线粒体转移恢复呼吸并促进肿瘤生长：将亲代、ρ⁰、D30、D75 和 D106 细胞原位移植到小鼠体内，发现获得线粒体的肿瘤衍生细胞系形成肿瘤的时间比 ρ⁰细胞显著缩短。透射电子显微镜（TEM）显示，ρ⁰细胞线粒体形态异常，而获得线粒体的细胞系线粒体形态恢复正常。此外，这些细胞系的呼吸功能、线粒体膜电位等指标也得到恢复，且 GBM 细胞可根据微环境利用氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解产生 ATP，说明 ATP 可用性不是 GBM 肿瘤生长的限制因素。
4. 线粒体转移恢复 ETC 激活 DHODH 功能：由于 OXPHOS 产生 ATP 不是 GBM 生长的必需条件，研究人员进一步探究 ρ⁰细胞中异常的线粒体功能。发现 ρ⁰细胞的从头嘧啶合成途径存在功能障碍，该途径中的关键酶 DHODH（二氢乳清酸脱氢酶）功能异常。在 ρ⁰细胞中，辅酶 Q（CoQ）主要以还原形式存在，无法驱动 DHODH 功能。而亲代和肿瘤衍生细胞系中 CoQ 的氧化还原比更偏向氧化态，能支持 DHODH 功能。制备的 GL261 DHODH 敲除（KO）细胞形成肿瘤的时间显著延迟，体内给予 DHODH 抑制剂 BAY - 2402234 可延长小鼠生存期，这证实了 DHODH 在 GBM 生长中的关键作用。
5. 代谢追踪揭示功能性 ETC 对嘧啶产生的重要性：通过评估从头嘧啶合成途径的代谢物水平，发现 ρ⁰细胞和 DHODH KO 细胞中 DHO（二氢乳清酸）积累，且几乎没有来自从头嘧啶合成途径的标记 UMP（尿苷一磷酸）。而亲代细胞和肿瘤衍生细胞系中有标记 UMP。MALDI 成像显示，GBM 组织比健康脑组织更依赖从头嘧啶合成。
6. 星形胶质细胞是大脑中主要的线粒体供体细胞类型：利用体外共培养模型和体内实验，研究人员发现星形胶质细胞是 GBM 细胞最主要的线粒体供体。体外实验中，通过共聚焦显微镜和流式细胞术观察到 GL261 ρ⁰ - GFP 细胞从星形胶质细胞获取线粒体的频率高于小胶质细胞；体内实验中，在 MitoTag 小鼠中观察到星形胶质细胞的线粒体可转移到 GBM 细胞中，促进肿瘤生长。

研究结论和讨论部分指出，水平线粒体转移在 GBM 肿瘤形成中起着重要作用。功能性线粒体呼吸通过支持 CoQ 氧化还原循环，驱动 DHODH 依赖的从头嘧啶合成，对 GBM 的发生和发展至关重要。这一发现为 GBM 的治疗提供了重要的理论依据，支持了通过抑制 DHODH 或线粒体转移进行双管齐下治疗 GBM 的可能性。虽然抑制线粒体转移在癌症晚期可能效果不佳，但与其他抗癌方法联合使用，有望为 GBM 患者带来更好的治疗效果。