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针对获取真性脑转移肿瘤细胞的难题，研究人员开展肺腺癌（LUAD）脑转移（BM）细胞系建立研究。通过改进低细胞数颅内注射法建立细胞系，经转录组分析及实验验证，揭示不同阶段特征，为 BM 研究提供可靠模型。
在肺癌的众多并发症中，脑转移是导致患者死亡的重要原因之一，尤其在肺腺癌（LUAD）患者中更为常见，约 30–55% 的肺腺癌患者会发生脑转移。然而，获取患者来源的真性脑转移肿瘤细胞面临诸多挑战，传统的裸鼠模型建立脑转移细胞系的方法存在成本高、耗时长、需要专业成像设备等局限，且直接颅内注射大量肿瘤细胞的方法难以模拟真实的转移过程，导致建立的细胞系生物学相关性不足。为了突破这些瓶颈，深入探究脑转移的机制并开发有效的研究工具，日本北海道大学的研究人员开展了相关研究，旨在建立更具生物学可信度的肺腺癌脑转移细胞系，并解析其不同阶段的特征。该研究成果发表在《Acta Neuropathologica Communications》上，为肺腺癌脑转移的研究提供了新的视角和重要工具。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是改进的低细胞数循环颅内注射技术，在裸鼠中注射 500–4000 个细胞，成功建立 H1975BM1、BM2、BM3 细胞系；二是 RNA 测序（RNA-seq）和生物信息学分析，用于鉴定细胞系的转录组差异；三是多种功能实验，包括 Transwell 实验（检测细胞迁移能力）、CCK8 实验（检测细胞增殖能力）、细胞黏附实验以及裸鼠皮下肿瘤植入实验；四是利用 GEO 数据库中的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据集 GSE131907 进行分析，结合 CIBERSORT 反卷积算法评估细胞系与临床样本的相似性；五是加权基因共表达网络分析（WGCNA），用于系统探索基因共表达模式。
颅内连续注射与脑转移潜力验证
研究人员以携带 EGFR 突变并稳定表达荧光素酶的 H1975 细胞系为亲代细胞，通过在裸鼠海马区进行低细胞数颅内连续注射，经过三轮注射后成功建立了 H1975-BM1、BM2、BM3 细胞系。生存实验表明，BM2 和 BM3 组小鼠的生存时间显著短于 BM1 组，且 BM3 细胞通过左心室注射后可在裸鼠脑中形成转移灶，而亲代 H1975 细胞则不能，验证了 BM3 细胞具有较强的脑转移潜力和对脑微环境的适应性。
脑转移细胞系的表型演变
体外实验显示，早期阶段的 BM1 细胞迁移能力最强，而 BM3 细胞迁移能力最弱，但细胞黏附能力显著增强，形成的细胞簇更大。增殖实验表明，亲代 H1975 细胞增殖速率最高，BM1 次之，BM2 和 BM3 增殖能力较低。然而，体内实验中注射 BM2 和 BM3 细胞的小鼠生存时间更短，这可能与体外条件缺乏体内复杂的细胞相互作用、营养和氧气梯度有关。皮下注射实验发现，BM3 组肿瘤的囊体体积和分泌液量显著大于 BM1 组，表明 BM3 细胞分泌活动增强，更适应体内微环境。
与临床样本的相似性验证
通过分析 GSE131907 数据集，研究人员鉴定出 BM 特异性肿瘤细胞亚群 Tumor C0、C1 和 C3。利用 CIBERSORT 算法分析发现，随着细胞系的演进，Tumor C0 和 C1 的比例逐渐增加，尽管 BM 细胞系中未检测到 Tumor C3，但其标记基因与缺氧、血管生成、代谢和免疫调节相关。这表明建立的细胞系与临床样本具有较高的转录组相似性，尽管存在体外培养的局限性，但仍能较好地反映真实脑转移肿瘤细胞的特征。
脑转移细胞系特异性转录组模块的鉴定
无监督聚类和主成分分析（PCA）显示，BM1 细胞与亲代 H1975 细胞有一定相似性，而 BM2 和 BM3 聚为一类。WGCNA 分析鉴定出与不同细胞系阶段显著相关的模块，BM1 细胞富集腺体结构发育、细胞外基质（ECM）重塑和 Wnt 信号通路相关基因，提示其具有干细胞特性和高侵袭性；BM3 细胞则富集趋化作用、细胞黏附、炎症相关通路，与其强黏附性和分泌能力一致；BM2 细胞的通路则与转录调控和代谢相关，处于中间阶段。
基因网络中的关键枢纽基因
通过分析各模块的枢纽基因，在 BM3 特异性的绿色黄色模块中鉴定出 RAB25 等基因。利用 TCGA 和公共蛋白质组数据验证发现，RAB25 在肺腺癌脑转移样本中显著上调，提示其可能在脑转移进展中发挥重要作用，值得进一步研究。
研究结论与讨论
本研究通过改进的低细胞数颅内注射方法成功建立了高可信度的肺腺癌脑转移细胞系 H1975-BM1、BM2、BM3，揭示了脑转移不同阶段的转录组和功能特征。这些细胞系与临床样本具有较高的相似性，为研究脑转移的机制、筛选治疗靶点提供了可靠的模型。研究发现，早期脑转移细胞（BM1）具有干细胞特性和较强的迁移能力，而晚期细胞（BM3）则通过增强细胞黏附、分泌活动和与微环境的相互作用适应脑环境。此外，鉴定出的关键基因 RAB25 可能成为脑转移治疗的新靶点。尽管研究仍存在未能完全模拟血脑屏障穿越等过程的局限性，但为后续利用基因工程动物模型深入研究脑转移机制奠定了基础，具有重要的科学意义和临床转化潜力。
