神经元与小细胞肺癌间功能性突触的发现及其在肿瘤增殖中的机制与治疗意义

本研究发现小细胞肺癌（SCLC）细胞能与神经元形成功能性突触，接收突触传递（包括NMDA受体和GABAA受体介导的信号），并通过这种相互作用获得增殖优势。研究通过跨物种基因组学、转录组学分析和体内外实验验证了神经元-癌症突触的存在，并证明靶向谷氨酸能信号（如使用GRM8激动剂DCPG和谷氨酸释放抑制剂riluzole）在SCLC模型中具有治疗潜力，为这类侵袭性肿瘤提供了新的治疗方向。

　　

引言背景

小细胞肺癌（SCLC）是一种高度侵袭性的肺部肿瘤，约占所有肺癌病例的15%，其特征包括快速增殖、早期转移扩散、频繁早期复发和高死亡率。尽管一线治疗（含顺铂、依托泊苷和免疫检查点阻断）的初始反应率超过60%，但这些反应大多是短暂的，中位总生存期仅为12个月左右。SCLC几乎普遍存在TP53和RB1的双等位基因缺失，肺神经内分泌细胞（PNECs）被认为是SCLC的允许细胞起源，但其他细胞类型也可能在Trp53和Rb1缺失后产生SCLC，尤其是在Myc同时过表达的情况下。

近年来，有证据表明神经支配在多种癌症的发展和进展中起重要作用。例如，在胶质瘤中已报道存在癌症-神经元突触，但外周肿瘤是否能形成此类结构尚不清楚。本研究通过体内插入突变筛选、跨物种基因组和转录组验证，结合体外和体内实验，揭示了SCLC细胞与神经元形成功能性突触的能力，以及这种相互作用如何促进肿瘤增殖。

主要发现

synaptic genes influence mouse SCLC

通过在小鼠SCLC模型（Rb1^fl/flTrp53^fl/fl）中进行piggyBac插入突变筛选，研究人员发现了与突触形成相关的基因，如Nrxn1、Nlgn1、Dcc和Reln。这些基因在突变筛选中显著富集，表明它们在SCLC肿瘤发生中可能起重要作用。筛选共分析了313个肿瘤样本（包括未经治疗、顺铂+依托泊苷暴露和抗PD-1抗体治疗的肿瘤），结果显示突触相关基因是主要的遗传信号。

Synaptic genes are mutated in human SCLC

对456个人类SCLC样本的测序数据重新分析发现，NRXN1、NLGN1、DCC和RELN等基因存在显著突变。小鼠和人类数据集高度重叠（P = 7.2 × 10^?37），进一步支持了这些基因在SCLC中的重要性。此外，使用CRISPR-Cas9系统在小鼠模型中敲除Reln基因导致肿瘤显著增大，验证了这些基因的功能性作用。

Expression of synaptic genes in SCLC

转录组分析显示，SCLC细胞高表达神经元和突触相关基因集，如“突触膜”、“谷氨酸能突触”和“化学突触传递”。这些表达特征与SCLC的PNEC样表型相关，而细胞周期相关基因集的高表达则主要由RB-E2F信号驱动。单核RNA测序（snRNA-seq）和单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据进一步证实，这些基因在SCLC细胞中特异性表达。

Neuronal processes contact SCLC cells

在体内和体外实验中，研究人员观察到SCLC细胞与神经元形成密切接触。在小鼠SCLC肿瘤中，VGluT1、P2X3和GAP43阳性的神经纤维存在于小肿瘤内，而在大肿瘤中则主要位于肿瘤边界。将SCLC细胞移植到Thy1-eGFP小鼠的海马中后，发现癌细胞被eGFP阳性的突触前终末包围，这些终末大多强表达兴奋性突触前标志物VGluT1。

Neuron-to-cancer synapses in SCLC

通过共聚焦显微镜、STED显微镜和扩展显微镜（x10ht和ONE显微镜）技术，研究人员在SCLC细胞与神经元的接触点观察到了突触结构，包括presynaptic VGluT1和postsynaptic HOMER1的共定位。这些结构的距离与神经元-神经元突触相似，电子显微镜和相关性光电子显微镜（CLEM）进一步证实了突触囊泡和突触间隙的存在。

Neuron-to-cancer neurotransmission

电生理学实验表明，SCLC细胞在与神经元共培养时产生自发性突触后电流（sPSCs），这些电流可被TTX、CNQX、d-AP5和riluzole抑制，但不被bicuculline抑制。光遗传学刺激表达ChR2的神经元可诱发SCLC细胞中的突触后事件，进一步证实了直接突触传递的存在。此外，使用狂犬病病毒（RABV）进行逆行单突触追踪显示，SCLC细胞与皮层神经元形成功能连接，每个SCLC starter细胞连接3至12个神经元。

Neurons stimulate SCLC proliferation

与神经元共培养的SCLC细胞表现出显著的增殖优势，这种优势部分依赖于神经元活动（TTX可部分抑制）。所有测试的SCLC亚型（包括SCLC-A、SCLC-N和SCLC-P）在神经元共培养中均出现增殖增加，而非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系则无此效应。与结节神经节共培养也得到类似结果，表明这种增殖刺激是SCLC特有的。

Targeting glutamate signalling in SCLC

由于谷氨酸能信号在SCLC中的重要性，研究人员测试了靶向该通路的治疗策略。选择GRM8（代谢型谷氨酸受体8）激动剂DCPG和谷氨酸释放抑制剂riluzole进行临床前试验。在SCLC小鼠模型中，DCPG和riluzole单药治疗显著改善肿瘤反应和生存期。与化疗（顺铂+依托泊苷）联合使用时，riluzole进一步提高了治疗效果，而DCPG效果不显著。

讨论与意义

本研究表明，SCLC细胞能够与神经元形成功能性突触，接收突触传递，并从中获得增殖优势。这种能力可能是SCLC的PNEC样表型的一部分，突触相关基因的遗传和表达特征在人类和小鼠SCLC中高度保守。靶向谷氨酸能信号（如使用riluzole）在SCLC模型中显示出治疗潜力，为这类难治性肿瘤提供了新的治疗方向。

这些发现不仅揭示了神经元与癌症细胞之间前所未有的直接通信机制，还为开发针对SCLC的新型疗法奠定了基础。未来的研究需要进一步探索这种相互作用的分子细节，以及如何最佳地利用这些见解进行临床治疗。