# 1. 拟提交标题 缺血后猕猴脑室下区与人类胶质母细胞瘤转录组的一致性有限：关于神经发生与胶质瘤发生潜在关联的探索性计算研究

《Life》：An Exploratory Computational Study on the Putative Links Between Neurogenesis and Glioblastoma Development: Post-Ischemic Macaque Subventricular Zone and Human Glioblastoma Show Limited Transcriptomic Concordance

　　

# 3. 摘要翻译

**背景/目的**：胶质母细胞瘤（GBM）是人类最具恶性的原发性脑肿瘤，以频繁复发和预后不良为特征。GBM 含有可自我更新、具致瘤性的肿瘤干细胞（CSCs），参与肿瘤起始与治疗抵抗。已有观点提出，GBM 的 CSCs 起源于成人脑室下区（SVZ）内的神经干细胞（NSCs），并携带人类 GBM 的驱动突变。研究人员此前已建立成年猕猴短暂性全脑缺血模型，发现该模型中 SVZ 呈现出类似静息态 NSCs 典型特征的转录谱，并揭示了 SVZ 的新基因标志物，如 apelin 受体（APLNR）。**方法**：本研究开展深度全基因组转录组学分析，比较猕猴 SVZ 在短暂性全脑缺血后发生的基因表达变化，与人类 SVZ 神经发生（NSCs）或 GBM 相关的基因表达变化。**结果/结论**：重叠范围狭窄：仅 15 个基因在全部三个数据集中均发生失调，其中 8 个（包括 NES、GFAP 和 CHI3L1）在缺血后与 GBM 中均上调。共享的通路信号（Wnt、ERBB4）提示了可检验的候选分子，但各数据集在全局层面上存在分歧，其本身并不能确立缺血猕猴 SVZ 作为人类 GBM 发现平台的地位。

# 4. 论文解读

**研究背景与问题**

胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）是人类最具恶性的原发性脑肿瘤，占全部原发性脑与中枢神经系统肿瘤的 16%。2021 年世界卫生组织（WHO）分类将其定义为 IDH 野生型胶质母细胞瘤、CNS WHO 4 级，由分化差的细胞构成并伴血管增生与坏死。GBM 以快速细胞浸润与侵袭、频繁复发、预后不良和低生存率为特征，在基因组、表型与功能层面均高度异质。GBM 含有可自我更新、具致瘤性的肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs），参与肿瘤起始与治疗抵抗。越来越多证据提示 GBM 的 CSCs 可能起源于成人脑室下区（subventricular zone，SVZ）内的神经干细胞（neural stem cells，NSCs），并携带 GBM 驱动突变。SVZa 即衬于侧脑室前角的 SVZ，是成年哺乳动物脑内仅有的两个神经发生微环境之一，另一为齿状回颗粒下层（SGZ）。小鼠 SVZ 转录组已揭示 NSC 发育相关表达模式，但灵长类 SVZa 的全转录组知识有限。研究人员此前建立了成年猕猴短暂性全脑缺血模型，在缺血后第二周观察到 SVZa 中溴脱氧尿苷（BrdU）标记的祖细胞增殖增强；近期又发现缺血猕猴 SVZa 呈现类似静息态 NSCs、星形胶质细胞与少突胶质细胞的转录谱，并揭示新的 SVZa 细胞基因标志物。值得强调的是，缺血与 GBM 在生物学上是截然不同的状态：短暂缺血触发的 SVZ 反应性与再生性反应具有自限性，在组织稳态恢复后即消退，其微环境以急性缺氧与炎症为主；GBM 则是由遗传驱动的恶性增殖，由慢性免疫抑制性肿瘤微环境维持。但二者仍共享若干机制，包括缺氧驱动信号、反应性胶质增生、小胶质细胞/巨噬细胞募集，以及调控 NSC 静息与激活的 WNT、Notch 等发育通路再激活。在此框架下，缺血后灵长类 SVZ 或可在灵长类脑中捕获 GBM 假定起源细胞群的激活程序；在缺血后与 GBM 中均失调的基因，可能是恶性细胞可劫持的损伤反应程序的候选。本研究旨在通过深度生物信息学分析，比较猕猴 SVZ 对短暂性全脑缺血的反应性基因表达变化与人类 SVZ 神经发生（NSCs）或 GBM 相关变化，以检验 SVZ/缺血/猕猴模型作为理解人类神经发生与 GBM 发生之间联系的平台的相关性。

**关键技术方法**

研究整合三个转录组数据集：GSE96682（人 GBM 与对照，含 3 例 GBM 与 3 例胎儿生发基质供者的 EGFR⁺ 与 EGFR^? 细胞组分，共 12 样本）、TCGA-GBM（157 例原发肿瘤与 5 例对照）、GSE136036（缺血后与对照猕猴 SVZ，来自 3 只缺血与 3 只假手术动物的各 3 块相邻组织碎片，共 18 样本，猕猴缺血实验经日本金泽大学动物护理与伦理委员会批准）。分析流程包括：FastQC/MultiQC 质控、STAR 比对与基因计数、DESeq2 与 limma-voom 差异表达分析（GSE96682 以供者为区组、纳入 EGFR 组分）、主成分分析（PCA）、以基因符号进行跨物种匹配（14 430 个猕猴基因匹配至人类基因，13 472 个在三个数据集中均被检验）、基因本体（GO）富集分析与 Ingenuity 通路分析（IPA），并以 UCSC Toil 统一处理的 TCGA 与 GTEx 正常脑样本作敏感性分析加入 206 例 GTEx 样本。

**研究结果**

**3.1 人类 GBM 样本的差异基因表达分析**：对 GSE96682 的分析在纳入供者与 EGFR 组分后识别 7256 个显著基因，其中 6249 个差异表达（3140 个下调、3109 个上调）；供者水平合并分析结果一致（log2FC 的 Spearman 相关为 0.97）。PCA 显示正常组与肿瘤组清晰分离，肿瘤组内 EGFR⁺ 与 EGFR^? 组分沿第二主成分分离。TCGA-GBM 分析识别 15 607 个显著基因，其中 12 394 个差异表达（5720 个下调、6674 个上调），PCA 显示正常与 GBM 组清晰分离。加入 GTEx 正常脑样本后，TCGA 正常样本与 GTEx 脑样本聚为一类并与肿瘤分离，两次分析 log2FC 强相关（Spearman ρ = 0.86），全部 15 个共有失调基因方向不变。

**3.2 人类 GBM 样本与缺血后灵长类 SVZ 神经发生微环境的差异表达比较**：仅 15 个基因在全部数据集中差异表达；其中 8 个（APLN、BCAN、CHI3L1、GFAP、NES、SEMA5A、STEAP3、TRIM14）在各数据集中均上调，其余 7 个（包括 MS4A6A 与 CDHR1）方向相反。15 个基因中 14 个在 Ensembl 中具有人与猕猴的一对一直系同源注释，唯一例外为 APLN。CHI3L1 与胶质瘤干细胞调控及 GBM 免疫微环境相关；GFAP 在星形胶质细胞中发挥作用，对解析 GBM 与 SVZ 的细胞构成与行为至关重要；ERBB3 参与促进癌细胞增殖、迁移与存活的信号通路，并因参与肿瘤进展与耐药机制而成为潜在治疗靶点。

**3.3 人类 GBM 样本与缺血后灵长类 SVZ 神经发生微环境的通路比较**：研究人员鉴定出猕猴数据集与 GSE96682 共享的 25 个失调基因、与 TCGA-GBM 共享的 36 个失调基因并进行 GO 富集分析。两项比较中一致涉及施万细胞增殖、胶质细胞增殖的正调控与 Wnt 信号通路；经多重检验校正后，猕猴–GSE96682 比较中磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶 B 信号转导、光感受器外段组织、蛋白解聚正调控与神经系统发育正调控等条目仍显著，猕猴–TCGA 比较中中间丝组织、神经元投射发育负调控与蛋白解聚正调控等条目仍显著，仅蛋白解聚正调控在两项比较中均显著；三个数据集共享 68 个生物学过程，包括神经元投射发育负调控、轴突发生、Wnt 信号通路与神经元凋亡过程。IPA 在 36 个共享基因中揭示“Signaling by ERBB4”等经典通路，并构建两个以细胞发育与生长过程为主的分子网络。

**讨论与结论**

讨论指出，本研究首次开展深度生物信息学分析，比较猕猴 SVZ 对缺血的反应性基因表达变化与人类 SVZ NSCs 或 GBM 相关变化，发现三个数据集共有的失调基因及 8 个在缺血与 GBM 中均上调的基因。MS4A6A 与衰老及神经退行性疾病相关，其表达与 GBM 肿瘤突变负荷正相关，可能促进 GBM 微环境中小胶质细胞/巨噬细胞浸润；CDHR1 低表达是 GBM 独立的预后不良因素，但其在 NSC 增殖与干性中的作用尚不清楚。共享通路中，ERBB4 信号影响 SVZ 中不同细胞类型的组织与生成，Wnt 信号调控 NSC 增殖与分化平衡，被视为神经发生与脑肿瘤发生的主要交汇点。在 SVZ/缺血/猕猴模型中，转录组数据显示 apelin 受体（APLNR）表达约增加 10 倍，该基因此前未在啮齿类或灵长类 SVZ 中被记载，且在 GBM 患者样本中上调、调控血管生成，其药理学靶向在临床前模型中可损害 GBM 生长。从转化角度看，缺血后灵长类 SVZ 与 GBM 中均上调的基因包括神经干/星形胶质谱系标志物（NES、GFAP）与反应性炎症胶质标志物（CHI3L1），符合 GBM 劫持其假定起源细胞损伤反应程序的假说。然而，跨物种比较并不支持广泛共享的转录程序：仅 15 个基因在三个数据集中差异表达、仅 8 个方向相同，这些数字提示整体表达状态的分歧而非保守。若干非互斥因素可解释此现象：对比并非同一生物学实验（短暂缺血为时限性损伤与胶质反应，GBM 为慢性选择、驱动突变与免疫浸润）、物种与微环境发育阶段及细胞组成不同（SVZ 批量 RNA 测序混合室管膜、静息与激活祖细胞、星形胶质细胞、少突胶质谱系与血管，而 GBM 批量谱以肿瘤与髓系细胞为主）、样本量小且不均衡、直系同源映射与不同显著性阈值丢弃物种特异基因。因此一致性应在提名基因与通路层面而非转录组层面解读；这些结果不能证明缺血猕猴 SVZ 重现人类 GBM 或可作为 GBM 靶点发现平台，而可代表一个较窄的非人灵长类损伤微环境，其中选定的 NSC 与胶质相关信号可供在人类 SVZ 与 GBM 队列中作正交检验。猕猴缺血数据集最好视为假设生成性比较器，仅 8 个基因的一致性重叠使其不足以作为人类 GBM 的直接转化发现平台；该非人灵长类模型桥接啮齿类研究与人类病理，捕捉与人类生理更相关的 SVZ 微环境灵长类特异特征。未来工作应整合空间转录组学、谱系追踪与类器官共培养系统以功能性检验候选基因与通路；治疗策略可包括微环境靶向干预（调节 Wnt/ERBB4 或 APLNR 信号）以在保留卒中后有益神经发生反应的同时预防恶性转化或复发。研究局限包括部分数据集样本量较小、SVZ 动力学的物种差异、仅基于批量转录组学而可能掩盖细胞异质性；更严格的设计应在单一物种内比较，但 GSE136036 为成年猕猴 SVZa 对短暂性全脑缺血的反应，缺乏同等条件下显微切割成人 SVZ 的批量转录组，现有成人 SVZ 谱为单细胞或单核且非缺血后采集，无法作为匹配的第三组；本研究亦缺乏湿实验验证，所有结果均为已存批量转录组的计算比较，未经组织学（qPCR 或免疫染色）或扰动实验确认。

**结论**：对缺血后猕猴 SVZ 与两个人类 GBM 队列的比较分析显示转录组趋同性有限。仅 15 个基因在全部三个数据集中差异表达，其中仅 8 个方向相同。这些结果未能确立连接再生性神经发生与肿瘤发生的保守分子程序。该比较支持一份简短的共享候选基因与通路清单，即 8 个一致上调基因（包括 NES、GFAP、CHI3L1 和 APLN）、Wnt 与 ERBB4 信号以及研究人员早期工作揭示的 APLNR，值得靶向验证。缺血猕猴 SVZ 仍是损伤诱导微环境转录的有用灵长类参考，但其物种、细胞组成与生物学对比与人类 GBM 差异足够大，不应作为 GBM 靶点的独立来源。需要在匹配的人类 SVZ 与肿瘤中开展空间与单细胞检测，并对上述候选进行功能性检验，以证明共享的神经发生–肿瘤发生程序。