FGFR1驱动的brachyury通过SOX2/ZEB1/YAP1信号轴促进胶质母细胞瘤干细胞内皮样分化并提示不良预后

《Cellular Signalling》：FGFR1-driven brachyury promotes endothelial-like differentiation of glioblastoma stem cells via SOX2/ZEB1/YAP1 signaling pathways

　　

胶质母细胞瘤（GBM）以密集的血管增生为特征，该过程对肿瘤生长至关重要。近期研究表明，肿瘤来源的内皮样细胞（ELCs）可由胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）分化产生。转录因子brachyury在正常胚胎发育中促进干细胞身份和血管生成中发挥关键作用。然而，其在GSCs内皮样分化中的作用仍未知。通过整合GBM数据库的临床生物信息学与临床前体外和体内模型（包括患者来源的GSC细胞系和异种移植瘤），研究人员发现brachyury在GBM组织中高表达，并与血管生成基因相关。研究证明brachyury由成纤维细胞生长因子受体1（FGFR1）激活，随后通过SOX2/ZEB1/YAP1信号通路促进GSC分化为内皮样细胞。高brachyury表达的GSCs在血管管形成实验中显示对选择性FGFR抑制剂高度敏感。体内使用抑制剂E7090药理学靶向FGFR1或使用Cas9/gRNA进行brachyury基因编辑可抑制GBM新生血管形成和肿瘤生长。此外，GBM患者的基因特征分析进一步表明，较低的FGFR1/brachyury/SOX2/ZEB1/YAP1特征评分与有利的总生存（OS）结局显著相关。这些发现强调FGFR1驱动的brachyury激活在GSC来源新生血管形成中的重要性，并提示靶向FGFR1导向的brachyury/SOX2/ZEB1/YAP1信号代表一种有前景的GBM治疗策略。

Yunping Hu等围绕胶质母细胞瘤（GBM）新生血管形成和胶质母细胞瘤干细胞（GSC）内皮样分化开展研究。GBM是最常见原发性恶性脑肿瘤，预后极差，即使采用最大范围手术切除、放疗和替莫唑胺化疗，中位总生存仅约15个月，5年生存率低于5%。GBM具有广泛新生血管化，近年发现肿瘤来源内皮样细胞（ELC）可由GSC分化而来，占肿瘤血管的20–90%，遗传异常且对血管内皮生长因子（VEGF）抑制抵抗，提示GSC来源内皮样细胞（GDELC）参与血管生成和抗血管治疗抵抗。但控制GSC向ELC分化的分子机制不清。brachyury是正常胚胎发育中促进干细胞身份和血管生成的转录因子，在GBM中常上调并维持GSC干性；然而其是否调控GSC驱动的新生血管化尚不清楚。因此研究人员整合临床生物信息学与患者来源GSC细胞系和异种移植模型，研究成纤维细胞生长因子受体1（FGFR1）驱动的brachyury在GSC内皮样分化中的作用。研究得出brachyury在GBM组织高表达并与血管生成基因相关，FGFR1激活brachyury后通过SOX2/ZEB1/YAP1信号促进GSC分化为功能性ELC；靶向FGFR1或brachyury可抑制新生血管和肿瘤生长；低FGFR1/brachyury/SOX2/ZEB1/YAP1特征评分（FBSZY）与较好总生存相关。其意义在于揭示肿瘤内在的GSC内皮样分化机制，并提出FGFR1/brachyury/SOX2/ZEB1/YAP1轴作为GBM治疗和预后分层候选。

关键技术方法：整合TCGA（癌症基因组图谱；非肿瘤脑组织n=10、低级别胶质瘤LGG n=27、GBM n=578）与CGGA（中国脑胶质瘤基因组图谱；285例GBM）队列；采用患者来源GSC细胞系（GSC 4795、4536、4890、4904）及CD133⁺分选，行神经球形成、内皮样分化、管形成、Dil-Ac-LDL（乙酰化低密度脂蛋白）摄取、Transwell迁移、MTS（四唑盐）、Western blot、qRT-PCR（定量实时聚合酶链反应）和免疫荧光；用shRNA/过表达及救援、FGFR抑制剂Debio-1347/E7090/PD 173074；在NOD SCID（非肥胖糖尿病/重症联合免疫缺陷）小鼠GSC 4795皮下异种移植中口服E7090或瘤内注射VLP（病毒样颗粒）-Cas9/brachyury gRNA，评估肿瘤重量和免疫荧光。

研究结果：3.1 Brachyury expression highly correlates with angiogenic gene signatures in GBM：TCGA分析显示brachyury（TBXT）在GBM中高于非肿瘤脑组织和LGG，且与PTX3、HIF1A、TEK、TIE1、ANGPT2、CXCR1、VEGFA、ITGB1、PECAM1、KDR等血管生成基因正相关；高brachyury且高血管生成评分患者总生存更差。3.2 Brachyury activation promotes endothelial-like differentiation of GSCs：患者来源GSC中高brachyury的GSC 4795可在EGM-2诱导下形成内皮样形态并上调CD31、VEGFR2；敲低brachyury抑制GSC 4795和4904自我更新、增殖、内皮标志物诱导、管形成、Dil-Ac-LDL摄取和向VEGF迁移。3.3 Brachyury activates SOX2, ZEB1, and YAP1 to promote endothelial-like differentiation of GSCs：敲低brachyury降低CD133、nestin及SOX2/ZEB1/YAP1，过表达则升高；敲低SOX2、ZEB1或YAP1可逆转brachyury诱导的管形成和Dil-Ac-LDL摄取；救援实验恢复管形成。3.4 FGFR1 activation promotes endothelial-like differentiation of GSCs via brachyury：TCGA显示FGFR1在GBM高表达并与brachyury相关；FGF2激活FGFR1上调brachyury和VEGFR2、促进管形成和Dil-Ac-LDL摄取，brachyury敲低逆转；FGFR1敲低降低p-FGFR1及brachyury/SOX2/ZEB1/YAP1，救援恢复；Debio-1347和E7090抑制上述分子、管形成和摄取，高brachyury GSC更敏感且IC₅₀（半数抑制浓度）更低。3.5 Targeting FGFR1/brachyury signaling suppresses GBM growth in vivo：GSC 4795皮下NOD SCID模型中，E7090或VLP-Cas9/brachyury gRNA降低FGFR1或brachyury及SOX2/ZEB1/YAP1/VEGFR2/hCD31，不影响mCD31，减少CD133⁺hCD31⁺细胞并降低肿瘤重量。3.6 FGFR1/brachyury/SOX2/ZEB1/YAP1 signature predicts prognosis of GBM：TCGA中高FBSZY与高CD133、CD31相关且生存更差；CGGA独立队列验证高、低风险组总生存不同。

讨论部分总结：原文指出GSC可分化为ELC并参与抗血管治疗抵抗，靶向GDELC具有补充治疗价值；brachyury与Flk-1/VEGFR2及SOX2/ZEB1/YAP1轴关联，但brachyury是否直接结合并反式激活SOX2、ZEB1、YAP1启动子尚待研究；直接药理靶向brachyury困难，故采用FGFR抑制和Cas9/gRNA基因编辑；原文提出FGFR1可能经MAPK/ERK（丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶）级联调控brachyury，需进一步研究；Debio-1347和E7090具临床相关性，但皮下异种移植不能完全复现原位GBM微环境、血脑屏障（BBB）和中枢神经系统（CNS）药代，需原位模型验证；FBSZY特征可用于预后和疗效预测；FGFR1/brachyury轴在classical和mesenchymal亚型中相关，但需按定量表达阈值分层；TAM（肿瘤相关小胶质细胞和巨噬细胞）介导GSC内皮分化与brachyury的直接联系尚缺证据；HIF-1α、ETV2、β1,4-Galactosyltransferase V、vasorin等也报道促进GSC向ELC分化，原文提出需研究联合靶向这些汇聚通路。

研究结论翻译：总之，该研究揭示了一种调控GSC内皮样分化的新机制，该机制由FGFR1介导的brachyury信号驱动，并由SOX2、ZEB1和YAP1整合。此外，通过选择性FGFR抑制剂或基于CRISPR（成簇规律间隔短回文重复）的基因编辑靶向brachyury-SOX2/ZEB1/YAP1调控级联来破坏这种内皮样分化，是限制GBM新生血管形成和肿瘤进展的潜在治疗策略。