《Annual Review of Neuroscience》：Progenitor Types in the Human Cortex in Normal Development and Glioblastoma
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人类皮层发育依赖于祖细胞的结构性增殖和分化，形成分化的细胞类型。这一过程受到内在和外在信号的严格调控，这些信号共同驱动皮层的人类特异性特征，最显著的是其扩大的尺寸和复杂性。另一方面，胶质母细胞瘤（GBM），一种高度侵袭性的原发性脑肿瘤，由异质性的神经发育样细胞
人类皮层发育依赖于祖细胞的结构性增殖和分化，形成分化的细胞类型。这一过程受到内在和外在信号的严格调控，这些信号共同驱动皮层的人类特异性特征，最显著的是其扩大的尺寸和复杂性。另一方面，胶质母细胞瘤（GBM），一种高度侵袭性的原发性脑肿瘤，由异质性的神经发育样细胞混合组成，这些细胞缺乏对其增殖和分化的控制。这些肿瘤细胞表现出不受控制的生长和极端可塑性，由体细胞突变、表观遗传重编程、微环境相互作用以及对治疗的不适应反应驱动。最近的谱系追踪和命运映射实验揭示了正常发育和GBM中非常规的谱系关系，发现了新的细胞类型及其起源和后裔。研究人员预期，神经发育视角将继续加深研究人员对GBM异质性和可塑性的理解，进而为开发细胞状态重编程治疗方法提供信息。
**研究背景与问题**
人类大脑皮层的发育依赖于祖细胞的有序增殖和分化，最终形成多种神经元和胶质细胞。这一过程受内在和外在信号的精确调控，驱动了皮层的人类特异性特征，尤其是其体积增大和复杂性增加。然而，胶质母细胞瘤（GBM）作为一种高度恶性的原发性脑肿瘤，其细胞呈现异质性混合，类似于神经发育状态的细胞，但失去了对增殖和分化的控制。这些肿瘤细胞因体细胞突变、表观遗传重组、微环境相互作用和治疗适应不良反应而表现出失控生长和极端可塑性。传统的癌症干细胞（CSC）假说认为GBM存在严格的层级结构，但近期研究对单一干细胞池和不可逆谱系分化提出了挑战。因此，需要从神经发育的视角重新审视GBM的异质性和可塑性，以揭示其起源和潜在治疗靶点。该论文发表在《Annual Review of Neuroscience》。
**主要技术方法**
研究人员主要采用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）兼容的克隆关系示踪技术（STICR）、细胞条码标记、基于DNA甲基化随机变化的谱系重建、单细胞多组学分析（包括染色质可及性分析）、空间转录组学、以及人类胎儿脑片和类器官培养模型。样本队列来源包括原代人类胎儿组织、患者来源的GBM标本（如GLASS队列）以及小鼠移植模型。
**研究结果**
**1. Progenitor Landscape in the Developing Human Cortex**
通过分子和形态学特征，研究人员鉴定了人类皮质发育中的多种祖细胞类型，包括心室放射状胶质细胞（vRGs）、外侧放射状胶质细胞（oRGs）、截断放射状胶质细胞（tRGs）、中间前体细胞（IPCs）以及多种胶质祖细胞（GPCs）。oRGs是人类富集的细胞类型，通过有丝分裂体易位（MST）和水平分裂促进皮层扩张。IPCs在人类中经历多次扩增分裂，而人类前少突胶质前体细胞（pre-OPCs）源自oRGs，参与白质扩展。
**2. Redefining Developmental Trajectories of Human Cortical Progenitors**
通过STICR和体细胞突变分析，研究人员发现单个皮质祖细胞可同时产生兴奋性神经元和GABA能抑制性神经元，挑战了传统上认为两者来源严格分离的观点。此外，VZ和oSVZ来源的祖细胞产生不同的星形胶质细胞（ACs）亚型，这些亚型在成年后仍保持不同的分子身份。
**3. Cancer Stem Cell Hypothesis and Complexities**
经典CSC假说认为GBM由单一干细胞维持层级结构，但条码标记和移植实验显示，不同细胞状态的GBM细胞（如NPC样和MES样）均可再生出全部细胞状态，支持非层级、可逆的转换。RNA速度分析表明，增殖性胶质祖细胞样细胞可能位于层级顶端，但多向性转换模型表明，分化状态（如MES样）也能占据上游位置。
**4. Reactivation of Human-Enriched Neurodevelopmental Progenitors in Glioblastoma**
GBM中存在oRG样肿瘤细胞，它们表达oRG基因特征（如HOPX、PTPRZ1），并表现出MST、水平分裂和作为迁移支架的功能。这些细胞最初处于静止状态，但可通过IL-1β信号被激活进入增殖状态。此外，GBM还包含OPC样、NPC样和神经元（NEU）样细胞，这些细胞在肿瘤边缘富集，具有侵袭性和突触整合能力。AC样细胞则停滞在胎儿样状态，可能作为额外的增殖储备。
**5. Redefining Progenitor Heterogeneity in Glioblastoma and Its Significance**
通过空间转录组学和元图谱分析，研究人员将GBM细胞状态扩展至8到15种，包括神经血管祖细胞（NVP）样细胞、tri-IPC样细胞和GPC样细胞。NVP样细胞具有双潜能，可产生神经元和血管样后代，而oRG样细胞可能占据层级顶端。但多数亚型的谱系输出和功能意义仍需进一步验证。
**6. Intrinsic Determinants of Glioblastoma Cell Type Specification**
内在因素包括拷贝数变异（如CDK4过表达刺激NPC样细胞，EGFR激活驱动AC样增殖）、转录因子（TF）网络（如SOX2、OLIG2维持OPC/NPC样状态）、表观遗传修饰（如Notch信号基因可及性增加、少突胶质分化基因高甲基化）以及关键调控因子的丢失（如SOX10缺失促进MES转换）。例如，MYT1L过表达可锁定肿瘤细胞于神经元状态。
**7. Extrinsic Determinants of Glioblastoma Cell Type Specification**
外在因素包括肿瘤微环境中的免疫细胞（如巨噬细胞分泌的抑瘤素M（OSM）通过OSMR/LIFR-GP130-STAT3轴驱动MES表型）、缺氧（坏死核心中的MES样细胞上调应激和促血管生成基因）、以及神经元输入（肿瘤边缘的神经发育样细胞整合入神经回路，表达神经递质受体，促进增殖和侵袭）。治疗（如放疗）可诱导细胞状态转换，包括经典向MES转换、静止干细胞再激活和血管群出现。
**讨论与结论**
研究人员总结了神经发育视角对理解GBM的贡献，指出人类皮质类器官等3D模型已用于研究GBM生物学、微环境和治疗反应。未来需要改进模型以保留肿瘤和微环境特征，并利用条码和谱系报告工具揭示肿瘤细胞可塑性的逻辑。同时，GBM的细胞可塑性反过来也可为研究人类皮质发育提供线索，例如通过比较肿瘤微环境和胚胎神经发生龛。最终，针对肿瘤异质性和可塑性的治疗策略应侧重于靶向特定细胞群体或重编程为低可塑性状态，如破坏神经元-胶质瘤突触或靶向辐射诱导的干细胞。研究人员预期，神经发育的持续洞察将深化对GBM生物学的理解，并指导个性化治疗。
