本文介绍了一项关于弥漫性中线胶质瘤（Diffuse Midline Glioma, DMG）代谢脆弱性的研究，该研究由Nneka E. Mbah等人于2024年发表在《Nature Communications》期刊上。研究团队来自多个研究机构，包括密歇根大学、斯坦福大学等。该研究的主要目标是揭示H3K27M突变的DMG肿瘤细胞在不同分化状态下的代谢依赖性，并探索针对这些代谢脆弱性的治疗策略。
弥漫性中线胶质瘤（DMG）是一种高度侵袭性的儿童脑肿瘤，尤其是弥漫性桥脑胶质瘤（Diffuse Intrinsic Pontine Glioma, DIPG），预后极差，中位生存期仅为9-12个月。目前，放疗是唯一被证明有效的治疗方法，化疗未能显著提高生存率。H3K27M突变是DMG和DIPG中最常见的突变之一，导致组蛋白H3K27的全局低甲基化，进而引发表观遗传失调和基因转录异常。此外，DMG肿瘤细胞具有异质性，包含未分化的少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte Precursor Cells, OPC-like）和分化的星形胶质细胞（Astrocyte-like, AC-like）。研究表明，OPC-like细胞具有更高的肿瘤起始能力，而AC-like细胞则表现出不同的代谢特征。
研究团队通过体外模型模拟了DMG的OPC-like和AC-like表型，并进行了转录组学、代谢组学和生物能量学分析，以识别不同细胞状态的代谢程序。具体实验流程包括以下几个步骤：
体外模型的建立：研究团队从三名患者中提取了H3K27M突变的DMG细胞系（DIPG-007、DIPG-XIII和SF7761），并在无血清培养基中培养形成胶质瘤球（Gliomaspheres, GS），模拟未分化的OPC-like细胞。同时，通过血清诱导分化，形成分化的胶质瘤细胞（Differentiated Glioma Cells, DGC），模拟AC-like细胞。
转录组学分析：通过RNA测序（RNA-seq）比较GS和DGC的基因表达模式，发现GS细胞表现出OPC-like基因特征，而DGC细胞则表现出AC-like基因特征。此外，GS细胞中与胆固醇代谢和线粒体氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation, OXPHOS）相关的基因显著上调。
代谢组学分析：通过液相色谱-质谱联用技术（LC/MS）进行代谢组学分析，发现GS细胞中核苷酸代谢、脂质和固醇生物合成以及氨基酸代谢显著增强，而DGC细胞中则表现出与细胞分化相关的代谢物积累。
生物能量学分析：通过Seahorse细胞能量代谢分析仪测量细胞的氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），发现GS细胞的线粒体呼吸能力较低，且对OXPHOS抑制剂更为敏感。
药物敏感性实验：研究团队测试了多种代谢抑制剂对GS和DGC细胞的影响，发现GS细胞对OXPHOS抑制剂（如二甲双胍、苯乙双胍）和他汀类药物（如阿托伐他汀、匹伐他汀）更为敏感，而DGC细胞则对铁死亡（Ferroptosis）诱导剂更为敏感。
GS细胞的代谢特征：GS细胞表现出较高的胆固醇代谢和OXPHOS活性，且对OXPHOS抑制剂和他汀类药物高度敏感。这些细胞在体外和体内模型中均表现出较高的肿瘤起始能力。
DGC细胞的代谢特征：DGC细胞表现出较高的间充质表型，且对铁死亡诱导剂敏感。铁死亡是一种由脂质过氧化引发的细胞死亡形式，DGC细胞在GPX4抑制剂处理下表现出显著的细胞死亡。
临床相关性：通过分析患者数据，研究发现GS基因特征与患者较差的生存率相关，进一步支持了GS细胞在DMG肿瘤中的关键作用。
体内实验：在DMG的异种移植小鼠模型中，OXPHOS抑制剂和他汀类药物显著减少了肿瘤体积，并延长了小鼠的生存期。
该研究表明，H3K27M突变的DMG肿瘤细胞在不同分化状态下具有不同的代谢脆弱性。未分化的OPC-like细胞依赖于胆固醇代谢和线粒体OXPHOS，而分化的AC-like细胞则表现出对铁死亡的敏感性。这些发现为DMG的治疗提供了新的靶点，尤其是OXPHOS抑制剂和他汀类药物在临床上的潜在应用。
该研究不仅为DMG的代谢调控机制提供了新的见解，还为开发针对不同分化状态肿瘤细胞的治疗策略奠定了基础。OXPHOS抑制剂和他汀类药物作为已批准的临床药物，具有快速转化的潜力，未来有望为DMG患者带来新的治疗选择。