抗CSF-1R治疗诱导的纤维化反应促进了胶质母细胞瘤复发

背景介绍

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是一种高度侵袭性和恶性程度极高的中枢神经系统原发性肿瘤。尽管目前的标准治疗包括手术切除、替莫唑胺（Temozolomide）化疗以及分次放疗，但患者的中位生存期仅略超过14个月，五年生存率不足5%。胶质母细胞瘤的几乎所有病例都在治疗后不可避免地出现复发。传统治疗中产生的疗效有限，究其原因主要在于胶质母细胞瘤的高度基因不稳定性和细胞可塑性，从而导致肿瘤内高度异质性以及治疗耐药的亚克隆细胞出现。

针对这一难题，研究人员提出了一种替代策略，即通过抑制巨噬细胞集落刺激因子1受体（Colony Stimulating Factor 1 Receptor, CSF-1R）来靶向肿瘤相关巨噬细胞和小胶质细胞，已在多种模型中证明CSF-1R抑制剂可以重新编程这些免疫细胞，从而缩小肿瘤体积并显著延长小鼠的生存期。然而，在长期实验中观察到，大约50%的小鼠在肿瘤消退后最终复发，且复发肿瘤的再生位置与纤维化瘢痕区密切相关。这些结果提示，治疗诱导的纤维化可能在肿瘤复发中发挥了重要作用。然而，关于这种纤维化反应的具体机制及其对GBM治疗效果的影响，目前尚不清楚。

为更好地理解这一问题，来自洛桑大学等多所研究机构的研究团队在《Cancer Cell》期刊发表了一项研究，他们通过多组学分析的方法，详细解析了抗CSF-1R治疗后GBM的肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）变化，尤其是治疗后形成的纤维化区域的分子特征与潜在作用。这项研究指出，通过多模式治疗所触发的纤维化反应可能在肿瘤复发中扮演了关键角色，并且抑制这种反应可以提高抗CSF-1R治疗的有效性。

研究流程

实验设计与多组学分析

本研究采用多组学策略系统性地探讨了抗CSF-1R治疗下GBM纤维化的复杂细胞和分子组成。研究对象为基于血小板衍生生长因子（Platelet-Derived Growth Factor, PDGF）驱动的GBM小鼠模型，该模型在特定基因突变背景下模拟了人类的成胶质细胞瘤表型。该研究分为以下几个主要步骤：

1. 抗CSF-1R药物治疗和纤维化观察：首先，研究者对小鼠模型进行抗CSF-1R抑制剂BLZ945的治疗，并通过磁共振成像（MRI）和免疫荧光（IF）染色，系统监测治疗后不同时间点肿瘤的消退、休眠、复发等状态，以及纤维化区域的分布。

2. 空间多组学分析：研究者在治疗前后不同时间点对肿瘤微环境进行高通量单细胞RNA测序（scRNA-seq）、蛋白质质谱分析以及空间转录组学分析，从分子水平上揭示了肿瘤组织内不同区域的纤维化特征以及各细胞亚群的分布和表达变化。

3. 细胞空间关系分析：通过高维免疫荧光数字病理图像分析和细胞邻近性网络分析，研究者深入探讨了肿瘤细胞和纤维化相关细胞（如星形胶质细胞、巨噬细胞、T细胞等）在不同治疗阶段的相互空间关系，揭示纤维化区作为“生存生态位”保护肿瘤细胞存活的机制。

4. 靶向纤维化治疗：基于多组学数据的纤维化机制分析，研究者设计了联合抑制TGF-β信号通路和炎症信号的治疗方案，以验证是否可以通过抑制纤维化来延长小鼠的生存期。

关键实验步骤与技术

在该研究中，采用了多项创新实验技术和分析方法。首先，高通量单细胞RNA测序和空间转录组学（ST）揭示了纤维化区域的细胞异质性及其功能特征。其次，研究者利用高维免疫荧光数字病理图像技术，通过机器学习标注纤维化区域，并对单细胞空间位置进行分析，量化了各细胞类型在纤维化区的分布模式。此外，研究者应用蛋白质质谱对纤维化和非纤维化区域的蛋白质成分进行对比分析，揭示了纤维化区域特有的基质蛋白及信号通路。最后，利用NicheNet分析计算细胞之间的信号传递，评估不同细胞类型在纤维化反应中的信号联系。

实验结果

纤维化区域的形成与特点

研究发现，抗CSF-1R治疗导致GBM肿瘤消退的过程中，形成了富含细胞外基质（ECM）蛋白如胶原蛋白I和IV的纤维化区域，这些区域被星形胶质细胞所包围，并包含大量的“反应性”巨噬细胞和T细胞。详细的空间分析表明，存活的肿瘤细胞往往位于这些纤维化区域内，呈现出非增殖的“休眠”状态。与非纤维化区域相比，纤维化区域表现出更高的细胞间信号传导活性，尤其是转化生长因子β（TGF-β）信号和炎症相关的信号通路。

纤维化区域促进肿瘤细胞的复发

通过进一步的蛋白质和转录组分析，研究者发现纤维化区域不仅可以保护肿瘤细胞免受免疫细胞的攻击，还可以为其提供一个有利于肿瘤复发的“生态位”。在抗CSF-1R治疗停止后，纤维化区域逐渐退化，而存活的肿瘤细胞则从休眠状态中复苏，并开始增殖，最终导致肿瘤复发。

靶向纤维化的治疗提高了抗CSF-1R疗法的效果

基于纤维化对肿瘤复发的促进作用，研究者设计了一种联合治疗策略，即在抗CSF-1R治疗中加入TGF-β受体抑制剂（Galunisertib）和类固醇药物（地塞米松）。实验结果显示，这种联合治疗显著减少了纤维化区域的形成，并延长了小鼠的无病生存期。此外，纤维化反应的抑制还降低了肿瘤的复发率，显著提高了抗CSF-1R治疗的有效性。

研究结论与意义

本研究揭示了抗CSF-1R治疗诱导的纤维化反应在胶质母细胞瘤复发中的关键作用。研究结果表明，纤维化区域可以通过保护休眠状态的肿瘤细胞并避免免疫监视，从而促进肿瘤的长期生存和复发。通过多组学手段，研究者不仅揭示了治疗诱导的纤维化的细胞和分子机制，还提出了一种新的治疗策略，即联合使用TGF-β抑制剂和抗炎药物，以抑制纤维化反应并提高抗肿瘤疗效。这一发现为未来的GBM治疗提供了新的思路，并且提示临床治疗中应尽早干预纤维化反应以防止肿瘤复发。

研究亮点

1. 多模式治疗诱导纤维化反应：本研究系统分析了不同抗胶质瘤治疗诱导的纤维化反应，发现无论是免疫治疗、放疗还是手术切除，均会触发胶质瘤微环境的纤维化反应。

2. 纤维化作为肿瘤复发的“生存生态位”：多组学分析揭示了纤维化区域为休眠的肿瘤细胞提供了保护屏障，避免其受到免疫细胞的攻击，并在治疗停止后提供了复发的有利条件。

3. 联合治疗策略的有效性：通过抑制TGF-β信号和炎症反应，本研究提出了一种新的治疗策略，显著降低了肿瘤复发率，并延长了小鼠的生存期。

4. 研究方法的创新性：研究中采用了多种前沿技术，包括高通量单细胞转录组学、空间转录组学、蛋白质质谱和机器学习图像分析，为深入解析治疗诱导的肿瘤微环境变化提供了数据支持。

研究展望

本研究拓展了人们对抗肿瘤治疗过程中纤维化反应的理解，并为临床上改善抗胶质瘤疗效提供了潜在的治疗靶点。然而，进一步研究仍然需要深入探讨纤维化区域促进肿瘤复发的分子机制，并在临床前研究中优化抗纤维化治疗方案的组合和时机。未来的研究可以关注如何在临床治疗中抑制这种纤维化反应，从而延缓甚至预防肿瘤的复发，为患者带来更长的生存期和更高的生活质量。