沈小鹏团队：发现胶质瘤干细胞新型标志物

11月15日，安徽师范大学沈小鹏研究团队在期刊《Cell Death Discovery》上发表了研究论文，题为“Identification of PDLIM1 as a glioblastoma stem cell marker driving tumorigenesis and chemoresistance”，本研究旨在发现新的GSC标记物，以提高诊断和靶向治疗的效果。研究人员利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）和大规模RNA测序数据，发现PDLIM1是新型GSC标记物。PDLIM1仅在GSC中特异性表达，与不良预后和晚期肿瘤相关。功能试验表明，PDLIM1过表达可促进胶质母细胞瘤细胞增殖，减少细胞凋亡，增加GSC比例，促进化疗耐药性和肿瘤发生。相反，PDLIM1敲低可抑制这些过程。机制上，PDLIM1可能通过促进PI3K-AKT通路发挥作用。总之，PDLIM1可能作为胶质母细胞瘤中与不良预后、肿瘤发生和化疗耐药相关的潜在标记物，代表改善GBM患者预后的潜在治疗靶点。

背景知识

胶质母细胞瘤（GBM）是一种高度侵袭性的脑肿瘤，对目前的治疗方法具有耐药性。尽管治疗有所进展，但GBM患者的总体生存期（OS）仍然不足15个月。标准治疗包括手术切除，然后进行化疗和放疗，其中替莫唑胺（TMZ）是常用的化疗药物。不幸的是，由于存在胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）以及血脑屏障的挑战等因素，GBM的预后仍然不佳。新兴的研究表明，GSCs在GBM进展和对化疗及放疗的耐药中发挥着关键作用。几个关键通路，如PI3K/AKT、HIF-1α和Wnt，对于GSC的分化和维持至关重要。然而，这些通路在GSC中的精确调节机制尚未完全理解。鉴于GSC在GBM中的关键作用，人们已经做出了巨大的努力来识别GSC特异性生物标志物、生物学过程和信号通路，并开发相应的干预策略。目前确定的GSC标志物包括PROM1、CD44和SOX2。然而，还需要进一步的研究来发现更多仅在GSC中表达的标记物，以揭示其干细胞特性和化疗耐药性。

PDLIM1 (也称为CLP36)被认为是细胞骨架组织和发育的关键成分。PDLIM1由329个氨基酸组成，包含一个PDB结构域和一个LIM结构域，使其能够作为蛋白质复合物形成的支架并调节细胞过程和信号转导。PDLIM1在不同的组织或细胞中与多种α-actinin异构体相互作用：它主要与α-actinin-1/4在结肠上皮细胞中相互作用，与α-actinin-2在心肌中相互作用。此外，PDLIM1与palladin相互作用，从而调节神经再生。在多种癌症中观察到了PDLIM1的异常调节，包括结直肠癌、肝细胞癌、乳腺癌和胶质瘤。在胶质瘤中，PDLIM1已被确定为神经营养因子受体p75NTR的适配器，介导胶质瘤侵袭。然而，其在胶质瘤和GBM其他方面的肿瘤发生、预后和GSC中的作用尚不清楚。

PDLIM1过表达促进了胶质母细胞瘤的进展和干细胞活性

为了系统地研究PDLIM1在胶质母细胞瘤中的功能，研究人员分别使用空载体在U87和A172细胞中构建了稳定的PDLIM1过表达（PDLIM1-OE），并通过RT-qPCR和蛋白质免疫印记实验对其表达进行了验证。MTT实验表明，在两个细胞系中，PDLIM1-OE均显著促进了细胞生长。免疫染色显示，PDLIM1-OE显著增加了Ki67+细胞的比例，表明PDLIM1-OE增强了细胞周期活性。Annexin V/PI凋亡检测显示，PDLIM1-OE显著降低了胶质母细胞瘤细胞的凋亡。

PDLIM1过表达促进胶质母细胞瘤进展

由于PDLIM1被认为是潜在的GSC标记物，研究人员想知道PDLIM1-OE是否能提高GBM细胞群中GSC的比例。由于过表达的PDLIM1带有HA标签，研究人员在PDLIM1-OE和对照GBM细胞中进行了靶向HA和经典GSC标记物SOX2的共免疫染色。在对照U87和A172细胞中，SOX2+GSC的比例分别为52.67±1.45%和45.34±0.88%。然而，这些比例在PDLIM1-OE细胞中分别提升至90.33±0.88%和90.66±1.20%。这些结果表明，PDLIM1表达紧密控制着GBM细胞中的GSC比例。众所周知，GSC与GBM的化疗耐药、肿瘤发生和转移密切相关。研究人员首先评估了GBM对PDLIM1-OE的化疗耐药变化。研究人员分别确定了U87和A172细胞的TMZ半数抑制浓度(IC50)。通过MTT实验，研究人员确定U87和A172细胞的IC50值分别约为400微摩尔和80微摩尔。随后，研究人员分别以各自的IC50浓度给U87和A172细胞施用TMZ，并在不同时间点测量细胞活性。研究人员发现，PDLIM1-OE最终导致U87和A172细胞对TMZ的化疗耐药力显著改善。接下来，研究人员评估了PDLIM1-OE对GBM细胞的肿瘤发生改变的影响。通过克隆形成实验，研究人员注意到PDLIM1-OE显著改善了肿瘤发生。同时，研究人员还进行了软琼脂实验，发现PDLIM1-OE使U87和A172细胞的肿瘤球数量和直径均显著增加。这些结果共同表明，PDLIM1-OE显著提高了CBM细胞群体中GSC的比例，从而促进了肿瘤发生和化疗耐药。

为了进一步研究PDLIM1-OE在体内的作用，研究人员在SCID裸鼠中进行了异种移植肿瘤实验。通过向裸鼠皮下注射WT和PDLIM1-OE U87细胞，研究人员成功地在两组中生成了肿瘤。与WT组相比，PDLIM1-OE导致肿瘤生长更为迅速，这从肿瘤重量和体积上可以看出。通过对WT和PDLIM-OE组肿瘤切片进行Ki67免疫组织化学染色，研究人员注意到PDLIM1-OE组Ki67表达显著上调，这与体外实验的结果一致。

结论

综上，本研究鉴定了一个新的GSC标记PDLIM1，它在GSCs中高度特异表达，而不是在GBM的其他细胞类型中。PDLIM1与GBM预后、肿瘤发生和化疗耐药密切相关，可能通过调控PI3K-AKT通路实现。本研究提出PDLIM1可作为GSCs的细胞标志物和GBM的潜在治疗靶点，为针对GSCs的靶向治疗提供了新的思路。