结合膜片钳电生理学和单细胞基因组学分析揭示人类新皮层胶质母细胞瘤界面处的放电肿瘤细胞

背景：胶质母细胞瘤细胞（GBCs）的电生理特征在很大程度上仍不明确，这对我们理解胶质母细胞瘤的病理生理学构成了挑战。近期研究发现，在IDH突变型胶质瘤中存在具有动作电位的GABA能-少突胶质前体细胞样肿瘤细胞，这与患者生存期延长相关。本研究通过结合电生理学、形态学和转录组学分析，对胶质母细胞瘤患者新皮质侵袭前沿（LE）的单细胞特征进行了系统表征。方法：我们利用胶质母细胞瘤患者肿瘤浸润新皮质组织的急性切片和培养的器官型切片，对GBCs和非肿瘤细胞进行了检测。通过全细胞膜片钳记录技术研究LE细胞的电生理特性，并采用染料加载技术表征单细胞形态。我们运用Patch-seq技术测定已记录LE细胞的转录组特征以区分肿瘤与非肿瘤细胞，随后通过基因集富集分析（GSEA）和CellChat分析鉴定差异基因表达及信号通路。结果：在去极化刺激下，超过半数的LE细胞表现出异常动作电位（aAPs），其特性类似于神经发育阶段的细胞。重建的LE细胞具有异常的胞体-树突形态。Patch-seq分析显示，GBCs与非肿瘤细胞具有相似的电生理表型，包括aAP产生、去极化膜电位及升高的输入电阻。转录组学分析表明，aAP表型广泛存在于不同状态的GBCs中，在单细胞水平与增殖相关通路的低富集度相关，但与炎症/免疫、血管生成及间质转化通路的高富集度相关。非肿瘤细胞呈现混合型转录组特征，主要表现为神经元特征，同时伴有少量星形胶质细胞特征富集。结论：我们在人胶质母细胞瘤中发现GBCs具有电生理上的aAP行为，这与IDH突变型胶质瘤中的混合细胞特征高度相似，支持了不同胶质瘤类型间存在神经元模拟现象的假说。