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Cell Rep:惡性膠質瘤如何影響大腦功能
[ 來源:   發布日期:2020-04-17 16:22:31  責任編輯:  瀏覽次 ]

對于腦瘤患者來說,第一個麻煩往往是癲癇病發作。長期以來,這種疾病一直被認為是腫瘤的副作用。但現在,由哥倫比亞大學工程師和癌癥研究人員組成的聯合團隊發現:有證據表明,腫瘤增大引起的癲癇發作可能會刺激其變得更加致命。


在最近發表在《Cell Reports》雜志上發表的一項研究中,作者利用一種新型小鼠腦成像技術揭示了兩者之間的相互作用。該技術可以追蹤腫瘤在腦內生長時大腦活動和血流的實時變化。研究確定了診斷和治療膠質瘤的潛在新靶點。 



"隨著膠質瘤在腦內擴散,它們逐漸浸潤到周圍的大腦區域,改變了血管和神經元和其他腦細胞之間的相互作用,"哥倫比亞大學病理學和細胞生物學教授、該論文的共同第一作者Peter Canoll博士說。"神經腫瘤學家們通常專注于開發選擇性地殺死膠質瘤細胞的方法,但我們有興趣了解浸潤性膠質瘤細胞如何改變大腦功能。我們相信,這種方法可以為腦瘤帶來新的治療方法。"


與此同時,哥倫比亞大學工程與應用科學學院生物醫學工程系教授伊麗莎白-希爾曼博士開發出了一種新型的方法,用于實時成像小鼠大腦中的神經活動和血流動態的實時成像。希爾曼博士和她的實驗室使用該系統研究了大腦中的神經元活動如何驅動血流的局部變化,這一過程被稱為神經血管耦合。


希爾曼博士和卡諾爾博士意識到,將希爾曼博士的成像平臺與卡諾爾博士在小鼠大腦中生成腫瘤的方法結合起來,可以讓他們探索腫瘤生長過程中大腦活動如何受到影響。


"我們使用新開發的成像手段對小鼠的大腦進行了多周的成像,每隔幾天就對小鼠的大腦進行一次成像,觀察腫瘤是如何生長和侵入不同區域的,"希爾曼博士說:"我們將小鼠的神經元標記了一種綠色熒光鈣指示劑,當神經元更加活躍時,這種熒光鈣指示劑就會變亮,從而讓我們能夠檢測到腫瘤的入侵如何影響神經元的正;顒右约把艿臄U張和收縮。"


研究小組首先發現,遷移的膠質瘤細胞使神經元的活動和血流的變化失去同步性,而這些變化通常會在大腦的兩側一起波動。他們還發現,腫瘤影響了神經血管耦合,使血管不太可能在神經元發射時擴張并提供新鮮血液。


"在我們的圖像中,我們看到了一些神經元活動的閃爍,伴隨著血流的巨大變化,"希爾曼博士說。"當我們更仔細地觀察時,我們發現這些閃爍會隨著腫瘤的生長而變得越來越頻繁。"


"我們意識到,隨著腫瘤在小鼠大腦中的進展,我們將看到許多癲癇發作的電生理現象,最終進展為全面性癲癇發作,類似于膠質瘤患者經常經歷的全身性癲癇發作,"Canoll博士說。"我們注意到,這些癲癇發作在腫瘤的邊緣最突出,即腫瘤細胞生長到周圍健康的大腦中,并與周圍健康的大腦相互交融時。"


在這些全身性發作期間,成像結果還發現,腫瘤內的血氧水平急劇下降。這一發現令人驚訝,也令人擔憂,因為腫瘤細胞在低氧環境中能夠茁壯成長。


"當腦組織變得缺氧時,腦細胞會分泌蛋白質,這些蛋白質實際上可能會刺激腫瘤的生長、遷移、增殖和進展。"Canoll博士說。"我們認為,腫瘤中的神經血管耦合的改變導致了腫瘤發作時的缺氧,可能會造成腫瘤生長、發作、缺氧和腫瘤進一步生長的惡性循環。"
 

該團隊的研究結果指出了一些有前景的靶點,以破壞膠質瘤對大腦的惡性侵襲。"為了打破腫瘤生長的這種循環,我們可以以減少發作為目標。我們或許可以利用新型成像系統來確定哪種類型的藥物對抑制這些類型的發作最有效,同時不干擾癌癥治療,"Canoll博士說。"我們還將觀察患者可能難以感知的小發作事件是否可能是腫瘤發展或再生的早期預警信號。"


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