客户文章｜肿瘤顶刊Cancer Discovery发表！华西医院汪源张燕团队揭示C1QL1介导的胶质瘤-神经微环境交互作用新机制

胶质母细胞瘤（GBM）是最常见、致死性最高的原发性脑癌，其肿瘤内异质性和浸润性生长模式是导致治疗耐药、术后高复发的核心原因，患者预后极差；GBM细胞可形成肿瘤微管（TM）：一种神经突样膜突起，介导胶质瘤细胞间形成互连网络，同时作为神经元-胶质瘤恶性突触的形成位点，接收神经元电化学输入，整合入神经回路并引发脑过度兴奋，但恶性突触形成是否以牺牲正常突触为代价、介导TM形成与突触重排的分泌型信使尚未明确；突触修剪是神经发育/记忆形成的正常过程，研究假设GBM可能劫持该程序，重塑神经微环境以促进自身进展。

2026年2月27日，四川大学华西医院生物治疗研究中心/生物治疗全国重点实验室/国家老年疾病临床医学研究中心汪源/张燕团队，联合清华大学马伟伟/钟毅、江西科技师范大学王松华团队，在肿瘤学国际顶级期刊Cancer Discovery在线发表题为“Glioblastoma-secreted C1QL1 orchestrates tumor microtube expansion and neural synaptic pruning to drive malignant synapse formation and recurrence”相关文章，首次发现GBM分泌的C1QL1是介导胶质瘤-神经元、胶质瘤-胶质瘤交互作用的关键信使，其通过结合受体BAI3激活Rac1信号通路，一方面促进TM扩增、胶质瘤网络形成，另一方面诱导正常神经突触修剪并推动恶性突触形成，最终驱动GBM浸润性生长与复发；研究团队开发的首款非GEF靶向Rac1抑制剂JK50561可穿透血脑屏障，有效阻断C1QL1-BAI3-Rac1轴，同时抑制肿瘤微管形成、挽救突触修剪并减少恶性突触，在GBM术后复发模型中显著延长小鼠生存期，且与放疗联用呈现协同效果。

为了筛选神经元连接性增强的浸润性GBM细胞特征基因，整合多套人类GBM单细胞/空间转录组数据集（GSE117891、GSE223065等）（图1A）。筛选出210个在瘤周区和高功能神经连接区GBM细胞中均高表达的基因（图1B），含少突胶质细胞前体细胞样（OPC样）和神经前体细胞样（NPC样）细胞特征基因，与既往OPC样、NPC样细胞在浸润区富集并形成恶性突触的结论一致（图1A）。其中6个分泌型蛋白基因参与突触及肿瘤微管（TM）/细胞骨架调控，C1QL1为其中唯一与突触修剪相关的基因（图1B），是介导浸润区胶质瘤细胞间及胶质瘤-神经元相互作用的潜在候选分子。C1QL1优先表达于OPC样GBM细胞，不表达于肿瘤相关小胶质细胞/巨噬细胞。多数据集证实，C1QL1在瘤周区、电活性/放电型GBM细胞中高表达（图1C）；空间转录组显示，其在肿瘤浸润区、前缘的表达高于实质区（图1D），证实C1QL1在高电活性浸润性GBM细胞中高表达。电活性浸润性GBM细胞与肿瘤复发、不良预后相关，复发性GBM中C1QL1高表达位点及表达水平均高于原发性GBM（图1E）。中国脑胶质瘤基因组图谱（CGGA）和胶质瘤纵向分析研究（GLASS）队列显示，C1QL1表达与复发性GBM患者总生存期负相关（图1F、G），且高表达与复发间隔缩短、复发后生存期降低相关（图1H），证实其预后价值和临床意义。

利用患者来源胶质瘤干细胞（GSC）异种移植模型（BNI23、BNI21），研究C1QL1在GBM发生发展中的作用。BNI23 GSC中C1QL1敲除（KO）、BNI21 GSC中C1QL1敲低（KD）两种模型中，C1QL1 KO/KD均能抑制肿瘤发展、延长小鼠生存期（图2A）。通过人核抗原（HNA）和神经丝蛋白（NF200）染色，检测胶质瘤浸润程度以及神经元-胶质瘤邻域的分布情况，显示两种模型终末期肿瘤均浸润周围皮质、沿胼胝体（CC）白质束侵袭，再现人类GBM病理特征，且浸润区（IZ）神经纤维与胶质瘤细胞交织（图2B）。C1QL1 KO/KD可显著降低肿瘤浸润和增殖（图2B、C），而C1QL1过表达则缩短小鼠生存期。为了验证C1QL1致癌作用的遗传保守性，采用TP53/NF1/PTEN三突变人神经干细胞（hNSC）异种移植模型（TNP）和Trp53/Nf1双突变小鼠细胞系（BT5）模型。两种模型中，标记的胶质瘤细胞浸润性强，终末期常侵袭至对侧大脑（图2D）。相反，C1QL1 KO的TNP肿瘤和C1QL1 KD的BT5肿瘤体积缩小、浸润减轻（图2D、E），小鼠生存期延长（图2F）；且C1QL1 KO的TNP肿瘤中，OLIG2和HNA双标记的少突胶质细胞谱系肿瘤细胞比例降低，与C1QL1在OPC样GBM细胞中高表达一致。综上所述，不同遗传背景和荷瘤小鼠免疫状态下，C1QL1在多种GBM模型中均能促进肿瘤生长和浸润。

鉴于C1QL1在调控神经元突触中的作用，通过单独培养或与原代皮质神经元共培养mCherry+GSC，探究其促瘤效应是否依赖神经元微环境。单独培养时，C1QL1敲除（KO）组GSC每视野平均细胞数较空载体（Vector）组减少37%（图3A）；与神经元共培养后，空载体组GSC数量增加36%，C1QL1敲除组无明显变化（图3A）。极限稀释分析（ELDA）显示，C1QL1敲除/敲低（KO/KD）可降低BNI21、BNI23细胞的自我更新及增殖能力（图3B），表明C1QL1对GSC的作用兼具肿瘤细胞内在依赖性和神经元微环境依赖性。为了探究C1QL1的肿瘤细胞内在效应，对空载体组和C1QL1敲除组GSC进行批量RNA测序（bulk RNA-seq）。结果显示，已知肿瘤微管（TM）调控因子在敲除组显著下调（图3C），下调最显著的通路包括细胞连接、跨突触信号传导等（图3D），提示C1QL1可能调控GSC中间隙连接偶联的TM。采用TM标志物人巢蛋白（hNestin）染色验证，两株GSC中，C1QL1敲除组有TM或分支状TM的细胞比例及TM长度均显著降低（图3E）；GSC异种移植模型中，敲除组有TM的细胞比例及hNestin标记的TM长度也一致减少（图3F）。因此，C1QL1在体外和体内均能促进TM形成。

对与空载体或C1QL1敲除（KO）GSC共培养的神经元进行批量RNA测序，探究胶质瘤来源C1QL1对神经元的影响。结果显示，C1QL1可促进微环境神经元活性/可塑性；这些下调基因富集于突触可塑性通路上调相关功能（图4A、B）。结合既往C1QL1突触修剪功能，探究其对神经元突触的影响：C1QL1敲除GSC的条件培养基（CM）可提高神经元突触素（Synapsin）阳性突触小点密度（图4C），而C1QL1过表达（OE）GSC的CM则降低突触密度，且该效应可通过稀释CM逆转。钙成像显示，空载体组神经元自发钙瞬变幅度和频率低于C1QL1敲除组（图4D、E），证实C1QL1可诱导神经元突触修剪，减少神经元间电信号传递。

将表达突触后标志物PSD95-GFP的GSC与神经元共培养，定量显示C1QL1敲除组的突触素/PSD95-GFP共定位恶性突触比例，仅为空载体组的约50%（图4F）。mCherry+ GSC皮质异种移植后2~3周，免疫电镜显示两种模型中约11%的胶质瘤突起存在神经元-胶质瘤突触（图4G），C1QL1敲除后恶性突触比例降低约50%（图4H），证实GSC在体内可与神经元形成突触。全细胞膜片钳分析显示，GSC海马异种移植模型中，胶质瘤细胞可记录到刺激诱发的兴奋性突触后电流（EPSC），C1QL1 KO/KD使EPSC幅度显著降低（图4I）。综上，C1QL1可诱导神经元突触修剪，同时促进功能性恶性突触形成。

探究了C1QL1的肿瘤细胞内在效应和神经元依赖性效应的分子机制。Flag标记的C1QL1可与其受体BAI3共免疫沉淀，且BAI3在GSC中表达（图5A）。BAI3可通过激活Rho GTP酶Rac1调控树突形态发生，而Rac1是细胞骨架重排和突触可塑性的关键通路。检测显示，两株GSC中C1QL1敲除/敲低（KO/KD）可使Rac1活性（Rac1-GTP比例）降低40%-50%（图5B）。敲低两株GSC中的BAI3，可显著降低Rac1活性（图5C），且其对GSC自我更新/增殖的抑制效应与C1QL1 KO/KD一致，双敲除/敲低无额外抑制作用。此外，BAI3敲低可减少培养GSC及异种移植瘤中TM长度（图5D），与C1QL1 KO/KD效果一致（图3E、F）。因此，BAI3敲低的BNI23 GSC移植小鼠生存期延长（图5E），BNI23 GSC移植后几乎不形成肿瘤。

GSC海马异种移植模型电生理记录显示，胶质瘤细胞BAI3敲低组中，经HNA标记确认的胶质瘤细胞和瘤周神经元的EPSC幅度减弱（图5F），提示恶性突触减少、瘤周神经元过度活性降低。证实C1QL1在胶质瘤细胞中通过BAI3激活Rac1，促进TM和恶性突触形成，推动胶质瘤进展。BAI3在神经元中高表达，GSC分泌的C1QL1-Flag可与共培养神经元树突上的BAI3阳性小点共定位（图5G）。C1QL1过表达（OE）GSC的条件培养基（CM）处理组神经元Rac1活性最高，而C1QL1 KO/KD GSC的CM可降低神经元Rac1活性（图5H）。通过立体定向注射AAV，在小鼠海马/皮质诱导神经元特异性敲低Bai3，再移植野生型GSC。电生理显示，神经元Bai3敲低可降低经HNA标记的胶质瘤细胞EPSC幅度（图5I），且两株GSC模型中，神经元Bai3敲低均能延长小鼠生存期（图5J）。综上，C1QL1-BAI3介导的神经元突触修剪可在体内促进恶性突触形成和肿瘤发展，且独立于其肿瘤细胞内在效应。

鉴于C1QL1在胶质瘤细胞和神经元中均通过BAI3-Rac1通路发挥作用，作者探究靶向抑制Rac1活性是否能同时阻断其介导的胶质瘤细胞间及胶质瘤-神经元间相互作用。基于阿尔茨海默病模型中筛选的先导化合物，作者研发出首款Rac1抑制剂JK50561，其可竞争性抑制F-肌动蛋白与CORO1A/PAK1/RhoGDI复合物结合（图6A），破坏Rac1激活的细胞骨架反馈环路，作用机制区别于靶向Rac1-GEFs的传统抑制剂。JK50561可有效抑制GSC的Rac1活性（图6B），中高浓度可抑制GSC自我更新/增殖。与抑制剂1A116对比显示，高浓度（5-50 μM）时两者均能缩短GSC肿瘤微管长度（图6C、D），但低浓度（75-150 nM）时仅JK50561表现出显著抑制效果（图6C、D），抑制优势更明显。此外，JK50561可挽救GSC条件培养基诱导的神经元突触修剪（图6E），减少恶性突触数量（图6F）。综上，JK50561可破坏胶质瘤TM、挽救突触修剪并抑制恶性突触形成。

为了明确JK50561对体内GBM复发的抑制作用，在GBM复发模型中开展药物治疗（图7A）。将超灵敏荧光素酶报告基因AkaLuc转染至GSC，通过纵向生物发光活体成像监测术后残留细胞复发（图7A）。GSC移植14天（dpt）后手术切除皮质肿瘤，术后第1天（dps）起每日灌胃50 mg/kg JK50561至实验终点（图7A）。结果显示，JK50561可有效抑制肿瘤生长（图7B），延长两种GSC异种移植复发模型小鼠生存期（图7C），并减小肿瘤体积、破坏hNestin阳性TM（图7D），证实其对GBM复发的抑制效果。

为了明确JK50561对体内胶质瘤细胞及相关神经元的影响，对原发肿瘤、溶媒及JK50561处理的复发肿瘤进行单核RNA测序（图7E）。溶媒处理的复发肿瘤细胞中，TM调控基因（如GAP43）及促肿瘤通路（缺氧、WNT信号等）、TM/突触相关通路均上调（图7F），而JK50561可下调上述基因及通路（图7F）。通过生物信息学方法分离肿瘤相关兴奋性神经元（ENs）（图7E），溶媒处理的复发肿瘤相关ENs中，突触/轴突发育及可塑性通路、神经元活性基因（如Fosb）均上调（图7F）。JK50561可有效降低其表达（图7F），且经FOSB染色证实，表明其通过同时影响复发胶质瘤细胞和相关神经元发挥作用。鉴于放疗是GBM标准治疗方案，对AkaLuc-GSC移植小鼠进行手术联合放疗（RT），并给予溶媒或JK50561治疗，监测肿瘤复发（图7G）。结果显示，放疗+JK50561组肿瘤生长最慢（图7G），提示两者具有协同作用。

本研究聚焦胶质母细胞瘤（GBM）浸润性生长与复发的核心机制，通过单细胞/空间组学、功能实验及临床模型验证，揭示了C1QL1介导的胶质瘤-神经微环境交互作用新机制，并开发了靶向该通路的新型Rac1抑制剂，为复发型GBM的治疗提供了全新策略。